4.1 控制的方式与应用（教学设计）通用技术苏教版2019必修2

课题 4.1 控制的方式与应用 课时 1课时 教材版本 苏教版通用技术必修技术与设计2 年级 高二 教学目标 技术意识： 1.能结合个人成长经历和简单的技术体验活动，了解与感知技术与人、自然、社会的关系；能结合生活中的技术情境，分析人们进行技术选择的原因；能结合具体案例的辨析，形成对技术的理性态度。 2.通过案例分析，辨析手动控制、自动控制、智能控制的特点，观察生活中的案例，概括控制在生活和生产中的应用。 教学重难点 重点： 1.理解控制的含义。 2.感知控制在生产生活中的应用。 难点： 从“目的、手段、对象”三个方面分析理解一个控制现象。 学情分析 本节课属于控制与设计单元的初识篇。课程内容含有2个技术体验——“制作盆栽植物自动浇水装置”和“制作抛球器模型”。 通过盆栽植物自动浇水装置的制作活动，理解控制的内涵，指出事物发展具有多样性。人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。强调理解一个控制现象，要知道控制要达到什么目的、控制的对象是什么和采取什么样的控制手段，并通过“从电风扇到空调再到智能空调”等案例指出控制有人工控制、自动控制和智能控制三种方式。 通过抛球器模型制作活动，以及银行自动取款机、红外线自动水龙头等案例分析，使学生体验控制在生产、生活中的应用，进而加深对控制内涵、控制方式的理解。 课前准备 教学硬件环境：多媒体教室 教学资源：教学课件。技术体验1材料（饮料瓶1个、可弯塑料吸管2根、热熔胶棒、接水盘1个、小花盆1个。 电烙铁、剪刀、热熔胶枪等）。技术体验2材料（规格为 25毫米×25毫米×1000毫米的方木条若干、35毫米的铁钉若干、80毫米的长螺栓螺帽两个、100毫米的橡皮筋1 根、砂纸、矿泉水瓶盖、乒乓球。木工锯、木工凿、榔头、角尺、铅笔、手电钻、螺丝刀）。 教学环节 教学过程 一、课堂导入 创设情境 说明本课时教学目标。 展示“走进情境”内容，说明家庭雨水收集系统所收集到的雨水用于浇灌阳台的植物、冲洗拖把和冲刷厕所。 引出问题。 教师：这里需要“控制”所收集的雨水用于三个不同的用途，如何实现？是不是需要一定的“控制”手段？ 播放视频“水运仪象台”，让学生了解我国古代历法的成就，说明 控制并非遥不可及，它渗透在我们生产和生活的方方面面，是一种重要的思想方法。理解控制现象、善于使用包含控制技术的产品，已经成为每个人日常生活中不可或缺的基本能力。 引出“控制”的概念。 二、新知探究 任务一 理解控制的含义 1、控制的概念 教师：事物的发展与变化具有多样性。有的是我们所需要的，有些则是我们想避免甚至是阻止的。 结合说明相关案例。 比如：①降落的雨水可以用来灌溉农田，也可以供人们冲洗物品，还可以发电，但是也可能流入江河，增加洪涝灾害发生的可能性；②一棵果树可能由于某种原因结不出果实，也可能硕果累累，而且果实有大有小，或酸或甜。③我们所喜爱的绿植，可能生长的旺盛绿意盎然，也有可能叶片发黄植物枯萎，……（可穿插引导学生回答如何获得所需要的那种可能性） 教师：可见事物的发展结果可能是人们预先期望的，也可能与预期的目标不相符，甚至是人们不希望看到的。如果人们想达到某一特定目的，就必须借助适当的手段来实现。 教师：假如陈晨一家假期要外出两周，家里阳台的盆栽植物无人定期浇水。她想制作一个自动浇水装置，从而解决植物无人照料的难题。 展示并说明课本112页技术体验“制作盆栽植物自动浇水装置”内容。 学生根据材料体验制作并试验效果。（根据学校具体情况也可选一组同学上台演示操作。） 学生观察并思考该装置的运行原理。 播放演示视频。 提问：接水盘中的水位高低与进气管位置是什么关系？ 学生思考后回答。 教师点评并总结。 参考答案：进气管口在接水盘中的高度越高，接水盘中的水位就越高，降低进气管口的位置，接水盘中的水位就降低。 说明控制的概念。 控制：人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。 结合图片展示说明“控制”的体现。（利用自动浇灌装置给植物补水，并通过改变进气管在接水盘中的位置控制水位；调节电冰箱的温度，使食物能够在低温状态下保存） 教师：理解控制现象，要知道控制要达到什么目的、控制的对象是什么和采取什么控制手段。 结合图片说明“盆栽补水装置的控制”和“汽车的转向控制”的控制目的、控制对象、控制手段是什么。 