开环控制系统的工作过程和方式[一]

1、4.2 .1 开环控制系统的工作过程与方式教学设计【整体设计说明 】（一）本节在单元中的地位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 1 课时。从总体上看， “控制与设计”这个单元按照控制的手段 控制系统 控制系统的设计这样的思路来组织教材内容。 上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解， 下节课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， 因此， 本课教学非常关键， 是承上启下的核心内容。（二）学生学情分析学生对“控制”一词并不陌生，经常提到控制温度、控制时间、控制音量、控制亮度、控制电流等。在生活、学习中，学生对控制形成

2、了或多或少的感性认识， 这些认识仅限于表面现象， 对控制系统的组成和工作过程并没有进行过深入思考和研究。 但学生毕竟也经常进行控制操作， 对控制有一些体会， 在物理等学科中学习了电子、传感器基础知识，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些知识和经验在教学中为学生寻找教材以外的案例提供了条件， 为学生配合教师教学提供了可能。（三）本节整体教学思路开环控制系统的基本组成与工作过程对后面的闭环控制和控制方案的设计至关重要， 所以这节的教学一定要落实到位， 使学生真正吃透和理解。 要达到这样的效果， 教师必须引导学生对典型实例详细分析， 使学生对实例中的控制过程和原理有一个清晰的认识， 然后再引导

3、学生从中抽取出控制系统的基本组成： 传感器、控制器、执行器、被控对象，各个组成部分的功能和作用学生自然也明白了。对于控制系统的基本组成的作用， 学生一般不难理解， 但对于它们的工作原理， 学生可能会存在许多问题， 也极有可能在课堂教学中提出这些疑问。 对于疑问的学生， 教师要给予表扬和鼓励， 这是学生技术素养提高的一个具体表现， 培养学生的质疑的教学的一个重要方面。 教师要不失时机地进行正确引导， 同时在备课过程中应注意相关内容的学习和准备。在“技术与设计1”中曾提出“技术是综合知识的结晶”。笔者认为在本节内容的教学中可以予以回溯，因为作为控制系统的基本组成涉及的学科比较多，单就传感器来讲，就

4、可能涉及光、声音、射线、压力、温度、化学成分等，回扣这一内容一是可以加深学生对 “技术需要综合知识” 的进一步理解， 二是可以激发学生学习其他学科知识的积极性，强化通用技术课程和其他领域课程的联系。本节课教学应当避免“纸上谈兵”。教师可以利用学校现有的实验器材、教学设施资源， 或通过自制或改制教具， 尽量创造条件， 利用实物展开教学。 比如：声控自动门、游泳池注水系统等。利用这些必能起到事半功倍的效果。本节课内容也是培养学生动手能力、 探究性学习能力、分析研究能力的较好 载体，比如教学中可以让学生研究控制系统的工作情况。（四）本节教学策略1、让学生的自发地、主动地学习。本课教学中以案例分析为主

5、线通过几个 经典控制系统案例，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题。2、创设情境。引导学生分析生活中的开环控制系统工作过程和方式，加强 学生工作过程的理解和应用能力。3、通过“活动猴”等试验让学生体会开环控制系统输入与输出的关系和工 作过程。（五）教学目标（一）知识与技能：1、通过引导学生对周边实例的分析，理解控制系统的含义。2、掌握开环控制系统的基本组成和工作过程，熟悉简单开环控制的工作原 理和过程。3、知道一般控制系统的描述方法，能绘制开环控制系统方框图。（二）过程与方法1、使学生体验控制系统的分析过程与分析方法，培养学生科学思维能力。2、让学生从生活经验出发，从实例分析入手，能

6、归纳出对控制系统的一般 认识。（三）态度与情感1、通过自动控制与人工控制的对比，使学生体验技术发明与创新对造福人 类的重大意义。2、强化通用技术与其他课程的联系，激发学生学习其它学科知识的积极性。（六）教学重难点：1 .教学重点：（1）开环控制系统的构成与判断。（2）开环控制系统在日常生活中的应用和系统方框图的书写。2 .教学难点：开环控制系统的构成与判断。（七）教学时间：1课时（八）教学准备：自制游泳池注水系统，自制声控门，PPT课件【教学过程与方法】教学内容教师活动学生活动设计意图情景引入：早上出发前时忘了关窗户，天有不测风右， 中午突然卜起了雨，结果身在单位的上班族 只能眼睁睁等着雨水进

7、入室内。此时束手无 策，恨/、得插上翅膀飞回家去关窗户。 同学 们，我们能不能从技术的角度帮上班族想想 办法，解决这个难题思考回答。可以设计 一种自动关闭窗户的 装置设计情境，吸引 学生注意力。问题提出如果可以有这样的控制系统，这个控制 系统是怎样组成它的工作过程是怎样的输 入输出之间的对应关系又是如何呢自动关闭窗户装 置这个也就是本节课的教学内容，卜时我 们来进行探究。1解析：假设常态卜窗户是打开的，有一 个感湿器放在窗户的上部，当他感测到有雨 点是，干时期发出一个先好接通电源使电机 转动，带动窗户关闭；当不卜.雨时，感湿器 没有输出信号，窗户处于打开状态；感湿器、 电动机、窗户构成了一个控

8、制系统。问题：该控制系统的输入，输出是什么学生听讲，思考， 回答问题。输入：雨水。输出：窗户的关 闭。控制系统 的概念控制系统：任何一个控制系统的实现， 都要通过若干个环节共同实现，这些环节所 涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系 统。控制系统的输入与输出之间后f的 对应美系。马上行动（PPT展示）指出表中所列事例是否属于控 制系统，如果是控制系统，请指出系统的输 入、输出是什么。观看PPT,回答问 题。帮助学生进一 步熟悉控制系 统的输入，输 出。是否属 于控制 系统输入输出电饭煲脱粒机红外线 自动水 龙头解析：控制系统通常分为开环控制系统和闭 环控制系统。今天我们先来学习开环控制系 统。

