2、控制系统的设计与实施案例PPT配套优秀教学设计内容

章

节：第四单元

控制与设计

第一节 控制的手段与应用

课 时：第1课时

作 者：王立军

一、教学目标

1. 知识与技能目标

（1）理解控制的含义。

（2）理解生活中的控制现象，明确其控制对象，控制目的及控制手段。

（3）理解控制在生产和生活中的应用。

2. 过程与方法目标

通过生活中典型案例的分析，学习控制的方法。

3. 情感态度和价值观目标

对控制技术产生强烈的兴趣和好奇心，并把它转化为对后续知识学习的动力。

二、教学重点

理解控制的含义。

三、教学难点

理解生活中的控制现象，明确其控制对象、控制目的及控制手段；分析案例的控制过程与结果、体会控制技术应用的广泛性、重要性。

四、教学方法

教授、任务驱动、小组合作。

五、设计思想

1. 教材分析

本节是“控制与设计”第一节的内容，本节内容是要让学生对控制与控制技术有一个初步的感性的认识，知道控制技术应用的广泛性，对控制技术产生强烈的兴趣，为后面进一步学习控制系统方面的知识打下基础及提供学习动力。本节教学重点为理解控制的含义及控制在生产和生活中的应用。从学生熟悉的生活事例入手，运用案例分析方法，由浅入深在展开控制的概念。通过大禹治水、射手射击等控制的事例，说明人们要实现自己的意愿或目的，就要通过一定的控制手段。通过控制在人们日常生活和生产中运用的实例分析，进一步明确控制应用的广泛和重要。

2.

教学思路

首先从介绍古代各种控制装置入手，使学生对控制技术产生强烈的兴趣和好奇心，建立关于控制的初步认识和感性经验，通过“讨论交流”活动强化，形成关于对控制的现象基本认识，同时认识到控制及控制技术应用的广泛性以及学习控制与设计的意义。最后通过对控制装置（学生作品）的直接接触，加深对控制技术对认识和理解。

4. 学情分析

学生知道控制技术在生活和生产中的有着广泛的应用；对神奇的控制技术将会有强烈的兴趣和好奇心；对控制现象的理解还很模糊；不了解控制技术的内在工作原理，觉得控制技术很神秘很复杂。

六、教学准备

1.相关学科知识：本单元要求学生具有初中物理学科电学基础知识。

2.教学器材和材料：多媒体设备、古代水车图片和学生作品实物（雨雾天自动关窗系统）。

1

七、教学过程

序教学教师活动

学生活动

号

环节

1

实例导（1）展示控制实例：我国古代的水车（图片）并简单介绍其控入

制过程和控制效果

踏车（人力）

了解控制实例

产生兴趣

牛车（畜力）

筒车（自动）

（2）导入新课：

这些水车在今天看来，是一些古老的控制装置，说明了人们认识并利用控制现象由来已久，控制并不是人类的天外来客，它渗透在我们生产和生活的方方面面。理解控制、善于控制，已经成为我们每个人日常生活中不可或缺的基本能力。今天我们就来学习有关控制设计方面的内容：第四单元第一节

控制的涵义

知道学习控制设计知识的重要

2

2

什么是控制？

（1） 事物的发展与变化具有多样性.