给盆栽植物补水的控制——控制的目的是使接水盘中的水维持在一定的量，控制对象是接水盘，控制手段是根据进气管口与水面的相对位置决定出水管的出水。 汽车的转向控制——其控制目的是改变汽车行驶方向，控制对象是汽车的车轮，控制手段是驾驶者通过转动方向盘推动转向杆，再带动车轮转向。 展示课本114页“马上行动”，学生思考后填写完成。（开放式回答，合理即可） 引导学生得出结论：控制需要通过一定的方式或手段来实现。 2、控制的分类 展示说明课本114“案例分析——从电风扇到空调再到智能空调”，说明相应消暑降温方式的情况。 说明消暑方式的演变过程可表示为： 引出控制的分类：手动控制，自动控制，智能控制。 结合图片说明三种控制方式的定义。 教师：从控制过程中人工干预的情形来分，控制可分为人工控制和自动控制。 人工控制：人们对事物的控制往往采取人工控制（又称手动控制）的方式，控制的过程是在人的直接干预或全程干预下进行的。（展示课本图4-5，以及交警指挥交通的图片） 自动控制：自动控制是指在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地朝着期望的方向进行。按照控制信号流和执行部件的不同，自动控制可分为气动控制、液压控制、电动控制、机械控制、电子控制等。（展示课本图4-6，以及红绿灯图片） 智能控制：智能控制是具有智能信息处理、智能信息反馈和智能决策的控制方式，它能在无人干预的情况下，自主地驱动智能机器实现控制目标。智能控制主要用于解决复杂系统的控制问题。（展示工厂机械臂图片） 展示课本115页“马上行动”。 学生思考后回答。 教师点评并总结。 参考答案：（开放式回答，合理即可）手摇洗衣机→半自动洗衣机→全自动洗衣机→智能洗衣机。 教师：随着技术的不断发展，在很多控制现象中，控制的方式是多样、综合的。机械手就是电子与机械控制的实例。（引出机械臂、工厂自动化生产） 教师：机械手是一种能模仿人的手和臂的动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，其特点是通过编程来完成各种预期的作业。它能部分地替代人的手工劳动，把人从繁重的体力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，还能扩展人的器官功能，提高劳动生产力。 展示“赛力斯汽车超级工厂”视频，学生感受工业化自动生产的美。 展示课本116页“案例分析——传送工件的简易机械手”。 学生阅读并思考。 提问：画出该机械手从工作原点开始到完成一个工件的取放过程的流程图，并思考该机械手控制的目的、对象和手段分别是什么。 学生讨论后完成回答。 教师点评并总结。 参考答案： 控制目的：控制机械手移动和抓取工件。控制对象：机械手。控制手段：气动或液压动力来驱动机械手的移动和抓取。 思维碰撞：控制装置的控制目的、控制手段和控制对象是客观存在的，还是人为界定的？ 学生讨论后完成回答。 教师点评并总结。 参考答案：控制装置是根据需要人为设计的，故控制目的、控制手段和控制对象均是人为界定的。针对同一控制需求，不同设计师设计的方案不同，其控制受到和控制对象可能不同。 二、新知探究 任务二 感知控制的应用 教师：控制在生活中应用广泛。结合图片说明可能工作在生活中的广泛应用。 银行的自动取款机——通过对存取款的自动控制，缩短了人们存取现金的时间，降低了差错率，而且使小额现金存取不受银行上下班时间的限制。 公共场所的红外线自动水龙头——通过对红外线强或弱的感应，自动控制水龙头的开或关，人们使用起来更方便、卫生，并且能够节约用水。 教师：人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之能满足自身的需要。例如陈晨是学校乒乓球社团的队员，在训练时她发现教练捡球发球很辛苦，她和同学们在网上查到自动发球机可代替教练发球。于是大家产生了设计并制作一个抛球器模型的想法。 展示课本116页“技术体验——制作抛球器模型”内容。 学生根据材料体验制作并试验效果。（根据学校具体情况也可选一组同学上台演示操作。） 播放演示视频。 提问：1. 如果要增大抛球距离，应该如何改进该装置？2. 如果要实现自动连续抛球，需要如何改进该装置？ 学生讨论后回答。 教师点评并总结。 参考答案： 1.从原理角度分析，在释放转动杆时，增大抛球瞬时速度，可增大抛球距离；在弹力一定的情况下，通过数学公式计算，乒乓球从45°角抛出去时距离最远。