资源简介

控制系统的工作过程与方式教学设计(说课、教案)
一、教学目标
（一） 通过实例分析，帮助学生理解控制系统的含义。
（二） 熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程，学会画开环控制系统方框图。
（三）能利用传感器功能演示仪进行开环控制系统的技术试验，提高学生的实践能力。
二、教学内容
本节课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第1课时。从总体上看,“控制与设计”这个单元按照控制的手段——控制系统——控制系统的设计与实施这样的思路来组织教材内容。上节课学生已对控制手段、控制应用及传感器功能演示仪的使用有初步了解,下节课将让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程,因此，本课教学非常关键，是承上启下的核心内容。
本节课的教学除了继续加深对技术与设计的知识深度和技能程度外，更是培养技术思想和方法的很好的平台和载体。因此，应多贴近学生生活经验出发，从实例分析入手，逐步归纳出对控制系统的一般认识，并能对开环控制系统的工作过程、方框图进行分析。本课要突出的重点是：对控制系统和开环控制系统的理解、会用方框图描述开环控制系统的工作过程、开环控制系统的技术试验能力培养。
本课要突破的难点是开环控制系统的工作过程分析及技术试验能力培养。
三、学习对象
学生属于文科类班级，虽在物理课上学到了基本的电学基础知识，通过以前的通用技术课对技术与设计也有了一定的认识，通过前一节的学习又对控制等基本概念、传感器功能演示仪实验套件的使用方法有了理解。但毕竟没有电子技术方面的训练基础，也没有理课班学生扎实的逻辑思维与动手能力。故在教学中只能放低要求，对控制器的内核技术不作介绍，先安排教师的主导分析，即使在引导学生案例分析时，也应及时穿插老师的补充、归纳。在安排开环控制系统设计的模拟技术试验前应先安排老师的演示或讲解，尽量降低知识与技能提升的梯度。
四、教学策略分析
（一）创设情境： 以精彩的控制录象片段、水箱进水控制演示实例吸引学生，引导学生能叙述开环控制系统工作过程、理解方框图作用。
（二）调动学生学习积极性：本课教学中以“芝麻开门”声控等实际控制系统问题解决为主线，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题
（三）学案设计：帮助学生总结、整理重点，梳理教材内容，建构知识网络体系。
（四）通过利用传感器功能演示仪进行开环控制系统的技术试验来巩固学生对开环控制过程和方框图的理解和应用能力。
1 课前活动
（2-3分钟） 播放几分钟描述控制过程的片段，
2 直接导入
（1分钟） 同学们，本节课我们学习控制系统和开环控制系统 请大家翻开课本102页
【投影】：控制系统 开环控制系统 认真听讲，打开书本，浏览102页
3 引导学生对“控制系统”有初步理解
（3分钟） 由教材中控制例子、课前大家欣赏的自行车零部件动作控制例子介绍入手引导学生探究共同的特征？
显然它们都是由若干环节构成，为研究方便我们可以将这些子环节整体看成一个控制系统。每个系统必有输入与输出
师生归纳、抽象出以上活动的特征 回忆控制环节，思考问题答案
理解一个输入信号必对应着一个输出信号
4 教师主导具体分析开环控制系统工作过程及控制框图
实物→框图
（8分钟） 具体研究二个控制系统实例：
由无锡最近爆发的自来水“蓝藻”事件引出对于有井的农户设计水箱定时进水控制电路的需求。分析“水箱定时进水”开环控制系统的工作过程及控制框图
实物整体展示、主要部件介绍、工作过程实物演示并介绍、控制框图产生、学生结合框图模仿描述控制工作过程
特点：输出量不对控制产生任何影响
这种控制系统就叫开环控制系统 理解“水箱定时进水”开环控制系统的工作过程及控制框图
参与讨论回答问题
5 学生为主师生共同分析“芝麻开门”例子
框图→实物
（7分钟） 第二个实例是《一千零一夜》中的故事“芝麻开门”（给出图片）
引导学生自己分析并得出“芝麻开门”开环控制系统的工作过程及控制框图
由学生演示并描述“芝麻开门”模拟控制电路 猜想“芝麻开门”的奥秘（联系现有知识与经验）---有那几个控制环节
学习设计“芝麻开门”控制框图
6 抽象出开环控制系统的一般框图
（3分钟） 由两个实例控制框图导出一般框图
开环控制系统特征：
系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递 学习开环控制系统的一般框图
7 创意联想
讨论设计
（4分钟） 引导学生分析：
1 、生活中还有哪些开环控制系统？
2 、你能根据今天所学知识解决一些生活中的实际问题吗？
提供问题情景，引出天亮告知器、近视预防台灯的设计需求，完成小发明框图设计
师生共同讨论“天亮告知器、近视预防台灯”控制的工作过程：
创设问题情景、提出解决问题的思路、分析工作过程得到控制框图。 1 、创设生活中实际需求的情景
2 、剖析开环控制应用后的好处
3 、认识开环控制系统是生活生产中最常用的方式。
4、同组学生讨论设计出控制方框图，并分析其中一个控制系统的工作过程
8 模拟技术试验
过程
（13分钟） 激发学生动手兴趣，布置两个模拟技术试验的任务：
试验目的、试验准备、试验过程
特别强调试验过程注意点
指导学生进行两个模拟技术试验过程
教师适当组织、引导 动手实践
观察、体验输入信号（环境光线变化）与输出信号（灯自动点亮）之间对应关系
9 小结
（1分钟） 教师引导 学生归纳、整理本课内容，学习收获交流
整理器材4. 2控制系统的工作过程与方式学案
一、马上行动
控制系统 输入 输出
电风扇风速控制
电饭煲
脱粒机
红外线自动水龙头
二、小游戏：
三、控制系统分析练习
1）画出闭眼画鼻子的控制系统工作过程方框图
2) 画出普通家用电饭煲的煮饭控制
3) 画出自动烘手机控制系统工作过程方框图
4)画出 电动车的防盗报警系统工作过程方框图