果树

结不出果实

硕果累累

果实大

果实小

果实酸

果实甜

雨水

灌溉农田

发电

冲洗物品

洪涝灾害

(2) 马上行动：

指出下列事物发展与变化的多种可能性：

鱼塘： 、 、

成熟的西瓜： 、 、

计算机网络： 、 、

讨论交流，得出结论：（参考）

鱼塘：鱼多、鱼少、鱼大

、鱼小 成熟的西瓜：瓜甜、瓜不甜、瓜大、瓜小

计算机网络：交流与传播信息、传播病毒、传播不良信息

(3)控制的涵义：人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，就形成控制。

3

控制现象

（1） 在我们的生活和生产中有很多通过一定的手段实现控制的例子：

a) 射手通过瞄准，使箭射中靶心

b) 人们通过电冰箱获得适当的温度

3

c) 先进的生产流水线，通过计算机的“指挥”，实现自动化生产等；

（2） 马上行动：

在你生活中，还有哪些控制事例，请按如下方面表述：

通过讨论和交流回答：（参考）

1.通过换挡，使电风扇达到一定的风速

通过

（手段），使 2.通过转动车把，使自行车改变（对象） （目的）

行驶方向

3、……

4

控制的实现

1.分析导入实例——古代的水车（踏车和筒车）引出人工控制和自动控制概念：

控制的实现需要通过事实上的手段，前面我们提到踏车和筒车的控制手段有什么不同？哪种更省事更先进？

2.控制手段的发展

踏车——筒车——木牛流马——

现代自动化控制技术——智能机器人

3.马上行动：

把你所了解的人工控制和自动控制的事例填在下面的横线上。

人工控制：

自动控制：

5

广泛应（1）控制的应用自古就有，并在近代得到了迅速的发展，它涉（一）控制在生活中应用：空调、用的控及到社会生活的各个领域。

自动取款机、自动水龙头、自动归纳：

踏车——人工控制

筒车——自动控制

归纳：

随着科学技术的发展，控制手段也在不断进步，自动化程度也越来越高

制技术

（2）请同学们举例说明控制在生活、工农业生产及军事国防中门

的应用：

（一）控制在生活中的应用：

（二）控制在工农业生产中的应用：

（三）控制在军事国防中应用：

（二）控制在工农业生产中的应用：自动生产线、温度适时控制、湿度适时控制、农田节水灌溉

（三）控制在军事国防中应用：精密制导导弹、神舟飞船

4

6

亲身感展示学生作品：雨雾天自动关窗系统（实物）

受控制让学生亲自上来演示其控制效果和工作过程

通过亲自试验、观察得出：

雨雾天自动关窗系统控制事例技术

提问：该控制事例中，控制对象是什么？控制目的是什么？控中，控制对象窗户，控制目的是制手段是什么？

使窗户在下雨或起雾时自动关闭，控制手段是通过一检测控制电路检测雨雾信号，一旦有雨雾，就通过控制电路启动电机，通过电机转动来带动窗户关闭，实现自动关窗

八、教学反思

这是“控制与设计”的第一课。本课主要任务之一就是，要让对“控制”几乎是毫无了解的学生从技术的角度建构起对“控制”的基本构架，这是一个比较难的目标。可以说，本《设计》为比较好的达成此目标提供了保证。这个设计有如下几个特点：一是从水车实例导入，从而降低了学生理解陌生概念的起点；二是课程环节的安排符合理解陌生概念的认识规律，层层递进，逐步深入，从而降低了学生理解问题的坡度。实例导入——初建概念——列举现象，强化概念——控制实现，引入正题——控制应用，引起重视——感受控制技术，进一步激发兴趣。这样的环节安排，目标明确，集中力量解决主要矛盾——控制概念的建立。所有环节的安排都是为解决这个主要目标服务的。而安排让学生亲身感受控制技术的环节，这是对概念建立的强有力的补充。如果没有这个环节，控制概念对学生来说还是比较虚幻的。因而也是不稳固的。有了这个环节，不仅可以强化控制概念的建立，而且还能提高学生对本课题的兴趣，为后面的课程奠定了较好的感性和理性基础。

章

节：第四单元

控制与设计

第一节 控制的手段与应用

课 时：第2课时

一、教学目标

1. 知识与技能目标

（1）理解控制的含义。

（2）理解生活中的控制现象，明确其控制对象，控制目的及控制手段。

（3）理解控制在生产和生活中的应用。

2. 过程与方法目标

通过生活中典型案例的分析，学习控制的方法。

3. 情感态度和价值观目标

(1) 通过小组讨论、合作学习等方式培养学生的团队协作能力；

⑵

通过本节知识的学习，让学生感受控制技术与生活、生产的密切关系。

5

二、教学重点

理解控制的含义。

三、教学难点

理解生活中的控制现象，明确其控制对象、控制目的及控制手段；分析案例的控制过程与结果、体会控制技术应用的广泛性、重要性。

四、教学方法

授导型教学，包括讲解、自主学习、小组讨论、合作学习、问题化学习等。

五、设计思想

1. 教材分析

控制的应用是通用技术必修模块《技术与设计2》第四章控制与设计第一节了解控制的内容。本节是控制与设计的了解性内容，是学习控制与设计全章的导入和基础。让学生通过身边的例子，了解控制的涵义，并对控制的一般性分类有一个基本的认识，同时感受控制技术与生活、生产的密切关系。

2. 教学思路

复习回顾，巩固前知，为后续学习做准备。做两个游戏：点鼻子、画脸型和忍者神镖游戏，学生讨论、分析游戏的控制过程，引导学生明确开环控制、闭环控制的含义，强调闭环控制中反馈环节的重要性。并通过人工调节液面和GPS导航及其他多个例子，引导学生发现反馈环节在闭环控制中的重要作用。分析讨论：帮助学生对反馈控制有进一步的认识。（可以在讨论环节中设计一些对比、分析的表格，学生讨论的结果汇总、形成小组的结果并在全班交流）通过控制实例的分析，说明手动控制和自动控制的定义，并展开小组讨论，分析生活中一些实例，通过对比、分析加深学生对控制的认识。综合应用：对一个综合控制系统以小组为单位进行分析、讨论，培养学生综合应用知识解决问题的能力。知识链接扩展：介绍传感器、机器人技术的发展。

教学流程为：

“复习回顾——游戏体验——游戏分析——知识介绍——讨论分析——知识介绍——讨论分析综合应用——知识扩展”

3. 学情分析

通过近一学期的学习，学生对通用技术课有了更进一步的认识，分析、探讨、小组合作能力得到了提高，技术与设计2中，结构与设计、流程与设计、系统与设计、控制与设计4个相对独立的专题内容的学习，进一步提高了学生的技术素养，使学生掌握了一些技术设计思想和方法，学生的认知能力由浅入深，得到了提高。本节课内容相对比较简单，主要是调动学生对控制及其设计的兴趣，引起他们的重视，激发他们的学习热情，初步掌握控制及其设计的思想和方法。

六、教学准备

图片、文本、教材、白纸、小组讨论表、双面胶、布条、线、多媒体平台、课件等。

七、教学过程

教学活动

教学内容

教学环节

教师活动

情景

认识控制

导入

设计意图

学生活动

教师例举生活中很多

学生对照教师的介

把抽象应用控制的例子，对照课本上绍，把控制从神秘的理性认的概念形象化，6

的图文介绍，让学生感受到控识中拉出来，感受控制的存帮助学生从感性制在生活中无处不在。

在，并能例举出生活中控制上认识控制

的一些例子。

引导学生，分析日常生活中的一些控制的实例，如：手那桌子上的杯子（铅笔、钢

让学生

学生在教师的引导笔），学生在讨论分析中明确：感受什么是控制了解控制下，对身边的控制过程做一新课学习

控制其实就是人们按照自己的以及体会控制普的内涵

分析、讨论，明确控制的涵意愿和目的，通过一定的手段，遍存在于当今社义。

使事物向期望的目标发展，这会的各个方面。

就是控制。(在此强调控制的对象、目的、手段）

教师下发一些预先设

学生前后桌四人为计好的讨论结果表，让学生把对控制内小组交流

前面讨论的结论以小组为单位涵的理解

填写并交流（以多媒体形式展小组间交流。

示在屏幕上）

学生在教师的引导介

教师多媒体展示、介提高认识，知识扩展

知识介绍

绍下，了解控制的发展历程，绍控制的历史，拓展学生知识。

拓宽学生知识面

扩展知识。

引导学生对所学知识进行学生回顾知识，加深认复习回顾

识,巩固提高。

组结论填写在表格中，并在加深对知识的认一小组，分析讨论，形成小导学生展开讨论的分析讨论，引

通过小组知识小结

复习知识

复习回顾，加深对知识体系的识，并以小组为单位讨论多认知，并提供些实例（多媒体）媒体展示的实例，并介绍各

7

让学生讨论分析。

个实例的控制过程。

复习前知，教师提问关于控制的一些学生集体进行知识回帮助学生掌握分复习回顾

知识预备

知识，并提供几个例子让学生顾，并进一步锻炼提高对控析实例的能力，分析其控制过程。

制过程初步的分析能力。

为后续的学习做准备。

游戏1：点鼻子、画脸型游戏：找两位同学，一位蒙眼，一位不蒙，同时到指定位分别找几个学生完成游置画鼻子、脸型，对结果进行开环控制戏，学生根据游戏结果展开游戏体验，讨论：两种情况下，为什么结激发学生学习兴和闭环控游戏体验

讨论，分析其控制过程。学果不趣和讨论的热制

生明确:有些控制过程是可同？

情。

调整反馈的。

游戏2：提供一个flash小游戏，掷飞镖，让学生体验，并分析其控制过程及特点。

教师对比游戏中的两种情帮助学生掌开环控制况，介绍闭环控制、开环控制。学生听教师的介绍，明握新知识，更容和闭环控知识介绍

闭环控制：能将控制的结果反确闭环控制、开环控制的含易掌握重点内制

馈回来与希望值进行比较，并义。

容。

根据它们的误差及时调整控制

8

作用的系统；开环控制：不将控制结果反馈回来影响控制系统作 用的系统。(多媒体展示) 强调反馈的作用

教师指导学生阅读人工调节液面和gps导航，并分析这两个实例的特点，引导学生发学生自读课本p104例现反馈环节在闭环控制中的重１和例２，展开小组讨论，要作用。分析讨论：帮助学生并完成教师下发的小组讨论开环控制实例分析对反馈控制有进一步的认识。表，由两个小组对讨论结果形象化，对具体和

闭环讨论交流

对学生的讨论交流结果展示出向全体同学汇报，实现交流、实例的讨论、分控制

来，班级内进行交流，以加深共享。

小析，解决疑问。

对闭环控制特点的认识。让学组自由讨论，自己找一些例生在举些生活中的例子，巩固子进行分析，巩固提高。

所学知识，提高分析问题、解决问题的能力。

教师例举几个控制的例子，和同学共同对其进行分析：学生听教师的介绍，对手动控制有的控制必须在人的直接干预比列举的实例，明确手动控和

自动知识介绍

下才能完成控制任务，这些控制、自动控制的含义极其特控制

制我们称其为手动控制；而有点。

些控制过程不需要人的干预，就可按期望规律或预定程序运

9 把重点知识 通过授导帮助学生建立知识体系

行。这些类型的控制系统，我们称其为自动控制

巩固提高认

教师引导学生就课本p106手动控制学生进行小组讨论、分知能力，形成正以小组为单位展开讨论，帮助和

自动讨论分析

析，完成相应的讨论分析表，确的分析问题，学生正确认识手动控制和自动控制

并在班级中共享。

解决问题的能控制。

力。

多媒体展示：讨论分析综综合运用

活动

合的控制系统的控制过程

小组讨论分析实例

巩固提高。

多媒体展示：师生共同了激发学生学学生听介绍，拓展知识，知识链接

知识拓展

解传感器相关知识、机器人技习热情，为后面提高对控制的感性认识。

术的发展史。

的学习做准备。

八、教学反思

本节内容相对来说比较简单，是知识性的内容。所以在做设计时重点是以学生的讨论、分析为主的学生活动居多，而教师只是简单的把有关的知识的介绍点到，主要是让学生在讨论、分析中逐步深入了解整个知识体系。学生掌握的关键是能对具体实例进行分析，分析描述一个控制系统的控制过程，所以，在设计时主要是考虑学生的参与，教师的组织等方面。 从整个两节课的授课过程来看，基本上按照预先的设计过程完成，教学环节完备，学生的主体地位得到充分体现。特别是第1课时，学生讨论热烈，个性鲜明，所举的例子超乎想像，说明我们的学生其想象力、创造力很丰富，给人留下深刻的印象，第2课时，考虑重点是对开环控制和闭环控制的认识，所以在这一时段投入了很多的时间，通过游戏、分析，随机的用教授的到来，热烈的鼓掌，观察手变红，引导学生更形象、直观的了解知识。在综合运用知识的环节中，特意设置了一个有些难度的综合分析的例子，学生通过认真、细致的讨论，也达到了预期目标。两课时中的知识扩展，也帮助学生提高了认识，扩展了视野。

存在的不足：

1..在小组讨论后，每个组都回答问题，这样占用的时间太多；

2. 有些学生直接可以列举或说出的不用在做讨论了；

3. 在各个教学环节的过渡上还是有些不流畅；

4. 对时间的把握要准确，不要拖堂了；5. 有些讨论可以直接留做课后作业，不用在课堂上进行讨论。

10

章

节：第四单元

控制与设计

第二节

控制系统的工作过程与方式

课 时：第1课时

一、教学目标

1. 知识与技能目标

(1)通过灯的开关、投影幕升降、婴儿尿湿报警器等控制系统案例分析，归纳控制系统的基本特征；

(2)通过对音乐贺卡和自动门等典型案例的分析，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和工作过程，了解开环控制的基本特征；

2. 过程与方法目标

(1)学会用方框图来归纳控制系统实例的基本特征，学会用方框图把复杂问题简单化；

(2)借助老师搭建的支架，形成自己关于控制设计的创意，并学会用方框图表示自己的控制设计想法；

(3)通过动手制作简单控制玩偶，亲自体验开环控制系统的组成和工作过程和原理。

3. 情感态度和价值观目标

(1) 通过魔术及控制系统的实物形成和保持学生了解控制系统、探究控制系统的兴趣与热情。

(2) 借助老师搭建的支架，形成自己关于控制设计的创意，从而体会创新的快乐，培养创新的精神。

二、教学重点

分析和理解开环控制系统的基本组成和工作过程分析，学会用方框图描述开环控制系统的工作过程，学会用方框图来表达设计想法

三、教学难点

理解开环控制系统的基本组成和工作过程，形成开环控制思想

四、教学方法

教授、任务驱动、小组合作。

五、设计思想

1. 教材分析

本节是“控制与设计”第二节“控制系统的工作过程与方式”第１课时的内容，其内容包括“控制系统”与“开环控制系统”，是学生在学习控制在生活和生产中的应用后，进一步深入学习与探讨有关控制系统的组成和工作过程，并为下一课时进一步学习“闭环控制系统的基本组成和工作过程”打下基础。为此，我对教学内容进行了如下的处理：首先理解什么是控制，再到归纳出控制系统的一般特征，接着分析开环控制的系统的基本组成和工作过程，最后对开环控制系统进行设计和制作，其内容是逐渐的深入和深化。其中画方框图作为一种分析问题的方法和手段贯穿这些内容中。对于画方框图，重点不在于教学生怎样画方框，而是要教学生怎样利用方框图来分析和理解控制系统，怎样利用方框图把复杂问题简单化，怎样用方框图来表达自己的设计想法。

2. 学情分析

学生在前面的学习中已经学习和分析了控制在生活生产中的应用，获得了有关控制及其应用的初步感性认识和体验，但是对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步了解控制系统的知识是有探究的欲望的。而且学生都有很大的创造潜能，只要为他们搭好支架，他们往往会有让你惊喜的表现。

3. 教学策略设计

(1)魔术导入，激发学生兴趣，生动直观地引出控制的概念；

11

(2)引导学生分析教室内控制系统，让学生感受到控制就是我们身边，并归纳出控制系统的基本特征；

(3)借助精彩有趣的“超级连环机关”视频，进一步把学生带进精彩控制系统世界，同时引导学生用理性的思维来看待这些控制系统及其基本特征；

(4)从设计者的角度，采用逆推法来分析典型的控制系统的基本组成和工作方式，并引导学生把复杂的问题用简单的方式来表示（方框图）；

(5)搭建支架，设立台阶，引导学生从对控制系统的感兴趣，到开始从技术的角度来分析理解其组成和工作过程，再到以设计者的身份主动地进行控制系统的创新设计；

(6)把技术问题“实”化，从“视频”到实物、再到亲身制作体验，让学生从多种角度、多种形式来感受和体验控制系统；

(7)设置多处有挑战性且学生跳一跳能够完成的扩展性练习和实践项目，创设条件和机会，激发学生创造潜能，让学生有充分展示创造才能的机会和舞台；

(8)为学生准备多种实践材料，让学生进行真正的开放性创新设计成为可能。

六、教学准备

1.

课件（含《中学生设计的超级连环机关》视频资料）

2.实物：魔术道具、婴儿尿湿报警器、医疗点滴报警器、自制玩偶（Ｋitty猫）

3.学生动手实践工具：剪刀、裁纸刀、胶水

4.学生动手实践材料：硬纸板、细绳、小木棒、橡皮筋、弹簧

七、教学过程

序号

教学步骤

教师活动

变魔术：用手势（意念）控制矿泉水瓶中的番茄酱包的升降和停止（老师变魔术时可以让学生也参与到魔术中来，让他们用手势来控制番茄酱包的升降和停止）。

提问：番茄酱包为什么上升、下降和停止？（因为老师在控制）

提问：什么是控制？

提问：控制是需要一定手段的，那番茄酱包的升降是不是老师的手势（意念）在控制呢？

提问：在我们的教室里，有哪些控制装置（控制系统）？

实物演示：婴儿尿湿报警控制系统

1.

提问：这些控制系统有什么共同特征？

先引导学生归纳出控制系统的基本特征

再在此基本上并画出其简单框图：

12 学生活动

从变魔术开始

激发兴趣

学生用自己的话表达什么是控制（你让它怎样，它就怎样）

引导学生揭开魔术谜底：其实老师是通过拿瓶的手挤压瓶子，从而改变瓶内的压强，从而使番茄酱包上浮、下沉或悬停

引导学生找出教室里的控制系统：



灯的开关的控制 

投影幕升降的控制 

电风扇风速的控制

归纳出控制系统的基本特征：

一个输入信号（如手拔开关）1 情景导入 ２

控制举例

控制系统的基３

本特征

对应着一个输出信号（如灯亮或不亮）

“亮或灭”

输出

风速

2.