因此，在加强橡皮筋弹力的基础上，让乒乓球以45°角抛出去，可以增大抛球距离。 2.要实现自动连续抛球，其结构要求较为复杂，要有连续的动力，可以加入电机、气动等部件实现改进。 教师：生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及工件加工动作等进行控制，控制在生产中得到了极为广泛的应用。 展示图片。 教师：控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。例如，精密制导武器能够对目标进行精准打击，火箭能将人造卫星准确送入太空预定轨道。“神舟”飞船遨游太空并准确返回地面，其中控制起着至关重要的作用。 提问：控制在社会生活中的应用越来越广泛，给人们的生活生产带来了极大便利。但在未来，控制装置能够完全取代人的作用吗？ 学生讨论后回答。 教师点评并总结。 参考答案： 在未来生活中，虽然智能控制会越来越广泛，但始终不能替代人，这是因为自动控制、智能控制系统都来自人的智慧。不仅如此，因为机器没有情感，所以更无法完全取代人的作用。 三、课堂小结 设计意图：以思维导图的形式总结本节课的内容，能帮助学生理顺本节课的知识点。 四、拓展延伸 恒压供水控制系统 住宅楼用户用水量的多少经常变动，供水不足或供水过剩的情况时有发生，常出现下班后大家到家都用水时水流量小，而夜间用水时水流量大的现象。用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上：当用水多而供水少时，则压力低；当用水少而供水多时，则压力高。若能实现供水压力恒定，即供水和用水之间保持平衡，用水多时供水也多，用水少时供水也少，则能提高供水质量。 恒压供水控制系统能在供水网中用水量发生变化时，使出水口压力保持不变。供水网出口压力值根据用户需求来确定，其内部由单片机等器件构成变频调速控制系统，调节水泵输出流量，以实现恒压供水。。 五、练习提升 1.分析下列控制现象是自动控制还是人工控制。 （1）用气筒给自行车的轮胎充气； （2）楼宇监控； （3）电视机自动组装生产线。 答案：（1）人工控制；（2）自动控制；（3）自动控制。 2.下列关于控制的叙述中，错误的是（    ） A．自动控制系统能在无人直接参与的情形下运行 B．神舟载人飞船能够准确地返回地面，控制技术起着至关重要的作用 C．古老的农用水车就是一个控制系统 D．控制技术指的是自动控制技术 答案：D 3.如图所示为滑台的运动系统（滑台位置控制系统）示意图，由电机控制子系统和机械传动子系统组成。在机械传动子系统中，电机带动丝杆转动，丝杆通过螺母驱动滑台移动；系统根据滑台移动的距离和丝杆的螺纹间距计算出电机的转动角度，从而实现对滑台位置的间接控制。在电机控制子系统中，传感器检测电机的转动角度，并反馈到控制装置与设定值比较，控制装置根据偏差值发出运动信号，驱动器将运动信号转变成相应的电流驱动电机转动，机械传动子系统的被控对象是（    ） A．滑台 B．控制装置 C．电机 D．丝杆 答案：A 4.小明准备制作打地鼠玩具机，如图所示是地鼠的升降装置，电机转轴带动轮做单向圆周运动，使连杆带动地鼠上下升降。为实现地鼠缓慢上升到最高处后快速下降，下列转轮形状中最合理的是（  ） A． B． C． D． 答案：D 设计意图：检测学生对本节知识的掌握情况。 板书设计 4.1控制的方式与应用 一、理解控制的含义 控制的概念 控制的分类：人工控制 自动控制 智能控制 二、感知控制的应用 生活、生产中的应用。 教学反思 本节课知识点较少，但技术体验有2个。通过盆栽植物自动浇水装置的制作活动，理解控制的内涵，指出事物发展具有多样性。人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。这里需要着重“控制目的、控制对象、控制手段”三者的定义，学生通过学习有了一定的鉴别能力，但仍需课后加强理解。 通过“从电风扇到空调再到智能空调”等案例指出控制有人工控制、自动控制和智能控制三种方式。 通过抛球器模型制作活动，以及银行自动取款机、红外线自动水龙头等案例分析，使学生体验控制在生产、生活中的应用，进而加深对控制内涵、控制方式的理解。 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $