2、控制系统的设计与实施案例教案教学设计导入整理

通用技术（必修2）

第四章

控制与设计 教学设计

4.4 控制系统的设计与实施

教 材：

普通高中课程标准实验教科书（苏教版） 通用技术（必修2）

文档内容：

控制系统的设计与实施

章 节：

第四单元

控制与设计

第四节

控制系统的设计与实施

课 时：

第1课时

作 者：

泰州市第二中学 黄小娟

在前3节对开环控制系统和闭环控制系统工作过程和原理介绍的基础上，本课主要使学生亲历一个完整的控制系统设计和模型制作过程。重要的是让学生亲历设计的过程，知道怎样通过分教材分析

析被控对象的基本特性，确定被控量、控制量，形成控制系统的设计框图，对于开环控制系统和闭环控制系统的制作和实施，课程标准明确了不同层次的要求，对于开环要求能制作一个完整的简单的控制装置，对于闭环控制系统，要求学生根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。

学生对控制系统已经有了基本了解，对系统设计的各环节以学情分析

及模型或原型制作的基本方法有所熟悉。

设计制作中具体技术和专业知识（如电子、电路及机械控制知识等）有所欠缺，给控制的设计和实施带来了一定的困难。

知识与技能

了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，采用逆推法画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。

教学目标

过程与方法

1. 能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；

2. 学会简单控制系统的调试运行，提出改进方案。

情感态度与价值观

形成对技术生活的积极情感，知道选择、使用、管理、甚至开发技术的意义。

教学重点：

教学

根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置；以日常生活家用电器为例，体验简单的闭环控制系统。

1

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控制与设计 教学设计

重难点

教学难点：

调试运行，提出改进方案。

创设情境，提出问题 理论探究，组织讨论 参与实践 归纳点拨 评价反馈

多媒体课件、器材（面包板1块、喇叭1个、10kW、2.2kW电阻各1个，锗三极管1只，金属探针两根，导线若干。）

讲授法、演示法、任务驱动、小组合作学习

教学策略

教学资源

教学流程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

回顾旧知

师生一起回顾开环控制和闭环控制的相关知识

回忆、复述

回顾旧知，连接新知，【提问】要设计一种自动报警器控制系统，如为学习新思考问题

知埋下伏笔。

学生从设计者的角度出发分析自动直接引入设计项目，便于学生积极思考

理论与实践结合，学以致用

何展开我们的设计思路？需要从哪些方面着手考虑问题呢？

【归纳总结】控制系统设计的一般思路

情境导入

实践

一

【主题】

开环控制系统设计的设计与实施

设计项目：浴缸注水高度自动报警器

控制目的：当浴缸注水达到指定高度时自动报警。

插入浴缸“水漫金山”图片

理论探究

实践体验

【讲授】【实物演示】

1. 自动报警器设计分析

引导学生从设计者的角度分析自动报警器的控制工作过程：将探针置于指定的高度，当注2

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控制与设计 教学设计

水高度达到指定高度时，探针浸入水中，由于水的导电性，产生微弱的基极电流，从而激发三极管的集电极导通，产生足以推动蜂鸣器的集电极电流而报警。

系统方框图：

报警器的基本组成和工作过程。

用简洁的方框图来表示这一过程。

画出必要的输入量——水位高度

电器线路图，选择适当型被控对象——蜂鸣器

号的元件和配件，进行组被控量——蜂鸣器响/不响

装、调试。

控制量——三极管通与不通

元器件——电源、电阻、三极管、蜂鸣

器……

2. 方案构思

选择开环控制系统实现自控报警器的控制

要求。

3. 方案的呈现

画出必要的电器线路图

选择适当型号的元件和配件

4. 分组实践

材料分发：面包板一块、蜂鸣器1个、10kW、

2.2kW电阻各1个，锗三极管1只，金属探针

两根等

5.展示与点评

展示部分小组作品并调试。

旧知新知产生连接，再一次体验设计的一般过程。

形成对技术生活的积极情感，知道选择、使用、管理、甚至开发技术的意义。

课堂小结

本节课设计的浴缸注水高度自动报警器具有报警功能，实现了设计的目标。但是否存在不足，仍有值得改进的地方？如何改进？利用课后时间继续思整理工具

考与再设计。

3

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开环控制系统的设计与制作

1.

开环控制系统的工作过程（方框图）

板书设计

2.

开环控制系统的设计与制作

以浴缸注水高度自动报警器为例

在本节课的教学中，以浴缸注水高度自动报警器设计活动为主线，让学生在针对实际问题进行控制设计的实践中去领会控制系统设计的一般方法。活动过程中，学生以小组为单位在进行设计分析时，亲身经历对多方案进行比较、权衡、选择的过程以及一个控制系统的制作、安装、调试、改进的全过程。在这样一个体验过程中，学生才可能对教学目标有一个全设计反思

面理解和认识。

活动中，学生可能遇到一些问题，比如：在我所给的材料中，对有些材料（如锗三极管）比较陌生；学生在比较权衡完毕后，还会对原来的方案进行进一步的改进；学生在对控制系统电路连接调试中喇叭不响等等。整节课的课堂氛围好，学生兴趣高，能按时完成任务。

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