马上行动

讨论、交流：

播放《中学生设计的超级连环机关》视频

找出连环机关中的控制系统认真观看视频，注意观察视频中有哪些控及每个控制系统的输入和输出

制装置（控制系统），其输入和输出各是什么？

分享结论：

（连环机关其实是是一个控制系统的输出是下一个控制系统的输入，从而形成连环控制。）

输出

输入

电路、灯

“开或关”

输入

电机、扇叶

风速挡位

１.播放宾馆门童为客人开门的视频

引导学生提出设计项目：设计一提问：如果没有门童怎么办？（设计自动门）

个自动门

２.引导学生从设计者的角度分析自动门：

（１）自动门的动作过程及功能技术要求：

学生从设计者的角度出发分当门口没有人时，门是关着的；当有人来门口析自动门的基本组成和工作过程

时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又

关闭。

（２）自动门如何实现门的开与关（引导学生用逆推法找出自动门的基本用逆推法来分析）：

组成和工作过程：



门靠什么力量实现门的开和关的？（电动门的开关←电动机的转动←控制４

控制案例分析

机的转动）

电路←红外传感器



电动机的转动谁来指挥？（控制电路）



控制电路怎样知道有人来了，从而指挥电用简短的语言描述这一控制动机转动？（红外传感器）

过程：

（３）怎样用简短的语言来描述这一控制过有人来了，红外传感器检测程？

到这一信号后，控制电路根据这

一信号，控制电动机转动，把门（４）怎样用更简洁的方框图来描述这一控制打开。

过程？

用方框图来表示这一控制过程：

→红外传感器→控制电路→电动机→人体热辐射→红外传感器→控制自动门→

电路→电动机→自动门→开与关

1. 开环控制系统：像这样信息只从输入端传递开环控制系统到输出端，没有信息反馈的控制系统，称为开环及开环控制系控制系统。

统的方框图

2. 引导学生归纳出开环控制系统的一般框图

学生归纳出开环控制系统的一般框图：

输入→传感器→控制器→执行器→

被控对象→输出

4 5 对“自动门”根据自动门控制系统控制过程和原理，通过稍加根据教师搭好的支架，发挥自己的扩展思考

改动，你还可以设计出应用其他方面的控制系统的创造力，并学会用方框图表达13

吗？请用方框图表示你的设计想法。（支架式教自己的设计想法。

学）

教师根据学生的回答做出评价，鼓励学生的创新精神

1.“婴儿尿湿报警器”控制系统是怎样工作的？如何用方框图表示？

2.根据婴儿尿湿报警器的控制原理，通过稍加改对“婴儿尿湿动，你还可以设计出应用在哪些方面的控制系报警器”分析统？请用方框图表示你的想法。与前面的“自动与扩展思考

门”相结合，你又可以设计出一个怎样的控制系统？（为学生搭建支架）

3.实物展示“医疗点滴报警器”

再上一层台阶，用方框图表示“婴儿尿湿报警器”的组成和工作过程：

湿度→湿度传感器→控制电路→铃声发生器→扬声器→报警声

再根据老师搭建的支架，进行创造性思考，完成自已的创新设计

6 7 体验开环控制1.展示自制玩偶（Ｋitty猫），拉动猫的尾巴，1.激发兴趣 系统 要求学生注意观察玩偶的动作的变化。

2.揭示玩偶动作控制过程，要求学生注意观察背2.观察理解控制机关，体验输出后的机关，体会拉动尾巴（输入）与猫脚的舞动信号与输入信号之间对应关系。

（输出）的对应关系。

3.动手制作简单控制玩偶，体会3.学生动手设计制作：

简单的开环控制

（１）自己动手设计制作一个可以控制玩偶动作

的控制装置；

提供的材料：硬纸板、细绳、小木棒、橡皮筋、

弹簧

工具：剪刀、裁纸刀、胶水

4.扩展

4.知识内化和升华

（１）你能否设计制作一个可不仅可以控制玩偶创新实践能力得到有效的锻炼

动作，甚于可能控制玩偶表情的控制装置；

（２）能否实现动作表情的自动控制。

小结 教师引导、补充 学生归纳、整理本课内容，学习收获 ８

八、教学反思

上好一堂通用技术课，我认为有几点是需要我们努力去实现的：１.让学生感兴趣，有兴趣就会有一个良好的心理状态，就有利于学生创造潜能的激发。而让学生感兴趣，关键找到学生的兴奋点，例如，本节课中“变魔术”、“超级大连环机关”

、“自制玩偶”，都是学生非常感兴趣的。２.把技术课堂“实”化，让学生处于一个尽可能真实的情景下。我认为图片比语言文字更“真实”，视频比图片更“真实”，实物演示比视频更“真实”，亲身操作体验比实物演示更“真实”，所以在课堂上，我是尽可能产用操作体验、实物演示、频视播放这些更“真实”教学手段。３.让学生创造潜力的发挥有机会有可能，在课堂上设置一些有挑战、开放性的练习和实践项目，给学生发挥创造潜力的机会，同时为学生的创造搭建支架，让学生的创造成为可能。

