資源簡介

《閉環控制系統的設計與實施》說課稿

一、 說教材
（一）教材地位與作用
這一節“控制系統的設計與實施”是蘇教版《技術與設計2》第四章“控制與設計”全單元教學內容的綜合與總結，它既是控制知識的實踐過程，又是控制思想方法集中體現，也是學生技術素養的一種體現。
“控制系統的設計與實施”由“控制系統設計的一般思路”和“控制系統的設計與實施案例”兩部分組成，前者是后者的基礎?！翱刂葡到y設計的一般思路”內容關注學生的控制系統設計分析能力培養，通過學習明確所設計的控制系統的要達到的目的，被控對象的特征，被控量、控制量分別是什么等，能形成初步控制系統設計方案，掌握控制系統設計的基本方法和形成設計的一般思路?！翱刂葡到y的設計與實施案例”則側重于控制系統的設計、模擬實施，調試運行，改進方案等。
（二）教學目標
1.知識與技能：
﹙1﹚.區別開環控制系統與閉環控制系統。
﹙2﹚掌握控制系統設計的一般思路。
﹙3﹚了解簡單的被控制對象的基本特征，畫出系統方框圖。
﹙4﹚通過案例學習與分析，形成初步閉環控制系統的設計方案。
2.過程與方法：
通過案例式的探討和實踐改良的技術活動，提高分析能力，培養探究精神。
3.情感、態度與價值觀：
（1）通過對閉環控制系統的設計與實施的分析，體會產品設計中人性化的設計思想。
（2) 培養認真嚴謹的態度，進而樹立“以人為本”的設計理念。
（三）教學重點
區分開環控制系統與閉環控制系統
控制系統設計的一般思路
閉環控制系統的簡單設計
（四）教學難點
閉環控制系統的簡單設計
二、說教法
1．說教學理念
“技術課程立足于學生的直接經驗和親身經歷，立足于‘做中學’和‘學中做’”。課堂教學以控制系統項目分析、設計為主線，創設情境，強調學生的全員參與和全程參與的教學理念，提倡學生的親手操作、演示、親歷情境、親身體驗進而獲得情感態度、價值觀以及技術能力的發展。
2．說教學方法與手段
堅持“以學生為主體，以教師為主導”的原則，根據學生的心理發展規律，采用學生參與程度高的學導式討論教學法。以教具演示及情景教學為輔，根據學生學情，創設真實控制系統設計情境，創學生的最近發展區，在學生參與活動基礎上，在老師啟發引導下，運用問題解決式教法，問答式，課堂討論法，引導學生進行設計交流、探究并分析、歸納、推理，逐步形成自己的控制設計方案，改變滿堂灌式教育及學生被動接受的方式，將更多的時間留給學生，轉變學與教方式，努力體現學生的主體性。
三、說學法
學生學習的過程實際上就是學生主動獲取、整理、貯存、運用知識和獲得學習能力的過程，因此，我覺得在教學中，指導學生學習時，應盡量避免單純地、直接地向學生灌輸某種學習方法。有效的能被學生接受的學法指導應是滲透在教學過程中進行的，在本節課的教學中主要滲透以下幾個方面的學法指導。
1.創設解決問題情境，通過教具演示，讓學生親自經歷對控制系統案例觀察、分析、推理、歸納的過程，引導學生以可靠的事實為基礎，經過探究初步形成控制系統設計的一般思路，從而使學生領悟到把可靠的事實和深刻的理論思維結合起來的特點。
2.讓學生情境問題中探究觀察和分析現象，從而得到知識構建，能力的培養。
3.在指導學生解決問題時，老師要給學生多點撥、多啟發、多激勵，要不斷地尋找學生思維和操作上的閃光點，引導學生通過猜測、嘗試、質疑、比較、發現、推理總結等探究環節，從而克服畏難情緒消極影響，促進能力的提升。
四、說教學流程
為了能夠設計科學合理的流程，解決教學重點突破教學難點，課堂教學準備按以下環節展開。
1.情景導入
給出課題：閉環控制系統的設計與實施。引出新知，激發學生的學習興趣。讓學生進一步明確控制系統的普遍性。教師點出：在日常生活中，控制系統十分的普遍，并且具有十分重要的實踐意義，比如：教室里的風扇，升降屏幕以及電冰箱，電視機，自來水水塔注水等等。
2.授新分析、實踐操作
⑴教師試驗演示：
水塔注水控制裝置：人工定時注水與自動注水裝置
教師演示實驗，通過畫方框圖并總結，通過演示實驗，讓學生進一步明確開閉環之間的區別，通過對水塔自動注水的例子的分析，可以更好地進行閉環控制系統的設計的學習。
⑵教師明確：控制系統的設計要明確的問題?；閉環控制系統設計需滿足的基本要求；學生進一步分析控制系統設計的基本思路，使知識點得到進一步鞏固。
⑶閉環控制系統的設計
運用抽水馬桶水位自動控制的案例與學生共同探究其工作原理以及閉環控制系統的設計思路。這個案例在分析中，讓學生自己去看書學習，通過相互的討論、探究請學生走到講臺自己講解，讓他們主動學習，主動探究，更好的鞏固知識點，同時也體現了學生的主體地位。在明確控制系統的設計要求時，學會畫方框圖，以此加深對閉環控制系統的掌握。
通過探討水箱的節水方案，以此拓展學生的思維，對本課的重點知識也做進一步鞏固。這一環節也是對閉環控制知識體系的一種拓展，也是本節課的亮點。
3. 分析總結?：開閉環控制系統的區別；控制系統設計需滿足的基本條件；學會畫出該閉環控制系統的方框圖
《閉環控制系統的設計與實施》教學設計

一、教學目標
1.知識與技能：
﹙1﹚區別開環控制系統與閉環控制系統。
﹙2﹚掌握控制系統設計的一般思路。
﹙3﹚了解簡單的被控制對象的基本特征，畫出系統方框圖。
﹙4﹚通過案例學習與分析，形成初步閉環控制系統的設計方案。
2.過程與方法：
通過案例式的探討和實踐改良的技術活動，提高分析能力，培養探究精神。
3.情感、態度與價值觀：
（1）通過對閉環控制系統的設計與實施的分析，體會產品設計中人性化的設計思想。
（2 ) 培養認真嚴謹的態度，進而樹立“以人為本”的設計理念。
二、教學重點
1.區分開環控制系統與閉環控制系統
2．控制系統設計的一般思路
3.閉環控制系統的簡單設計
三、教學難點
閉環控制系統的簡單設計
四、教學方法
講授、討論、小組合作、試驗演示
五、設計思想
1. 教材分析
本節是前幾節知識的總結與應用?？刂葡到y設計的一般思路是這一節的重點，也是難點。在設計中，只有對系統的組成部分及其相互關系分析清楚了，才能進行設計。鑒于學生對本章節沒有基礎的特點，要把一些知識點直接的鋪開給予學生講解，只有這樣，才能把一節課的內容很輕松的給予學生。
2. 學情分析
因為所教授的學生對第四章的內容沒用基礎，所以在講閉環控制系統的設計時 ，要讓學生明確開環與閉環控制系統的區別，然后進一步學習系統設計的一般思路。學生對一些產品有一定的使用經驗，這些經驗有成功的，也有失敗的，通過對閉環控制系統的分析與設計，使學生對一定的實踐經驗和生活經歷，上升到一定的理論認識，對失敗的使用經驗，能從控制與設計的角度重新的認識。
3. 策略
提出一個生活中時常會遇到的問題，在學習和閱讀了相關內容后針對這一問題的設計要求進行具體設計并制作成動畫或者模型，在學生自己設計和制作的過程中達到突破難點，實現教學目標的目的。
本節書從理論上講內容較難，學生理解起來比較困難，為了能有較好的課堂效果，設計如下：
（1）通過給出的課題，給學生例舉生活中的控制事例，讓學生感受控制現象的普遍性。
（2）教師根據水塔注水的試驗演示，給學生講解閉環控制與開環控制系統的區別。
（3）與學生共同學習設計的一般思路，并用水塔注水的事例進一步鞏固設計思路。
﹙4﹚與學生共同探討案例：抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計，并通過學生自學的基礎之上，試著提出關于節水的改進方案。
六、教具準備
水塔注水實驗裝置，課件。
七、教學過程
（一）導入新課：
請學生例舉生活中的控制現象。
學生回答
教師點出：在日常生活中，控制系統十分的普遍，并且具有十分重要的實踐意義，讓學生進一步明確控制系統的普遍性。比如：教室里的風扇，升降屏幕以及電冰箱，電視機，自來水水塔注水等等。
給出課題：閉環控制系統的設計與實施。
（二）講授新課：
1.教師演示并講解水塔的兩種抽水控制裝置的控制過程：
（1）定時抽水實物模型1(定時器控制)的控制效果：設定間隔時間和抽水持續時→啟動→過一段時間后開始抽水→抽水持續一段時間后停止抽水
（2）自動抽水實物模型2（閉環控制）的控制效果：水塔放水→當水塔水位降低到一定水位，開始抽水→當塔水位上升到一定水位，停止抽水。
請學生到黑板上畫出方框圖，并讓學生區分開環與閉環控制系統。
展示水塔自動控制抽水的全過程。
2.控制系統設計的一般思路：
3.閉環控制系統的設計：
明確設計要求，明確被控對象、被控量和控制量，即可考慮控制系統的方案；
案例：抽水馬桶（看動畫演示）
觀察抽水馬桶動畫的演示，閱讀教材，陳述其工作過程。提出下列問題：
（1）被控對象是什么？
（2）控制目的是什么？
（3）被控量是什么？控制量是什么？
（4）為什么采用閉環控制方式？
（5）被控量與控制量之間是如何實現反饋的？
（6）試著畫出方框圖
學生討論回答。
請學生根據自己的理解，到講臺屏幕上講解抽水馬桶的工作原理。
（7）如果要節約用水，減少水箱每次沖水量，你能設計哪幾種方案？
學生討論回答。
（三）課堂小結：
對本節課知識點進行總結，對學生在課堂中的表現給予肯定。尤其是在講臺上講解的學生要給與充分的鼓勵。
