張雪峰

（安徽省宿城第一中學 安徽·宿州 234000）

1 教材分析

本節(jié)選自江蘇教育出版社《技術(shù)與設(shè)計2》的第四單元第二節(jié)，包含“控制系統(tǒng)”“開環(huán)控制”和“閉環(huán)控制”三個內(nèi)容，而“控制系統(tǒng)”已提前在第一節(jié)“控制的手段與應(yīng)用”中講授。因此，本節(jié)課重點是“開環(huán)控制和閉環(huán)控制”。本節(jié)在這一單元中占有重要地位，內(nèi)容較深，如果單純從理論上講解，學生很難掌握。因此，我采取理論和實踐相結(jié)合的方式，讓學生在探究的過程掌握知識點。

2 教學對象分析

高二的學生具有了一定的認識事物的能力，具備了細致的觀察能力、歸納、推演的能力，初步具有了探究現(xiàn)象背后本質(zhì)規(guī)律的能力。在本章的第一節(jié)，我布置了“控制在日常生活中的應(yīng)用”的研究性學習，不少學生利用課余時間下工廠、到商店、走訪各行各業(yè)的控制技術(shù)人員，了解了大量關(guān)于控制的實例，這就為本節(jié)課的教學提供很好的條件，也為對教材以外的案例分析和設(shè)計提供了可能。

3 教學目標

3.1 知識與技能

（1）熟悉簡單的開、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程。

（2）能畫出簡單的開、閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖。

（3）熟悉開、閉環(huán)控制系統(tǒng)在日常生活中的應(yīng)用。

3.2 過程與方法

鼓勵學生自主探究和合作交流，引導(dǎo)學生自主觀察、總結(jié)，在與他人的交流中豐富自己的思維方式，獲得不同的體驗和不同的發(fā)展。

3.3 情感態(tài)度價值觀

提高對生活中技術(shù)問題的敏感度和引發(fā)出探究欲望，并認識技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用。

4 教學重難點

4.1 教學重點

（1）開、閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理。

（2）常見控制系統(tǒng)方框圖的分析。

（3）開、閉環(huán)控制系統(tǒng)在日常生活中的應(yīng)用。

4.2 教學難點

（1）開、閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的判別。

（2）控制系統(tǒng)中輸入、輸出量、控制量和各個環(huán)節(jié)的區(qū)分。

5 教學資源準備

多媒體投影機、電腦、PPT課件、自制模擬游泳池注水控制系統(tǒng)。

6 教學過程

（1）【引入】。

上節(jié)課，我們學習了控制的手段與應(yīng)用，掌握了控制系統(tǒng)的概念，了解了控制系統(tǒng)的分類。利用課余時間，大家又收集到了很多關(guān)于控制的案例，親身體會到控制技術(shù)對于我們的生活的重要意義。那么，現(xiàn)在屏幕上展示的一些控制系統(tǒng)你知道它們工作方式的區(qū)別嗎？這就是我們今天的教學任務(wù)：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

（2）【新課1】開環(huán)控制系統(tǒng)。

環(huán)節(jié)1：提出游泳池注水問題：因為游泳池的容積是一定的，如果進水管單位時間的水流量一定，那么游泳池水位的高度和進水時間是一一對應(yīng)的，我們是否可以通過設(shè)定注水時間，使游泳池的水位達到希望的高度？

環(huán)節(jié)2：展示自制教具——簡單介紹游泳池模擬注水系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)組成，并設(shè)置模擬游泳池進水方式為定時方式，學生觀看注水過程并提出問題。

環(huán)節(jié)3：合作探究一（游泳池定時注水方式）。

①本實驗中輸入量、輸出量分別是什么？

②能否用一個流程圖來表示一下該控制系統(tǒng)的工作過程？

③進水閥門進水時的控制量是什么？

④請問同學們在前面所學的游泳池的定時注水控制系統(tǒng)中有沒有不足地方?

⑤這種控制系統(tǒng)有什么特點？

環(huán)節(jié)4：學生分組討論交流得出以下結(jié)論：

①輸入量：設(shè)定注水時間；輸出量：游泳池水位。

②方框圖（圖1）

圖1：定時控制游泳池進水方框圖

③控制量：水流量。

④這種控制系統(tǒng)的缺點：

如果進水水流量變小，此時若還使用這種注水方式系統(tǒng)，會導(dǎo)致時間到了，而游泳池水位沒有達到預(yù)設(shè)水位。

如果某天游泳池本身有水，或者進水流量變大，定時器時間沒到，而游泳池水位已滿的情況。

⑤控制系統(tǒng)的特點：

游泳池的水位高度和進水時間是相對的；控制系統(tǒng)的信號流向是單向的；控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響；本控制屬于半自動控制。

