4.2 开环控制系统的工作过程（教学设计）通用技术苏教版必修2

课题 4.2 开环控制系统的工作过程 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.通过技术体验活动，理解控制系统的含义，熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程；理解控制器、执行器的作用，辨析开环控制系统的特征。 2.熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程，理解其中控制器、执行器等的作用，辨析开环控制系统的特征。 图样表达： 会用方框图表达简单开环控制系统工作过程。 教学重难点 重点： 1.理解控制系统的含义。 2.熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程。 难点： 学会用方框图表达简单开环控制系统工作过程。 学情分析 本节课通过搭建雨水收集池水位报警装置活动，使学生理解控制系统的概念。强调任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成了一个系统，该系统被称为控制系统。 开环控制系统是控制系统类型之一，日常生活中也最为常见。本节课通过搭建定时浇水控制系统模型的技术体验活动，使学生熟悉开环控制系统的工作过程，理解其中控制器、执行器等的作用。 学生学习、生活中接触了很多开环控制系统，但对具体概念不理解，特别是开环控制系统中的输入量、控制器、执行器、被控对象、输出量这些概念理解不透彻，教学中应注意通过若干典型案例的分析，让学生学会用方框图表达简单开环控制系统工作过程，并能根据开环控制系统的特征辨析常见的开环控制系统。 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（警示灯、蜂鸣器、电极式水位传感器、继电器、水池等）。技术体验2材料（电子定时器、电源、水泵、进水管、出水管、回流管、水桶、滴箭等）。 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，说陈晨设计了雨水收集系统，但是雨季时雨水过多会从溢水口排放出去，造成了雨水资源的浪费。 引出问题：这里我们如果想知道什么时候雨水收集过多而停止收集雨水，或者将雨水引入其他储存罐，应该怎么做？（可结合生活中太阳能打水案例说明） 引出“控制系统”的概念。 二、新知探究 任务一 理解控制系统 教师：首先我们一起来完成“技术体验——搭建雨水收集池水位报警装置”，看看什么是控制系统。 展示课本120页“技术体验——搭建雨水收集池水位报警装置”内容。 学生根据材料体验制作并试验效果，完成表格填写。（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。 教师点评学生实验记录。 提问：1. 如果把电极式水位传感器改为干簧管传感器，该装置需要如何改动？2. 已经有报警装置，为什么还要留溢流孔？ 学生讨论后回答。 教师点评并总结。 参考答案： 1.电极水位传感器用干簧管传感器代替，导线与干簧管两端相连，可放于最高水位处。用发泡胶让传感器磁铁浮于水面，随水位的变化而上下移动，到达最高水位时就可触动干簧管，实现水位报警。 2.报警装置只能提供达到水位的消息，它与溢流孔没有关系。溢流孔是当水池中的水满后，让多余的水沿设定方向流出，防止流到别处。 教师：上述报警控制装置中，水位是该控制装置的输入，通过水位传感器将信息传送到控制器；当水位达到报警值时，控制器输出信号到报警器，发出声光报警。这样一个系统称为控制系统。 控制系统： 任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。 提问：控制系统与一般意义上的系统相比，其特点有哪些？ 学生讨论后回答。 教师点评并总结。 参考答案： 具有自身的目的性。具有较强的环境适应性。 二、新知探究 任务二 分析开环控制系统工作过程 教师：我们已经学习过了“框图模型”，也用最简单的输入输出模型描述了雨水收集池水位报警装置。如果需要更详细的框图模型描述呢？接下来让我们一起通过“技术体验——搭建定时浇水控制系统模型”来分析这个控制系统的框图模型怎样描述。 展示课本121页“技术体验——搭建定时浇水控制系统模型”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：若要远程控制该浇水系统，应该怎样调整控制系统？ 学生讨论后回答。 教师点评并总结。 参考答案： 若要远程控制该浇水系统，就要具有网路控制功能的装置代替定时控制器，如采用网络控制器、无线WiFi控制开关。 教师：将时间设定到定时浇水控制系统的定时器中，到了设定时间就自动接通水泵，开始往水管里抽水，通过调节定时器通电时长，控制滴到植物土壤中的水量。这一控制系统的工作过程可用图4-20来描述。 展示并说明定时浇水控制系统方框图。 说明控制系统的方框图构成，以及定时器、水泵、出水管的作用。（定时器设定的时间是输入量，水管的出水量是输出量。在控制系统中，为了方便分析，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图，它表示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。） 