资源简介

2.6 控制温度更智能——控制类型
教学设计
一 、 学 习 内 容
本课的项目主题是探讨空调如何保持室内恒温的秘密。在这个过程中，我们将深入分 析空调是如何制冷并维持室内温度的。首先，我们会学习空调制冷的基本原理，然后用系 统思维来思考和分析空调自动调节温度的原因，以及温度传感器的作用。通过介绍开环系 统和闭环系统，帮助同学们理解反馈在空调系统中扮演的重要角色。
二 、学习基础
经过前两课的学习，我们已经初步掌握了过程和控制系统的基础知识。虽然我们对空 调的日常使用很熟悉，但对其背后的恒温原理仍充满好奇。这种好奇心为我们深入理解空 调系统中反馈机制的关键作用提供了良好的学习基础。
三 、问题梳理
1. 素养问题
(1)你能解释什么是开环控制和闭环控制吗
(2)在控制系统中，反馈起到了怎样的作用
(3)你能否举例说明开环控制与闭环控制的区别，并阐述反馈在其中的重要性
2. 项目问题
(1)空调是如何降低室内温度的
(2)空调与传统风扇降温的方式有什么不同
(3)空调系统是如何精准控制温度的
四 、学习目标与重难点
1. 学习目标
(1)项目目标
通过分析空调制冷和恒温控制过程中的计算环节，理解空调的工作流程和各部件的功 能，能区分开环控制系统和闭环控制系统。
(2)素养目标
能结合控制系统实例描述闭环控制系统的特点，了解闭环控制系统的应用，了解反馈 对控制系统的优化作用。
2. 学习重点和难点
(1)学习重点
通过仿真平台，探究空调保持室内恒温的原因，知道开环控制系统和闭环控制系统的
控制过程。
(2)学习难点
能够从系统的角度，理解开环控制系统和闭环控制系统的区别，知道反馈在自动控制 系统中的关键作用。
五 、学习策略
本课以“空调是如何保持室内恒温 ”为核心问题，通过解决“空调是如何降低室内 温度的 ”“空调与传统风扇降温的方式有什么不同 ”“空调系统是如何精准控制温度 的 ”三个子问题，以问题链的方式展开学习过程。分析传统风扇到自动风扇再到空调的 演变过程，结合生活中的“反馈”,理解控制系统中的“反馈”特点，通过仿真平台理解 反馈可以实现精准控制，理解反馈在空调系统中的作用。
六 、环境与资源
多媒体电脑机房、自制 scratch 空调模拟程序、UMU 平台。
七、学习评价
面向核心素养，基于网络学台开展过程性评价和终结性评价。
附：评价量规
序号 评价指标 评价标准 达成情况
1 参与学习情况 能主动投入学习中，能和小伙伴讨论、合作完成学习 任务。 □完全达成□部分 达成□未达成
2 分析空调自动调节 温度的原因 能基于讨论，准确分析空调自动调节温度的原因，并 通过填空方式呈现结果。 □完全达成□部分 达成□未达成
3 理解空调保持恒温 的过程 能绘制空调系统制冷过程的框图，并准确解释框图中 的各个环节。 □完全达成□部分 达成□未达成
4 分析开环与闭环控 制系统的区别 能深入分析开环与闭环控制系统的区别，并理解反馈 在控制系统中的作用。 □完全达成□部分 达成□未达成
5 应用控制系统知识 分析生活实例 能运用控制系统的学科知识，去分析生活中那些带有 反馈环节的过程与控制系统，并给出合理的解释。 □完全达成□部分 达成口未达成
八、学习过程
环节 教师活动 学生活动
一、项 目 情 境，提 出 问 题 1.教师提问：空调的类型和组成 2.教师引导学生思考，共同引出核心 问题：空调是如何保持室内恒温的 1.根据生活经验，说一说，家中空调的类型和组件名称。 填写学习手册，交流汇报。 2.通过类比电风扇，知道空调的特点是保持室内恒温。 思考：空调如何保持室内恒温
设计意图：联系生活了解空调组成部件，引出本节课要解决的核心问题，为进一步学习打下良好的基础。
(
2
)
环节 教师活动 学生活动
二、项 目 准 备，了 解 空 调 制 冷 流 程 子问题1:空调是如何降低室内温度的
1.空调制冷实现过程 (1)教师提问：空调的制冷过程是怎 么样的 (2)下发微课。 2.师生共同总结空调制冷原理。 1.打开学习平台，观看微课资料。 学习空调各部件的名称和特点，小组讨论空调的制冷过 程和空调的制冷原理。 2.观看微课，用自己的话说一说空调制冷的原理。 压缩机将气体制冷剂增压后送入冷凝器，在此释放热量 变为液体。接着，液体进入蒸发器，吸收室内热量后蒸 发成气体，最后回到压缩机，形成循环，从而降低室内 温度。
设计意图：联系生活直观理解空调的运行过程，激发其观察分析空调工作原理的好奇心和兴趣，为进一 步学习打下良好的基础。
三、项 目 探 究，分 析 空 调 系 统 典 型 环 节 子问题2:空调与传统风扇降温的方式有什么不同
1.分析空调系统的典型环节 (1)教师提问：空调与传统风扇的操 作流程有什么不同 (2)教师发布任务：从控制系统的角 度，按“输入一计算一输出”的模式， 描述工作过程。 2.理解开环控制系统及其特点 (1)教师提问：传统的电风扇启动后， 电风扇能确保人感觉凉快吗 这种控 制系统有什么特点 (2)教师引出开环控制系统：这种不 需要对输出结果进行检测的控制系 统，称为开环控制系统。 (3)师生共同总结开环控制系统的特 点：在开环控制过程中，系统依据预 设输入自动运行并输出结果，此结果 一旦产生便无法调整。 3.说出生活中的开环系统 (1)提问：开环控制系统被普遍应用 于人们日常生活中，生活中还有哪些 开环控制系统 (2)总结。 1.学生思考补充空调、风扇的工作过程，补充示意图：