14

章

节：第四单元

控制与设计

第二节

控制系统的工作过程与方式

课 时：第2课时

一、教学目标

1. 知识与技能目标

(1) 通过案例的分析，理解闭环控制系统的含义。

(2) 掌握闭环控制系统的基本组成和工作过程，会画闭环控制系统方框图。

（3）熟悉闭环控制系统在日常生活中的应用。

2. 过程与方法目标

(1)体会闭环控制系统输入与输出的关系和工作过程。

(2)通过典型闭环控制系统的分析，熟悉闭环控制系统的基本组成及工作过程。

(3) 逐步形成理解和分析闭环控制系统的一般方法。

3. 情感态度和价值观目标

(1)提高对生活中技术问题的敏感度和引发出探究欲望。

(2)通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索，敢于创造的优良品质。

二、教学重点

对闭环控制系统反馈环节的作用的体会，及学会用系统框图来帮助分析和理解闭环控制系统。

三、教学难点

分析闭环控系统的基本组成及工作过程。

四、教学方法

讲授法、任务驱动法、演示法、逆推分析法、游戏法

五、设计思想

1. 教材分析

本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2课时。在学生学习了开环控制系统的基础上学习闭环控制系统的。上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解,这节课主要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。通过本节课学习，主要教育目标是培养和提高学生的技术素养。我们知道，生活中有许多简单控制系统的实例，因此，本课教学要从学生生活经验出发，从实例分析入手，主要对闭环控制系统的工作过程、方框图进行分析。

2. 教学策略设计

(1) 让学生自发地、主动地学习。本课教学中以生活中最常见的控制系统等问题解决闭环控制系统的工作控制流程，激发学生的认知，引导学生自发地把生活中碰到的闭环控制系统的问题解决。

(2) 通过同一个问题用开环控制和闭环控制两种不同的方式来实现，让学生体会开环控制与闭环控制的不同及反馈的作用。

(3) 对学生进行现代技术思想和高科技思想方法的指导，使学生获得新信息。

3. 学情分析

学生已学开环控制系统的基础知识和系统、控制等基本概念，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些已知知识和经验为教学中提供了条件，同时也为本节顺利进行闭环控制系统的学习提供了可能。

六、教学准备

1. 教学资源的准备

15

多媒体教学设备、通用技术专用教室、教学课件PPT、各类工具、日常生活中常用的杆称

2. 教学课件的准备

教学课件比较简洁，多以直观的图片来说明，抓住关键知识点，突出中心。

七、教学过程

（一）开环与闭环控制系统工作过程的讲解

案例分析1：游泳池的注水控制系统

工作过程如下：在定时器上设定注水时间，开启进水阀注水，一旦时间到达，定时器就会通知进水阀门关闭，停止向游泳池注水，这一控制过程可用下图描述：

设定时间

水流量

游泳池的水位

定时器

进水阀门

游泳池

师：像这种，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，我们称为开环控制系统。

问：

1. 定时器注水控制有什么缺陷？（在进水时间内，进水管的水压变小，进水量变小，或者进水管在进水时间内突然断水，都会影响输出水位）

2. 如何解决这一系统存在的问题，使输出的水位达到设定的水位呢？

案例分析2：游泳池的注水控制的改进

解决方案：增加一检测装置，检测实际水位

工作过程：首先设定水位，通过检测装置，检测水池内的实际水位，并把测量值返回到系统的输入端，与输入量比较，当实际水位比设定水位低时，控制器控制进水阀门继续注水，当实际水位达到设定水位时，控制器发出信号关闭进水阀门，用框图表示如下：

设定水位

水流量

游泳池的水位

+

控制器

进水阀门

游泳池

检测装置

师：像这种，输出量到输入量之间的信号形成一个回路，我们说它是一个闭环控制系统（出示开环控制与闭环控制的定义）

（二）开环与闭环控制系统的区别

1. 出示开环与闭环控制系统两个系统方框图

师：从系统方框图上看，开环与闭环的区别是什么？

生：闭环比开环多了一个比较器和检测装置

师：闭环比开环多出的这一环节我们称为什么呢？

生：（表情疑惑）

师：我们称为反馈环节

师：所谓的反馈：将输出量通过适当的检测装置返回到输入端与输入量进行比较的过程。所以我们说开环与闭环的区别在于有没有反馈，而不是有没有检测装置。

2. 案例说明：有检测装置就是闭环控制系统这一误解

问题：红外感应水龙头是开环控制系统还是闭环控制系统？

生：闭环

-

16

生：开环

师：为什么说它是闭环控制呢？

生：有检测装置

师：为什么说它是开环控制？

生：它虽有检测装置，但是没有比较的过程

师：是的，它是一个开环控制系统，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，虽有检测装置，但是其输出量没有与输入端的输入量进行比较，根据反馈的定义，这一控制系统没有反馈的环节，所以我们说它是开环控制系统。

3. 巩固与练习：

（三）小结：

这节课，我们一起学习了开环与闭环控制系统的工作过程，以及闭环控制系统中的反馈环节，在这里大家要注意开环与闭环的区别在于有没有反馈，而不是在于有没有检测装置。在一个控制系统里，学会判断有没有反馈环节，就是学会判断开环与闭环控制系统，它是辨别开环与闭环控制系统的关键。

八、教学反思

本节课学习的是开环与闭环控制系统的工作过程，及闭环控制系统中的反馈，从之前上课的流程来看，即先用一个课时讲完开环，在用一个课时完讲闭环，学生不能很好的区分两者的区别，且印象不深，所以这节课我做了调整，在第一课时，将开环与闭环的工作过程用对比的方式给学生讲解，在从系统方框图上，让学生自主找出两者的区别，这样，学生印象深刻，且容易接受，在讲完之后我还附加练习强化，在练习中，发现有少量学生仍然会将有无检测装置作为判断开环与闭环控制系统的一个依据，在课上，我都及时给予纠正。设计这一附加练习的原因就是为了排除学生的这一误解。

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1课时

一、教学目标

1. 知识与技能目标

（1）能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析。

（2）熟悉闭环控系统中反馈环节的作用。

（3）能识读和画出简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用。

2. 过程与方法目标

（1）通过课堂小试验亲身体验“反馈”的作用。

（2）通过典型闭环控制系统的分析，熟悉闭环控制系统的基本组成及工作过程。

（3）逐步形成理解和分析闭环控制系统的一般方法，学会使用逆推法分析问题。

3. 情感态度与价值观目标

（1）通过“神奇”的自动控制装置，感受科技的魅力，形成和保持探究控制系统的兴趣与热情。

（2）通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索敢于创造优良品质。

二、教学重点

17

本节学习重点偏重于对闭环控制系统反馈环节的作用的体会，及学会用系统框图来帮助分析和理解闭环控制系统。

三、教学难点

分析闭环控系统的基本组成及工作过程

四、教学方法

演示法、逆推分析法、游戏法

五、设计思想：

1. 教材分析

本节是“控制与设计”第三节的内容，其内容包括“干扰因素”、“反馈”、“功能模拟方法”和“黑箱方法”。闭环控制系统相对于开环控系统要复杂些，但闭环控制系统因其控制准，自动化程度高，有着“神奇”的控制效果，对学生来说也同样具有一定的吸引力，成为学生进一步学习的动力。本节学习重点偏重于对闭环控制系统反馈环节的作用的体会，及学会用系统框图来帮助分析和理解闭环控制系统。

2. 学情分析

（1）知道什么是开环控制系统，什么闭环控制系统；

（2）熟悉开环控制系统的基本组成及工作过程；

（3）在和学习开环控制系统过程中，学会了用系统框图来帮助分析和理解开环控制系统的组成和工作过程，及用系统框图来抽象概括开环控制系统的特征；

（4）对分析闭环控制系统有一定的畏难情绪；

（5）对闭环控制系统“神奇”的控制效果充满的好奇心，有着进一步了解其内部组成和工作原理的欲望。

3. 教学策略

（1）通过实物模型演示闭环控制系统“神奇”的控制效果，激发学生的学习兴趣；

（2）通过课堂小试验亲身体验“反馈”的作用；

（3）采用逆推法引发学生的思维，帮助分析闭环控制的基本组成和工作过程；

（4）淡化对概念或定义的描述，侧重机理的分析。

六、教学资源准备

实物模型、相关图片资料、技术试验工具、材料等

七、教学过程

序号

教学步骤

教师活动

18 学生活动

很多同学都会发现在一些比较高的楼房顶上都有一个蓄水塔。平时要往水塔里抽水，如果要人亲自去水塔上开关水阀门是不是很麻烦呢？我们学习了控制的有关知识，知道我们完全可以用一个控制装置来实现抽水的自动控制。今天老师就带来了两种可以实现自动抽水的实物模型，现在老师来演示给同学看

控制过程：

观察、思考和比较

指出定时器自动抽水装置存在的缺陷和原缺陷1：会出现有时水用一、演示并讲解两种自动抽水控制装置的自动控制效果和因：

而（1）自动抽水实物模型1(定时器控制)的控制效果：设完需抽水时没有抽水，一

情景导入

定间隔时间和抽水持续时→启动→过一段时间后开始抽水→有时还不需抽水时却提抽水持续一段时间后停止抽水

前抽水了。

每天的用水量有多（2）自动抽水实物模型2（闭环控制）的控制效果：水原因：塔放水→当水塔水位降低到一定水位，开始抽水→当塔水位上有少导致不知多长时间升到一定水位，停止抽水。

自动抽水装置存在的缺陷及原因

三、引出干扰的概念：

控制过程中存在干扰

在日常生活中，干扰是时常存在的

1. 什么是干扰？

在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。

2. 干扰举例：

（1）风对自动车行驶

（2）手机信号对飞机导航的干扰

（3）室外温度对空调温度控制的干扰

二

干扰因素

（4）手机对显示器的干扰（现场演示）

3. 案例分析

（1）在电冰箱的温度控制系统有哪些干扰因素？

（2）自动扶梯的升降控制系统存在哪些干扰因素？

（3）利用滑轮组提升重物的控制装置存在哪些干扰因素？

4. 干扰存在的普遍性

在几乎所有控制系统都存在着干扰因素，干扰不可能被杜绝，但可以被克服。

5. 思考

生活中哪些干扰因素是可以利用的？如何进行利用？

1. 什么是反馈

三

反馈

控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端明确反馈的概念

并与输入量进行比较的过程，就是反馈(feedback)

后该抽水。

缺陷2：抽水时有时会抽还没抽满就停止抽水了。

原因：抽水时进水量不稳二、比较两种自动控制的控制效果，引导学生指出定时器得过满甚至溢出，而有进其实导致定时控制抽水存在这样的缺陷的根本原因是在定

19

2. 案例分析：投篮

这个投篮过程中的人的眼睛相当于什么？大脑、手又相当统控制框图。

思考，归纳：

眼睛是检测装置，大器，被控对象是篮球

于什么？人在投篮时有没有信息的反馈过程？请分析得出系脑是控制器，手是执行3. 体验反馈：课堂小游戏“穿针引线”

思考：这个游戏中的人的眼睛相当于什么？大脑、手又相当于什么？人在“穿针”时有没有信息的反馈过程？

体验反馈在控制中的作用

4. 思考：“十聋九哑”产生的原因？

因为没有反馈

闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）

的偏差，我们再来看看我们在开始时给大家演示的第二个自动归纳出系统的组成：

抽水控制装置，这个控制装置能准确控制抽水过程，也正是因被控对象：水塔

为有反馈，从而形成闭环控制系统，下面来分析一下这个自动被控量：水塔的水位

抽水控制装置的组成和工作过程

1. 用逆推法引导学生分析自动抽水控制系统的组成

（1）再次展示自动抽水控制装置实物

（2）提问

a. 该控制系统的被控对象是什么？被控量是什么？

（被控对象是水塔，被控量是水塔的水位）

b. 水塔水位靠什么来实现？（水泵）

c. 水泵靠什么来控制？（控制电路）

闭环控制系统四

的基本组成和工作过程

止抽水？（通过传感器检测水位，再反馈给控制电路）

2. 自动抽水控制系统的工作过程

执行器：水泵

控制器：控制电路

检测器：水位检测装置

画出控制系统框图：

（略）

d. 控制电路怎么知道什么时侯该开始抽水，什么时侯停

（1）再次演示自动抽水控制装置自动抽水过程：将水位传感

器定在第一条水位线，通电，水泵往水塔里抽水，水位到达传

感器位置时水泵即停止抽水，从排水口排水，水位低于第一水

位线时水泵又开始抽水；将水位传感器定在第二条水位线，重

复上述操作。

论一下，试用系统框图来描述。

（2）提问：这个水塔的工作过程是怎样的，请同学们相互讨

3. 案例分析：加热炉的温度控制系统

20

分析、归纳

提问：在加热炉的温度控制系统中，可能有哪些干扰因素，系分析思考后得出：

统是如何克服干扰使炉温稳定在给定的范围内的？其控制量用散热量作为控制量

是什么？控制量可以有其他选择吗？

4. 思考

如果请你设计一个温室的温度控制系统，你将选择什么作为控制量？

引导学生对闭环控制系统与开环控系统进行比较

闭环控制系统五

与开环控制系统的比较

比较，归纳

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2课时

一、教学目标

1. 理解闭环控制系统的工作过程

2. 理解开环控制系统和闭环控制系统区别

二、教学重点

闭环控制系统的工作过程，绘画简单的闭环控制系统的方框图。

三、教学难点

控制器、执行器等环节的作用，闭环控制系统与开环控制系统的区别。

四、教学方法

21

讲授、实践、任务驱动。

五、设计思想

本节内容在《控制与设计》一单元中起到举足轻重的作用，不仅可使学生对闭环控制系统的工作原理和和过程有深刻的认识，而且对开环控制系统与闭环控制系统的比较有清晰的理解。

六、教学准备

烘箱、画架等

七、教学过程

闭环控制系统工作过程

[介绍]：闭环控制系统就是系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定。

[核心]：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。

[案例分析]：阅读书上案例

[思考设计]：家用抽水马桶是一个典型的闭环控制系统的水位控制。

[思考]：在水箱的水位控制系统中，控制量还可以有其他选择吗？为什么？

（控制量是进水阀的流量。放水、蒸发是干扰。）

闭环控制系统的特点：

（1）系统输出量对控制作用有直接影响。

（2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。

（3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。

[flash课件演示]：加热炉的温度自动控制系统：

[实物展示]：

烘箱

温度自动控制系统。首先用热电偶来代替温度计来测量温度的值，然后对温度的比较，当小于恒温箱给定时，就增大加热装置的电流；相反当大于恒温箱给定时，就减小电流。这样恒温箱就能保持给定的温度。

加热炉的温度自动控制系统的结构图：

给定量

水位

阀门

水箱

控制器

+

-

检测装置（反馈）

小结：闭环控制系统的特点是，控制精度较高，系统能够实时监控输出端，及时调整输入端，在生产和生活中应用广泛，主要用于各种自动化控制。

课堂实践：演示抽水马桶水位自动控制系统 目标：

抽水马桶水位自动控制系统，在家庭生活中有着广泛的应用。通过剖析抽水马桶水位自动控制系统的工作过程，使学生了解闭环控制系统的工作原理。

步骤：

1.准备或组装一套抽水马桶水位自动控制系统。

2.打开总开关、注水，注意观测浮球的位置变化和控制阀门的状态。

22

3.当注水停止时，观测浮球的位置和控制阀门的状态。

4.打开放水开关，水位下降，再次观测浮球的位置变化和阀门的状态。

记录分析：

1.当水位较低时，浮球位置较低，控制阀门处于导通的状态，注水开始。

2.当水位上升到一定水位时，浮球也上浮，使控制阀门处于关闭的状态。

3.当水位再次下降时，浮球下降，控制阀门处于导通的状态，重新开始注水。

结论：

1.当没有水时（水位低时），浮球较低，控制阀门打开，注水。

2.随着水位的上升，浮球上升，注水开始减小。

3.当水位到达一定位置时，浮球控制阀门关闭，停止注水。

4.当水全部冲走后，水位再次降低，控制阀门打开，重新开始注水。

方框图：

水位自动控制系统：

给定量

控制器

+ - 检测装置（反馈）

阀门

水箱

水位

闭环与开环控制系统的比较

[介绍]：

闭环控制：反馈控制，

偏差控制，可以抑制内、外扰动对被量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。

开环控制：没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。在精度要求不高或扰动影响较小的情况下，这种控制方式还有一定的实用价值。

[提问回答]：

能否自动调整和补偿

控制精度

结构

适用场合

开环控制系统

闭环控制系统

[讨论]：

红绿灯定时控制（开），车流量控制（闭）。

检测输出（闭），否则（开）例如自动门检测。

人工控制，自动控制，开环控制，闭环控制之间区别联系

。 [补充]：起增强输入信号作用——正反馈。

起减弱输入信号作用——负反馈。正反馈不能进行控制，会使系统的偏差越来越大。只有负反馈控制系统才能完成自动控制的任务。

负反馈控制系统最大的特点：检测偏差，纠正偏差。

[作业]演示电开水器动画，并说明控制方式

23