9、案例一： 声控门。阿里吧吧和四十大盗的故事我们都听过，主人公阿里吧吧对着门说一声芝麻芝麻，开门吧！ "，门就开了，这个童话在现在能变成现实吗这个控制系统叫什么可以，这是声控门。教师教具 展小“声控自动门”并进行演示，装置图略。实验现象：当同学们 击一下学时，自动接 通开关，门打开，延 时一定时间之后门关 闭教师提 问：同学们知道声音是如何自动控制门的开关学生思考，回答。应该肩一个可以感知 声音的设备，接收到 声信号后就去通知执 行器开门。同学们回答的很好，卜而我们来仔细分 析。实现这种控制的关键就是在原来的电 路中安装了一个“声音控制器”。声音控制器实际包含三个组成部分：声音传 感器

10、、电子控制器、执行器。当发出的声响 达到f强度后，声音传感器就会检测到， 然后输出一种电信号，这种电信号送到控制 器后经过处理和放大，再输送到执行器（电 机），从而控制被控对象（门）的运行与停 止，这就是整个控制系统的工作过程。学生观看投影，进一 步了解。案例分 析 二：游 泳池注水 控制系统（定时器 控制）教师展示自制教具“游泳池注水控制系 统（定时器控制）”解析：在游泳池注水控制系统中，如果进水管 单位时间的水流量，定,那么游泳池水位的 高度与进水的时间是一一对应的。我们就可 以通过设定注水时间，是游泳池的水位达到 希望的高度。可以通过定时器来完成注水。 将注水的时间（假设为2小时）设定到

11、定时 器中，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。开环 控制系统 的概念开环控制系统：控制系统的输出量不对 系统的控制产生任何影响，这种控制系统称 为开环控制系统。开环控制系统再日常生活中的用途很 广，如十字路口的红绿灯定是控制系统。楼 宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统 等。0案例 分析三： 自动门的 控制系 统。PPT展示“自动门的控制系统。” 教师引导学生：门的开关靠什么来实现 教师：电机的转动收什么的控制 教师：现在请同学们用类比的方法指出 执行器，控制器，输入，输出对应关系。学生阅读案例， 思考并回答。学生：靠电机的 转动。学生：受控制电

12、 路的控制。控制电路教师对学 生进行技术思 想和方法的指 导，使学生获得 智慧根据宏伟装置检测到 得信号发送控制信号 给电机。总结：1、一般情况下定时器控制的都 是开环控制系统。2、三个例子的共同点：控制系 统的输出量不对系统的控制产生任何影响， 这种控制系统称为开环控制系统。马上行动：控制系统。列举你所知道的开环控制系统定时 器类开环 控制系统定时器游泳池注水；电风 扇的风速控制；十字路口红绿 灯定时控制系统；洗衣机定时 控制等。传感 器类开环 控制系统红外自动门；声控灯，自 动烘手机；各类报警器；自动 水龙头等。控制 系统的方 框图控制系统的方框图：在控制系统中，为 了分析方便，常采用方框

13、来表示系统的环 节，用单项信号线来表示系统信号的方向， 这种图称为控制系统的方框图，他表小了系 统的各个环节在系统中的位置、功能和相互 之间的关系。教师：下面我们来试着描写一下自动门 的控制系统方框图我们卜向来请同学们写一下定时注水 用泳池控制系统的方框图。由自动门 控制系统到一 般控制系统方 框图由具体到 抽象的一个重 要的思想和方 法。马上 行动：用方框图说明下取开环控制系统的工 作过程，并注明方框中的各个环节的具体内 容以及输入量、输出量贺控制量。音乐喷泉的控制。公共汽布车门的开关控制。【小 试验】活 动猴活动猴试验目的：了解开环控制系统的输入与输出之间的关系。试验准备：硬纸片，线，剪力

14、，笔等。试验过程：请同学们拿出准备好的猴子和躯干与 四肢，开始制作自己小组的活动猴。实验总结：说一说活动猴这一开环控制系统的输 入量，输出量各是什么再实验过程中，你遇到了那些问题，是 如何解决的为了使猴子有脸部表情，你可以做哪些 改进学生动手做试 验。通过试验， 让学生体会控 制系统的的工 作过程，同时小 组合作增强了 学生的团队意 识，培养学生的 综合素质。课堂总结：引导学生对所学内容进行自主归纳回顾本节 内容。作业：。1.请写出 芝麻开门”声控开门系统的控制 方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型， 亲自把神话变成现实2.思考：在游泳池注水控制系统中（定时器）、如果进水管单位时间的水流量不f, 那么 游泳池水位的高度与进水的时间是不是一 一对应呢如果不是，可能会出现什么情况教学反思：在教学设计上，不是从概念入手，讲什么是控制系统，什么是开环控制 系统，工作过程如何、框图如何画等， 而是对学生进行技术思想和方法的指导， 通过教具引导学生认识什么是开环控制系统， 使学生获得智慧：由自动门控制系 统到一般控制系统方框图由具体到抽象的一个重要的思想和方法。开环控制系统方框图是对开环控制系统工作过程的总结和概括，学生对书写控制的方框图较难 掌握，因此用“逆推法”分析如何实现门的自动控制。所有，教学难点的突破， 在于前