環(huán)節(jié)5：通過以上的分析，得出開環(huán)控制系統(tǒng)定義。

控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。

環(huán)節(jié)6：引導(dǎo)學生閱讀P103，“自動門的控制系統(tǒng)”，并思考，自動門的控制與定時游泳池注水系統(tǒng)工作原理和方框圖有哪些相似的地方？日常生活中，還有哪些控制屬于開環(huán)控制？

環(huán)節(jié)7：探究活動：根據(jù)自己在技術(shù)體驗活動中收集的各種控制系統(tǒng)的案例，分析哪些是開環(huán)控制，畫出控制系統(tǒng)工作過程的方框圖，指出方框圖中各個環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容和輸入量、輸出量、控制量。

（3）【新課 2】：閉環(huán)控制系統(tǒng)。

環(huán)節(jié)1：分組討論交流：大家都用過冰箱和空調(diào)，完全是自動控制，能否針對游泳池注水控制系統(tǒng)進行改進呢？學生討論得出結(jié)論：只要預(yù)先設(shè)定好水位高度，讓控制系統(tǒng)自動執(zhí)行，不需要人工干預(yù)。

環(huán)節(jié)2：解決辦法是:系統(tǒng)的輸入量改為給定水位，增加一個檢測游泳池水位的裝置，把游泳池當前水位返回到該控制系統(tǒng)的輸入端，當實際水位比設(shè)定水位低時，控制器控制進水閥門繼續(xù)注水；當實際水位達到設(shè)定水位時，控制器發(fā)出信號關(guān)閉進水閥門。

環(huán)節(jié)3：改進游泳池注水方式后學生自主探究：切斷定時器控制，在模擬游泳池中增加水位檢測電極，讓學生演示改進后的游泳池水位注水控制系統(tǒng)，并試著調(diào)節(jié)水位檢測電極位置的高低，探究實際水位和檢測電極之間的關(guān)系。

環(huán)節(jié)4：合作探究二（改進后游泳池注水方式）。

①該系統(tǒng)中的輸入量、輸出量是什么？檢測裝置檢測的是哪個量？

②能否用一個流程圖來表示一下該控制系統(tǒng)的工作過程？

③該控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)相比有哪些不同？

環(huán)節(jié)5：學生經(jīng)過交流得出：

①輸入量：給定水位；輸出量：實際水位；檢測裝置：水位檢測電極。

②方框圖（圖2）

圖2：自動控制游泳池進水方式方框圖

③不同點。

環(huán)節(jié)多了二個：水位檢測電極、比較器；輸出端取出的信號經(jīng)過檢測裝置到輸入端進行比較，并對控制過程產(chǎn)生影響；輸入全自動控制，不需要人工干預(yù)。

環(huán)節(jié)6：由此得出結(jié)論：閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義。

我們把系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

環(huán)節(jié)7：學生閱讀P106“馬上行動”，判斷哪些系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，并畫出方框圖。

環(huán)節(jié)8：師生總結(jié)開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別：

①方框圖的比較。

開環(huán)控制系統(tǒng)：（圖3）

圖3：開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖

閉環(huán)控制系統(tǒng)：（圖4）

圖4：閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖

開環(huán)控制系統(tǒng)：信息路徑一條：自輸入端傳至輸出端，不存在信息逆向流動。

閉環(huán)控制系統(tǒng)：信息路徑兩條：一條自輸入端傳至輸出端，另一條是輸出端信息經(jīng)反饋環(huán)節(jié)返回到輸入端的比較環(huán)節(jié)，形成一個閉合的環(huán)路。

②工作原理的對比。

開環(huán)控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響。

閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制系統(tǒng)過程產(chǎn)生影響。

③控制精度的區(qū)別：

開環(huán)控制系統(tǒng)屬于半自動控制，控制精度低；閉環(huán)控制系統(tǒng)屬于全自動控制，控制精度高。

環(huán)節(jié)9：探究活動：根據(jù)自己在技術(shù)體驗活動中收集的各種控制系統(tǒng)的案例，分析哪些是閉環(huán)控制，畫出控制系統(tǒng)工作過程的方框圖。

（4）本節(jié)課小結(jié)及作業(yè)。

7 教學反思

因為本課內(nèi)容較為抽象，如何突破這節(jié)課知識的重點、難點，是教學設(shè)計應(yīng)該首先考慮的內(nèi)容。因此，在實際的教學過程中，我采取以下措施較好地完成教學任務(wù)。

①課前事先安排學生收集、分析生產(chǎn)生活過程中關(guān)于控制方面的實例，拓展了他們的課外知識。

②對于教學的重、難點，我采取學生自制的教具演示，可以生動形象地展示開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)工作過程。

③采用對比類推法來分析開、閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程，引導(dǎo)學生思維步步深入，從提出問題、分析問題到解決問題，從簡單到復(fù)雜，符合學生認知規(guī)律。

④設(shè)置一些有開放性的案例，培養(yǎng)學生發(fā)揮想象的能力。