課件14張PPT。閉環控制系統的設計BLUE CONCISE GRADUATION REPLY TEMPLATE水塔的注水控制定時器注水控制有什么缺陷？水塔的注水控制的改進一 控制系統設計的一般思路系統要達到的目標？
控制的對象？
被控對象的特性？
被控量和控制量？
外界的主要干擾因素？
怎樣的方案既達到目的、又經濟、易于實現？
設備和元件？二 閉環控制系統的設計 不同的閉環控制系統用于實現不同的控制目的，要求往往也不一樣。對于簡單的閉環控制系統，有以下基本要求： 1、一個閉環控制系統要正常工作，首先必須是穩定的。
當干擾因素出現時，輸出量發生偏離，系統通過動態調整使被控量回到平衡狀態。二 閉環控制系統的設計 2、控制系統的控制精度必須符合要求，即系統的輸出量與給定值之差應控制在允許的范圍之內。
二 閉環控制系統的設計3、閉環控制系統應有較好的抗干擾性能。
案例分析：設計要求：
當水箱水位低于某一指定高度時，進水口立即進水。
當水箱水位達到某一指定高度時，進水口停止進水。
控制系統對控制精度和系統的穩定性均沒有特別要求。抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計設計分析：
從設計要求來看，當進水使得水箱水位達到一定高度時能自動停止進水，因此我們選擇閉環控制系統。
被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水箱水位的高度，控制量是進水管的水流量（進進水量），水箱水位的高度與進水量之間呈線形關系。
主要干擾因素是水箱的出水流量。方案構思：
采用浮球作為水位高度的檢測裝置。當水箱的水位低于水箱的某個高度時，出現了水位差（給定的水位高度與實際水位高度之差），這個信號通過浮球、連桿機構傳給進水閥，使進水閥打開，從而水箱進水；當水箱水位達到水箱的某個高度時，水位差為零，進水閥關閉。水箱水位控制過程：
波動沖水旋鈕，使出水閥打開，水箱沖水。與此同時，進水閥打開，水箱進水，知道指定水位時，進水閥關閉。
抽水馬桶水箱自動控制系統示意圖.exe抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計討論
在上述案例中，如果要節約用水，減少水箱每次沖水的量，你能設計哪幾種方案？抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計討論
在上述案例中，如果要節約用水，減少水箱每次沖水的量，你能設計哪幾種方案？《閉環控制系統的設計與實施》教學設計

教　　材：（鳳凰國標教材）普通高中課程標準實驗教科書 通用技術（必修2）
文檔內容：閉環控制系統的設計與實施
章　　節：第四單元　控制與設計 　第四節　控制系統的設計與實施
課 時：第2課時
一、教學目標
1.知識與技能：
﹙1﹚.區別開環控制系統與閉環控制系統。
﹙2﹚掌握控制系統設計的一般思路。
﹙3﹚了解簡單的被控制對象的基本特征，畫出系統方框圖。
﹙4﹚通過案例學習與分析，形成初步閉環控制系統的設計方案。
2.過程與方法：
通過案例式的探討和實踐改良的技術活動，提高分析能力，培養探究精神。
3.情感、態度與價值觀：
（1）通過對閉環控制系統的設計與實施的分析，體會產品設計中人性化的設計思想。
（2) 培養認真嚴謹的態度，進而樹立“以人為本”的設計理念。
二、教學重點
區分開環控制系統與閉環控制系統
設計一個控制系統應明確的問題，對控制系統的基本要求。
三、教學難點
設計一個控制系統應明確的問題的分析，控制系統設計的思想方法。
四、教學方法
講授、討論、小組合作、試驗演示
五、設計思想
1. 教材分析
本節是前幾節知識的總結與應用?？刂葡到y設計的一般思路是這一節的重點，也是難點。在設計中，只有對系統的組成部分及其相互關系分析清楚了，才能進行設計。鑒于學生對本章節沒有基礎的特點，要把一些知識點直接的鋪開給予學生講解，只有這樣，才能把一節課的內容很輕松的給予學生。
2. 學情分析
因為所教授的學生對第四章的內容沒用基礎，所以在講閉環控制系統的設計時 ，要讓學生明確開環與閉環控制系統的區別，然后進一步學習系統設計的一般思路。學生對一些產品有一定的使用經驗，這些經驗有成功的，也有失敗的，通過對閉環控制系統的分析與設計，使學生對一定的實踐經驗和生活經歷，上升到一定的理論認識，對失敗的使用經驗，能從控制與設計的角度重新的認識。
3. 策略
提出一個生活中時常會遇到的問題，在學習和閱讀了相關內容后針對這一問題的設計要求進行具體設計并制作成模型，在學生自己設計和制作的過程中達到突破難點，實現教學目標的目的。
本節書從理論上講內容較難，學生理解起來比較困難，為了能有較好的課堂效果，設計如下：
（1）通過給出的課題，給學生例舉生活中的控制事例，讓學生感受控制現象的普遍性。
（2）教師根據水塔注水的試驗演示，給學生講解閉環控制與開環控制系統的區別。
（3）與學生共同學習設計的一般思路，并用水塔注水的事例進一步鞏固設計思路。
﹙4﹚與學生共同探討案例：抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計，并通過學生自學的基礎之上，試著提出關于節水的改進方案。
六、教學準備
水塔注水實驗裝置，課件。
七、教學過程
　
教學
環節
師生活動
設計意圖
導入
給出課題：閉環控制系統的設計與實施。教師點出：在日常生活中，控制系統十分的普遍，并且具有十分重要的實踐意義，比如：教室里的風扇，升降屏幕以及電冰箱，電視機，自來水水塔注水等等。
引出新知，激發學生的學習興趣。讓學生進一步明確控制系統的普遍性。
新
課
講
授
試驗演示：水塔注水控制裝置
1．人工定時注水 2．自動注水裝置
教師演示實驗，通過畫方框圖并總結：


一、控制系統的設計要明確的問題??
??????◇系統要達到的目標？
??????◇控制的對象是什么？
??????◇被控對象的特性？
??????◇確定被控量和控制量？
??????◇找出控制系統的干擾因素，分清主次，找出最大的干擾因素是什么？
??????◇采用什么方案既達到目的、又經濟、易于實現。選擇開環還是閉環要根據控制系統的精度要求和條件的可行性而定。
??????◇選擇設備和元件。執行器和檢測裝置的選擇: 一是要根據控制量和被控量的需求，二是根據控制條件。
二、閉環控制系統設計需滿足的基本要求:
◇一個閉環控制系統要想正常工作，首先必須是穩定的。
◇控制系統的控制精度必須符合要求。
◇閉環控制系統應有較好的抗干擾性能。
????????????以水塔自動注水為例，鞏固設計要明確的問題?。
學生討論回答。﹙鼓勵學生大膽發言﹚
三、閉環控制系統的設計
案例：抽水馬桶水位自動控制
設計要求：當水位達到某一指定高度時，進水口停止進水。
設計分析：
根據設計要求，選擇閉環控制系統。被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水箱水位的高度，控制量是進水管的水流量（進進水量），水箱水位的高度與進水量之間呈線形關系，主要干擾因素是水箱的出水流量。
方案構思：﹙請學生到講臺前試著講解，教師補充﹚
采用浮球作為水位高度的檢測裝置。當水箱的水位低于水箱的某個高度時，出現了水位差（給定的水位高度與實際水位高度之差），這個信號通過浮球、連桿機構傳給進水閥，使進水閥打開，從而水箱進水；當水箱水位達到水箱的某個高度時，水位差為零，進水閥關閉。
控制系統方框圖：﹙請學生動手畫，教師補充﹚
控制過程：轉動沖水旋鈕，使出水閥打開，水箱沖水。與此同時，進水閥打開，水箱進水，直到指定水位時，進水閥關閉。﹙幻燈片動畫演示﹚
討論：在上述案例中，如果要節約用水，減少水箱每次沖水的量，你能設計哪幾種方案？
學生分組討論回答。
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通過演示實驗，讓學生進一步明確開閉環之間的區別，可以更好地進行閉環控制系統的設計。
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明確控制體統的設計思路，為學生進一步的閉環控制的設計做好鋪墊。?
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通過對水塔自動注水的例子，學生進一步分析控制系統設計的基本思路，是知識點得到進一步鞏固。
在這個案例分析中，讓學生自己去看書學習，通過相互的討論、探究請學生走到講臺自己講解，讓他們主動學習，主動探究，更好的鞏固知識點，同時也體現了學生的主體地位。
學生在明確控制系統的設計要求時，學會畫方框圖，以此加深對閉環控制系統的掌握。
通過探討水箱的節水方案，以此拓展學生的思維，對本課的重點知識也做進一步鞏固。
小結
1.?開閉環控制系統的區別
2. 控制系統設計需滿足的基本條件
3. 學會畫出該控制系統的方框圖
鞏固本節課內容

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