3、功能模拟方法公开课参赛课教案

第3节 闭环控制系统的干扰与反馈

————功能模拟方法

教

材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修2）

文档内容：闭环控制系统的干扰与反馈

章

节：第四单元

控制与设计 第三节 闭环控制系统的干扰与反馈

课 时：第3课时 功能模拟方法

一、教学目标

1. 知识与技能目标

(1) 理解功能模拟方法的概念，知道功能模拟方法是研究控制系统的常用方法。

(2) 了解功能模拟方法在控制系统中的应用。

2. 过程与方法目标

通过案例分析，了解功能模拟方法的应用。

3. 情感态度和价值观目标

(1) 明确功能模拟方法在控制领域的重要作用。

(2) 将功能模拟方法有意识的渗透到问题分析当中。

二、教学重点

功能模拟方法在控制系统的设计与分析中的应用。

三、教学难点

1. 功能模拟方法的理解。

2. 功能模拟法在控制系统的设计与分析中应用。

四、教学方法

讲授法、案例分析法、任务驱动法、小组讨论法。

五、教学策略

在本节教学中，通过视频导入，初步认识功能模拟方法，通过任务驱动了解功能模拟方法；通过分析其控制过程，加深对功能模拟法的认识；列举一些功能模拟方法的运用实例，了解“功能模拟方法”的运用；做练习题巩固对功能模拟法的理解。

六、教学准备

多媒体教学设备、教学课件PPT、视频等。

七、教学过程

序教学教师活动

号

步骤

问：将人手动驾驶汽车作为一个控制系统是如何进行控制的？

观看视频：

问题：通过观看视频，你获取到什么信息？

总结：眼睛——摄像头（检测道路上标识线）

情景一

导入

毫米波雷达 大脑

——车载计算机 四肢——伺服电机（方向盘、刹车、油门）

明确学习内容：功学生回答

观看视频并提取信学生活动

息

激光雷达（每个方位与车的距离）

有相似功能的各种装置代替了人的各种器官来实现能模拟法

对汽车驾驶的控制就是一种功能模拟方法 1、功能模拟方法

明确功能模拟方法 以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原的概念。

型”的功能和行为，就是功能模拟法。

阅读了解功能模拟法提出的背景

认识我们是如何对人脑进行模拟

2、任务一：阅读：功能模拟方法的提出

功能思考：是否能对人脑进行模拟呢？

二

模拟任务二：阅读：对人脑的模拟

方法

观看视频：五子棋人机对弈

得出结论：功能模拟法是避开复杂的结构而从功能模仿入手明确功能模拟法是去研究系统或事物，也就是不用研究它是怎样实现功能的，关注它能够做什重在考察它能做什么。

么，而不是怎样实现功能的。

3、案例分析：加热炉控制系统

A、加热炉温度手动控制系统

分析得出系统控制框图。

加热炉温度手动和自动控制系统进行分析比较，得出结论：

都是闭环控制系统

控制器代替人脑实

B、加热炉温度自动控制系统

现了温度控制的功能，执行器代替人分析得出系统控制框图。

手实现了调压的功能，检测装置代替

了人眼实现了检测温度值的功能。

手动和自动升4、案例分析：升旗控制系统

旗控制系统进行分A、手动升旗控制系统

析比较，得出结论：

简单分析得出系统控制框图。

手动开环控制系统

自动闭环控制系统

B、自动升旗控制系统

代替人脑，电动机分析得出系统控制框图。

（执行器）代替人手，设定时间，让

定时器设定时间，让国旗匀速上升，不需要用检测装置进行需要用（眼睛）检检测，但是在外界干扰的情况下就会有所不同，例如刮风天测。

气，手动升旗控制系统可以调整，而自动控制系统就不能自明确功能模拟法不动进行调整，可能会升不到我们想要到达的位置。

仅运用于闭环控制得出结论：功能模拟法不仅运用于闭环控制系统中，也运用系统中，也运用于于闭环控制系统中。

闭环控制系统中。

国旗匀速上升，不定时装置（控制器）

列举功能模拟5、你能列举功能模拟法的案例？

图片欣赏：

直升飞机——蜂鸟

自动调焦摄像头——鹰眼

锯子——锯齿草

问：是否很熟悉，我们在那一章节学过？

观看视频：比赛、机器人、智能狗、分拣机器人、

问：模拟的一定是人的功能吗？一定是全部功能吗？

法的案例

模拟的动物和植物

方案构思方法——模拟法

人工智能领域的应用

得出结论：功能模拟法，模拟的不一定是人的功能，也不一

定是全部功能。

6、小结：功能模拟法是一种整体性研究方法，功能模拟法加深对功能模拟法为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。

的理解

7探讨：功能模拟方法对技术设计有何意义？

小组讨论，并回答

总结：可以通过模拟进行技术设计，从而使有些不容易实

现

的技术设计得以设计成功。

8、练习

（1）、判别下列案例是否涉及到功能模拟方法

（2）、选择题

本课通过大量的案例分析探讨了功能模拟方法。功能能模拟方法是以功能和行为的相似性为基础，用模型模拟原型的功课堂三

小结

到的方法，在我们的生产生活中应用得广泛。掌握这种方法将有助于我们分析解决许多的系统问题。

***说过：“青年是祖国的前途、民族的希望、创新的四

寄语

未来。青年一代有理想、有本领、有担当，科技就有前途，

创新就有希望。”

能和行为的方法。功能模拟法是控制系统的设计、分析常用

练习巩固所学知识