展示并说明“开环控制系统”的概念及方框图。 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。对于开环控制系统，可用如图4-21所示的方框图来描述。 结合图片说明开环控制系统应用的广泛性。（如水位定时控制系统、十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警控制系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。） 播放“音乐喷泉”视频，学生感受开环控制系统的应用之美。 对照图4-20和图4-21说明“输入量、控制器、执行器、控制量、被控对象、输出量”的概念，加深学生对于相应概念的理解。 输入量即控制系统的给定量，如设定时间； 输出量（被控量）即控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号，如浇灌的水量； 被控对象即控制系统中所要求控制的装置或生产过程，如出水管； 执行器即直接对被控对象进行控制的装置或元件，如阀门； 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，如控制电路； 控制量即执行器的输出信号，如流过水管的水量。 展示课本123页“马上行动”内容，学生分析画出相应方框图。 教师点评并总结。 参考答案： 1、（1）音乐喷泉的开环控制系统方框图 （2）公共汽车车门的开关控制 2、（开放式回答，合理即可） 红外线感应式水龙头 展示课本123页“案例分析”内容，学生阅读后填写完整。 教师点评并总结。 参考答案： 一 希罗自动门 二 自动门的控制系统 提问：在开环控制系统中，如何理解检测装置输出的信号的作用？ 学生讨论后回答。 教师点评并总结。 参考答案： 开环控制系统中的检测装置输出的信号一般作为控制系统的输入量，常用于控制器的输入信号。 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 地动仪 张衡造于汉顺帝阳嘉元年（公元132年），是世界上第一架地震仪， 也是有史以来人类第一次运用科学手段来测定地震方向的器具。 地动仪“圆径八尺”，形似“酒尊”。东汉一尺约24厘米，以此推算，地动仪直径接近2米。地动仪有八个方位，它们分别是东、南、西、北、东南、西南、东北、西北，每个方位上均有含龙珠的龙头，在每个龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生，该方向龙口所含龙珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。 张衡在公元132年所造的地动仪能够准确记录地震，比西方第一台地震仪（意大利人路吉·帕米里制造于1856年）早了1700多年。 汉顺帝阳嘉三年十一月壬寅（公元134年12月13日），地动仪的一个龙机突然发动，吐出了铜球，掉进了那个蟾蜍的嘴里。当时在京师（洛阳）的人们却丝毫没有感觉到地震的迹象，于是有人开始议论纷纷，奇怪地动仪不灵验。没过几天，陇西（今甘肃省天水地区）有人快马来报，证实那里前几天确实发生了地震，于是人们开始对张衡的高超技术极为信服。陇西距洛阳有一千多里，地动仪标示无误，说明它的测震灵敏度是比较高的。 五、练习提升 1.雷达测速是交通安全管理中常用的测速手段。雷达测速系统的输入端通常由雷达、高清摄像头和闪光灯等部分组成。由高清摄像头配合闪光灯完成对超速车辆的抓拍，抓拍的图片传输至指挥中心的数据库，进行自动车牌识别，记录违法信息。请使用方框图描述雷达测速系统的工作过程。 答案： 2.如图所示，红外感应饮水机电源控制方框图，该控制系统的执行器是（    ） A．控制电路 B．继电器 C．饮水机电源 D．加热状态 答案：B 3.下列属于开环控制系统的是（    ） A．声控灯的开、关自动控制系统 B．供水水箱水位自动控制系统 C．现代化农业温室温度控制系统 D．红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统 答案：A 4.小如图所示为某消防喷淋装置控制系统方框图。该控制系统的执行器是（  ） A．控制电路 B．消防水泵 C．喷淋装置 D．喷出水柱 答案：B 5.我们把银行、宾馆的自动门说成是开环控制，其原因是（    ） A．它的主要设置是检测到人员以后会打开，才叫做“开”环控制 B．打开动作后的控制过程不再需要检测装置来参与控制过程 C．功能单一的控制系统叫开环控制 D．价格便宜的控制系统叫开环控制 答案：B 设计意图：检测学生对本节知识的掌握情况。 板书设计 4.2开环控制系统的工作过程 一、理解控制控制系统 控制系统的概念 二、分析开环控制系统工作过程 开环控制系统的方框图 输入量、控制器、执行器、控制量、被控对象、输出量 教学反思 “任务情境—活动—问题”是本课的主线，一方面这的确有效地调动了学生的学习积极性，让学生在实际操作中能够更好地理解开环控制系统的概念；另一方面一课时的内容放入2个技术体验活动，这对于学生的学习理解能力要求较高，需要在教学中调整教学节奏，让学生能够更为便捷地接收、消化所学知识。 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $