高中通用技术 控制系统的设计与实施4教案 苏教版必修2
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控制系统的设计与实施
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：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2～3课时
一、教学目标
1. 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。
2. 能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者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
二、教学重点
设计一个控制系统应明确的问题，对控制系统的基本要求。
三、教学难点
设计一个控制系统应明确的问题的分析，控制系统设计的思想方法。
四、教学方法
讲授、讨论、小组合作。
五、设计思想
1. 教材分析
本节要求学生亲历一个完整的控制系统设计和模型制作过程。对于控制系统方案的设计不要求学生能形成详细的设计方案，只需形成初步方案，重要的是让学生亲历设计的过程，知道怎样通过分析被控对象的基本特性，确定被控量、控制量，从而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，课标有着不同层次的要求，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，只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。
本课要解决的重点是：亲历一个完整的控制系统设计和模型制作过程.
2. 学情分析
（1）学生已经使用过设计的技术语言对设计的过程和方案进行描述；
（2）经历了几个设计和制作的全过程，熟悉设计过程中的各个环节以及模型或原型制作的基本方法和手段；
（3）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；
3. 教学策略分析
本次控制系统设计将采用开放式的设计，在提出设计命题后，不给出一个确定的系统设计方案，而是引导学生提出自己的想法，激发学生发现问题和勇于创新的激情。本次设计将按设计的各环节按层次提供了一些在系统设计时可能会碰到的技术问题，让学生自己分析、选择认为合理的设计方案，以合作学习的方式，完成设计和制作。学生通过从明确问题、制定方案设计、制作、测试评估和优化全过程的参与，初步学会控制设计的基本方法，加深对前述课程内容的理解，以达到提高技术素养的目的。
六、教学资源准备
多媒体设备、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 学生活动
一 问题的提出 问题：在海南处于热带地区，多雨,天气无常，而人们工作繁忙，时常无暇顾及雨水对家具、家电等物品的损害，造成经济损失。能否设计一个雨天自动关窗系统？这样，人们工作在外，就不用担心雨水飘进家里了。
设计项目：雨天自动关窗系统 明确设计任务
激发学习兴趣
二 方案的设计 1.明确控制的目的
提问：该控制系统控制的目的是什么？ 思考，回答：
根据是否下雨控制窗户的开和关
2.分析被控对象的主要特性，确定被控量、控制量
提问：
（1）该控制系统被控对象是什么？被控量是什么？
（2）窗户的开关通常有哪几种方式？采用哪种开关方式，怎样控制比较合理？ 回答：被控对象是窗户，被控量是窗户的开与关
引导学生分析被控对象，确定控制方式和控制量：
电机的转动
3.采用逆推法引导学生画出控制框图
教师：窗户由什么来开、关的？
教师：电动机由谁来控制它运转？
教师：控制电路如何知道何时让电动机运转？
教师：用怎样的装置感知有光线否呢？
教师：现在我们大家把刚才我们分析的思路用方框图整理出来：
学生：电动机
学生：控制电路，由它来控制电动机的正转反转
学生：由一个能感知是否有雨的传感器送信号给控制电路
学生：……（湿度传感器）
三 方案的实施 结构安装
提供方案实施中的技术问题的多种解决方案让学生自己分析选择：
（1）窗户的运动方式：平移、转动
（2）电机与窗户连接方式：
a.齿轮与齿条连接
b.共轴连接
c.滑轮绳子连接
（3）湿度检测电路：
湿敏电阻、自制湿度传感器 分组讨论：
根据提供的技术资料，分析并选择认为合理的设计方案
四 方案的调试评估和改进 1.控制调试
（1） 调试机械联接是否稳固
（2） 调试窗户移动（开关）是否到位
（3） 调试湿度检测是否灵敏
2.评估自己的方案
3.优化改进自己的方案
（1）如何增加湿度检测的灵敏度和准确度
（2）如何实现自动控制和人式控制两种方式并存，使控制有更大的适应性
（3）如何克服窗户移动距离可能存在的误差 调试，分析出现问题的原因，并改进
反思自己的设计，进一步优化自己的方案
五 小结 1.引导学生归纳总结控制系统设计的一般步骤
2.设计方案实施的主要步骤
3.对方案实施的调试评估 归纳、总结，把实践经验进一步提升
八、教学反思
这是“控制与设计”专题的最后一个教学内容——简单控制系统的设计及系统的调试。这一课题的教学以具体设计任务为载体，让学生体验控制系统设计和实现的过程，使课堂还给学生，给课堂以生气和活力。
本课程的教学设计以设计制作“下雨时自动关窗装置”为载体来展开的，课程的导入和每一个设计步骤都是围绕这个设计任务来展开的。内容具体，目标明确，学生有兴趣，课堂也很活跃。这一课没有使用教材的推荐载体，而是根据本地条件选择的载体。本次是采用两节课连上的方式进行的，在教师的引导下学生下基本能够完成任务，效果很好。