(
输入 计
算
输
出
按选定的模式
生成指令
)
(1)思考并回答：按下开关，风扇启动后，它的任务就 结束了，至于结果(人是否感觉凉快),不属于风扇的 控制范围。 (2)讨论开环控制的特点： 它不会根据输出的结果，重新调整自己的工作过程。 3.参照以下表格，列举生活中2—3个开环控制系统： 生活中的开环控制系统案例分析表
开环控制系统 电子阐钟 电热水壶 输 入 输 出
4.结合生活实际，回答问题。
(
3
)
环节 教师活动 学生活动
4.分析空调系统中的“反馈” (1)教师提问：传统的电风扇不转动 或者不按指定挡位转动，这个结果会 传回输入端让电风扇重新按最初选择 的挡位转动吗 (2)教师提问：从温度控制的角度来 看，空调和风扇的主要区别是什么 (3)师生总结，引出“反馈”。 风扇只能按照固定指令进行降温。 空调可以将室内温度实时反馈给控制器，实时调整室内 温度，保持室内恒温。
设计意图： 通过对比空调与风扇操作流程及工作过程分析，帮助学生理解控制系统原理，掌握知识与技能。以问题 引导探究，培养计算思维与问题解决能力。从生活中的开环系统及空调风扇对比引出反馈，增强学生信 息意识，让学生体会信息科技与生活的紧密联系，激发学习兴趣，促进数字化学习与创新。
四、项 目 实 施，厘 清 空 调 保 持 室 内 恒 温 的 过程 子问题3:空调系统是如何精准控制温度的
1.找到控制系统中的“反馈信息” (1)教师提问：空调是根据什么信息 控制压缩机的反复启停的 (2)师生总结：在空调系统中，压缩 机的反复启停主要是通过反馈信息来 控制的，这个反馈信息通常是由房间内 的温度传感器提供的。 2.控制系统“反馈信息”的实时采集 (1)教师提问：空调采用什么设备检 测当前室温的 (2)师生共同总结。 3.比较“反馈信息”实现精准控制 (1)教师提问：空调如何根据温度信 息自动调控室内温度 1.打开仿真平台 (1)打开模拟空调，调节温度的过程。 (2)理解温度是控制流程的关键因素。 2.学生思考，阅读学习资料，了解温度传感器。 传感器空调内部设有温度传感器，用于实时监测房间的 当前温度。 3.根据流程图补充空调控制温度的过程：传感器空调内 (
部设有温度传感器.田干实时监测房间的当前温
度。
设置参考温度为26°
检测
否
室内温度>26°
是
空调进行制冷
空调停止制冷
) (
至内温度
)
(
低于设定的温度
降温
停止降温
)
高于设定的温度
4
第2单元家用设备齐探究
环节 教师活动 学生活动
四、项 目 实 施，厘 清 空 调 保 持 室 内 恒 温 的 过程 (2)师生总结：控制系统中采集的温 度与设定阈值温度进行比较，从而实 现精准控制。 (3)引出闭环控制系统。 控制系统工作时，如果存在反馈，这 种控制过程就属于闭环控制。 (4)提问：反馈在闭环控制系统中的 作用 总结：通过反馈，可以让系统发现输 出所产生的结果与人们预期有偏差， 然后系统根据偏差生成新的指令，保 证输出结果符合人们要求。 (1)设置一个参考温度(阈值)为_ 。 (2)检测室内温度，得到温度TO (3)把T0与阈值 ①如果 ②否则 (3)分小组分析空调控制系统的工作过程，补充示意图 中的计算环节。 输入 计算 输出 (
制冷26℃
空调制冷
)(阈值) 或停止制冷当前温度 检测到 的 温度 反馈 检测 (4)学生思考并回答： 借助反馈机制，空调内部安装了温度传感器，能够随时 检测房间温度，并与设定的目标温度进行比较。只要这 两个数值之间存在差值，空调就会通过自动控制进行调 节，从而产生新的输出，最终使房间温度保持在相对稳 定的26℃的状态。
设计意图： 借助五年级学过的流程图，帮助学生分析理解温度传感器的作用。通过知识迁移，学生可以更快地掌握 新知，加强理解。在教师的帮助下，学生进行深入分析，结合空调系统，了解反馈是过程与控制中的重 要环节。
五、拓 1.教师提问：闭环控制系统在我们生 1.以小组为单位，上网查阅资料，了解闭环控制系统主
展 延 活中的应用还有哪些 要有哪些特点(说出2～3个),在我们生活中有哪些应
伸，迁 移 反 用(举2～3个例子)。
馈 应 2.教师发布任务：举例说明开环控制 2.学生思考后回答。能说出开环系统不依赖结果来改变
用 系统和闭环控制系统的区别 行为，而闭环系统会根据结果进行调整，以更好地达到 目标。
设计意图： 学生进行知识迁移，了解反馈在生活中的广泛应用，感受其带来的便利。
5
环节 教师活动 学生活动
1.师生共同总结。 1.学生总结汇报空调能室内保持恒温的原因。
六、项 空调系统依靠_ 检测室内温度，将数据
目 评 价，总 传回给控制电路与 进行比较，并重新调 整工作指令，让压缩机_ ,使空调内机
结 分 风口吹出冷风或暂停吹出冷风，以此控制房间温度
享 2.教师发布评价任务，完成教评、自 评。 在设定的温度附近。如此，通过 ,空调能 使室内保持恒温状态。 2.学生完成自我评价。
6

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