四 小组讨论:身边还有哪些开环控制系统(共23张PPT)
第四单元 控制与设计
第二节　控制系统的工作过程与方式
问题
在自行车传动控制系统中，它由上述多个个部件构成，通过各个部件的有机组合，达到制动的目的。那什么是控制系统呢？
任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节的有机组合就构成了一个系统，称为控制系统。
控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。
控制系统
输入量
控制系统
输出量
归纳共同点：
能否使用下面的方框图
来表示上述控制系统？
根据自行车行驶、电风扇转动具体的案例画出控制系统方框图：
自行车传动控制系统:
控制系统
脚踩的力
(输入)
脚蹬、曲柄、链轮、
中轴、链条、飞轮
自行车行驶的速度
（输出）
电风扇风速的挡位
（输入）
电机、扇叶
风速
（输出）
电风扇的风速控制系统
马上行动（P102)：请指出下列控制系统中的输入、输出分别是什么？
控制系统 输入 输出
电风扇风速控制
电饭煲
脱粒机
红外线自动水龙头
调速器或挡位
风扇的转速
电源的电信号
锅内的温度
电源的电信号
脱粒的量
人手的红外信号
水龙头的出水量
思考:控制系统的工作过程是怎么样的
控制系统通常又分为
开环控制系统
Open loop contro system
闭环控制系统
Closed loop control system
小游戏
在学案上有两脸，“四官俱全”，没有鼻子。请同学来“填”鼻子，一次，睁着眼睛画，另一次闭着眼睛画。
两次最大的不同在哪里
1、闭着眼睛画：
人脑控制手画鼻子：人脑——手——画鼻子
控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称为开环控制。
分析原因：
2、睁着眼睛画：
人脑控制手画鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回路。这种控制称为闭环控制。
人脑——手——画鼻子 |
|———眼睛—————|
设定注水的时间
定时器
进水阀门
游泳池
游泳池的水位
输入
输出
水流量
开环控制系统
2008042020345445.exe
红外装置是否检测到人体热辐射发出的信号
控
制
电
路
电
机
自
动
门
门的开启或关闭
转动
输入
输出
开环控制系统
案例分析：抽水泵的控制系统
以前，农民种植庄稼，遇到干旱天气，给农田灌溉是件困难的事，有些地方只能“靠天吃饭”。现在，通过引水工程，采用水泵抽水进行灌溉，解决了农田灌溉的难题，告别了“靠天吃饭”的历史。
接通电源
电机
水泵
水流量
水管
水管排水
其控制系统的工作过程如下图所示：
通过上述两个案例可以看出，输入量决定输出量，但控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这就是开环控制系统。
对于开环控制系统，用方框图描述如下：
输入量
控制器
执行器
控制量
被控对象
输出量
练习1：请试着写出闭眼睛画鼻子的方框图
开环控制系统
以声控电灯为例写出控制过程方框图：
常开(断开)接点
声传感控制器
输入量
灯泡
输出量
控制器
执行器
被控对象
输入量
输出量
开环控制系统的方框图
外力
强度
力的传
感器
控制电路
音响装置
警报器
警报声
声音
手红外
信号
红外
传感器控
制电路
鼓风机
触点
开关
风量
时间
打开
开关
传感器
控制
电路
电饭煲
内胆
加热
电阻
煲内温
度高低
温度
学案练习2-4
被控对象
执行器
控制器
输入量
控制量
输出量
简单开环控制系统的方框图
控制器：即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。
执行器：即直接对被控对象进行控制的装置或元件。
控制量：即执行器的输出信号。
输入量：即控制系统的给定量。
输出量：即控制系统所要控制的量。
被控对象：即控制系统中所要求控制的装置和生产过程。
归纳总结
开环控制系统
小组讨论：
在你身边你见到的开环控制系统有哪些？
例: 电子门铃的开环电子控制系统
用手按动按钮开关,输入一个触发信号
音乐集成电路经过触发后工作,产生一组载有”音乐”的电信号.
扬声器将电信号转变为音乐声.
输出的音乐声的变化对系统的控制状态并不产生影响,即不存在反馈.
输入:
控制(处理):
输出:
特点:
电子锁(汽车,电动车)
自动路灯
声控门
在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水位）进行自动控制。比如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以归纳为一般的闭反馈控制方式，其系统为一般的闭环控制系统。
闭环控制系统
闭环控制系统就是把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统。
给定量
比较器
控制器
执行器
被控对象
检测装置
被控量
×
控制量
﹢
﹣
简单闭环控制系统的方框图如下：
闭环控制系统
作用于控制系统的物理量，预先给定的——给定量
需要进行控制的物理量——被控量
对被控对象起控制作用的设备总体，即控制装置——控制器
执行控制器的指令——执行器
需要控制的机器、设备或生产过程——被控对象
比较器是将给定量与所测的被控量进行比较，求出偏差，控制器将这一偏差进行运算处理，并向执行器下达控制命令；执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。
闭环控制系统
课本（P112）水箱的水位自动控制示意图
×
给定水位
比较器
控制器
进水阀门
水箱
检测装置
水箱水位
水流量
﹢
﹣

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