4.1 执行部件 教学设计-2023-2024学年高中通用技术苏教版(2019)选择性必修1《电子控制技术》

教学设计 课程基本信息 学科 通用技术 年级 高二 学期 春季 课题 执行部件 教学目标 1.通过情境和案例的分析，能够识别电子控制系统中的执行部件，知道执行部件的主要作用； 2.通过制作“光控灯”系统，体验电子控制系统的控制过程和执行部件的功能，加深对电子元器件的认识，感悟电子控制系统搭建过程的同时，增强物化能力。 教学重难点 教学重点： 1. 体会电子控制系统中执行部件的作用。 2. 锻炼学生电子技术动手实践能力 教学难点： 1. 引导学生在实践过程中对电路进行功能分析。 教学过程 引入：本学期，学校开展“校园灯光智造家”活动，号召全校同学为打造智能校园灯光系统建言献策。高二（2）班的张岩同学在观察与思考过后提出，可否利用太阳能为校园路灯供电，践行可持续发展理念。高二（8）班的李可同学在收集学校后勤人员的意见后，发现学校灯光控制系统不够智能，出校通道等角落的灯每逢天黑都需要人去点亮，一定程度上加重了后勤人员工作量。带着这些问题，他们开始行动起来…… 任务一 探究执行部件的作用 自动控制比人工控制具有执行效率高、节省人力等特点，在生产生活中被广泛应用。 张岩同学在搭建校园太阳能路灯系统之前，对其小区道路灯进行了研究：他发现该路灯由太阳能电池板供电，其太阳能板的角度是固定的，发电效率不高。上网搜集资料后，搭建了如图所示的太阳能电池板自动跟踪控制系统模型。 【技术体验】太阳能电池板自动跟踪控制 体验目的：探究太阳能电池板自动跟踪控制原理，体验执行部件的作用。 情境展示与过程体验：同学们将该模型置于操场上，从日出到日落，观察太阳能电板的转向情况，统计并估算一天下来太阳能电板的储电情况。 原理分析：太阳能电池板自动跟踪控制系统的工作过程：由太阳光跟踪传感器采集太阳与电池板之间位置信号，并将两者的偏差信号反馈给控制器，经过数据的处理与放大，控制器驱动电机转动以调整电池板角度，从而提高发电效率。 思考：太阳能电池板自动跟踪控制系统方框图应如何绘制？传感器、控制器、执行器和被控对象分别是什么？ 校园中的许多电器设备如广播、空调、宿舍的全自动洗衣机等都是在电子控制系统的作用下工作的。在电子控制系统中，传感器相当于人的感官，控制（处理）部分相当于人的大脑，执行部件相当于人的手脚。执行部件是接受并执行控制（处理）部分发出的命令，完成控制的部件，它在电子控制中的作用如图4-4： 【案例分析】 全自动洗衣机工作过程如下图所示，电磁阀执行进水、放水动作，而洗衣、脱水功能则由继电器控制电机来执行。继电器是一种开关元件。当控制器给它的小电流、低电压(5 V )的输人量达到规定值时，它由“断开”转为“闭合”:接通输出电路，其输出量便发生跳跃式变化，使需要大电流、高电压(220V)工作的电动机等部件工作。 讨论：全自动洗衣机是怎样完成脱水工作过程和其他工作过程的？洗衣机处于不同的工作过程中，其输入、控制、执行部件分别为何？根据讨论结果填写下表。 在不同的电子控制系统中，各部分有多种组成方式，其复杂程度差异很大。例如，在电子门铃和路灯自动控制的模拟装置中，三极管既是控制部分的电子电路，又是被控对象(扬声器或发光二极管)的执行部件(即驱动电路)。但是在电冰箱中，输出部分中的继电器执行控制器的命令，接通压缩机的工作电路，使制冷剂在管道中循环，降低冷藏室中的温度。这里执行部件包括了继电器、压缩机等。由此可以看出，执行部件可以由多种元件来组成。工业生产电子控制系统的执行部件的组成更为复杂。 任务二 搭建简易光控灯电路 执行部件是电子控制系统中重要的组成部分。构成执行部件的元件有很多，也很复杂。有时控制器独立存在，有时控制器与执行器又可由同一部件担任。 【技术体验】搭建简易光控灯电路 体验目的：通过搭建简易光控灯电路的过程，体验、理解电子控制系统的工作过程，知道执行部件构成的多样性，加深对电子元器件的认识，提高工艺水平。 情境展示：高二（8）班的李可同学在收集学校后勤人员的意见后，发现学校灯光控制系统不够智能，出校通道等角落的灯每逢天黑都需要人去点亮。因此，他想设计一个光控灯照明电路，减轻后勤人员的工作量。 原理分析：通过设计制作简易光控延时电路，实现“天黑灯亮，天亮灯灭”来方便师生并且节约电能。光控路灯电路其实就是一个捕捉外界光线，转换为控制信号以控制路灯工作的自动控制电路。其工作原理如图所示： 思考：从电子控制部分的组成入手，可采取什么电子元件作为光控灯控制系统的输入部件和输出部件？ 【工作过程】：降低环境亮度，随着光线强度变小，光敏电阻阻值增大，三极管进入饱和导通状态，电流流过继电器，触点闭合，电流流过发光二极管，二极管发光；反之，随着环境亮度上升，光敏电阻阻值降低到一定数值，三极管截止，继电器触点断开，发光二极管灭。 主要过程： 1.分析简易光控灯电路工作原理。理解该系统电路图设计。 2.选择相应电子元器件，搭建简易光控灯系统。 3.搭建完成后连接电源，对该系统“天黑灯亮，天亮灯灭”的功能进行测试。 讨论与反思： 1.该电路中控制灯的执行部件是什么元件？ 2.如果想要天更暗的时候亮灯，R1该如何调节？ 3.不更换执行部件的条件下，如何将该光控灯电路改装成高温报警控制电路？ 4.三极管可否作为电子控制元件的执行部件？ 总结： 这节课，我们通过技术体验和案例分析等活动感受和理解了执行部件在电子控制系统中所起的作用。老师希望同学们能正确地选用与使用执行部件，在“校园灯光智造家”活动中施展才能，打造更智能的校园。 课后作业： 一：为“校园灯光智造家”活动建言献策，进行方案构思，选择合适的电子元件，设计你理想中的灯光控制系统。画出方框图并说明其中的执行部件及被控量。 二：预习下一节：《继电器的作用和类型》 。 学科网（北京）股份有限公司 $$