4.2控制系统的组成与描述教学设计-2025-2026学年粤科版高中通用技术必修二

课题：控制系统的组成和描述 云大附中星耀学校 向旭 1、 课标要求 《控制系统的组成和描述》这一部分内容节选自广东教育出版社、通用技术必修、技术与设计2，第四章第二节的内容，该部分的内容主要是要求学生在一个控制过程中能够理解控制原理并找出控制系统中的各个组成部分，最后绘制控制系统的方框图。面对一个控制系统，能够清晰的找出控制系统中的期望值、比较器、控制器、执行器、被控对象、被控量以及反馈环节，能够画出控制系统的方框图，这也就意味着学生对该控制过程有了深层次的理解。 2、 学情分析 本节课的教学对象是高二的学生，高二的学生适应了高中生活，在学习能力上相较于高一有了显著提升，他们能够更好地理解和掌握知识，同时也具备了一定的分析问题和解决问题的能力。由于上节课已经讲解了控制的概念、控制三要素以及控制的分类，学生对控制已经有了一定程度的了解，况且高中学生接受能力较强，具备举一反三的能力，具有较高的学习积极性和自主性，更加明确自己的学习目标和未来规划。同时能够接受更多元化的学习方式，开始注重自主学习和合作学习相结合，乐于通过小组讨论、探究学习等方式来深化对知识的理解。因此学习方式需求更加多元化和个性化，不仅仅需要带领他们对基础知识的掌握，还希望能够在兴趣领域进行深入的探索和学习，教师和家长需要深入了解学生的学情特点，因材施教，提供个性化的指导和帮助，以促进学生的全面发展。 3、 教学目标 （1）技术意识：面对一个控制案例，学生能够分析出控制系统的控制器、执行器、被控对象、输入量、输出量以及控制量分别是什么。 （2）工程思维：能够结合具体案例，分析开环控制与闭环控制系统的基本组成和工作过程。 （3）图样表达：熟悉控制系统的基本组成，并能够绘制控制系统方框图。 （4）物化能力：能够根据控制系统的实例进行控制操作，能与小组成员合作，利用“声控灯系统模型”在实践活动中体会传感器触发实验，门电路综合实验，按照探索任务依次实现各类感应灯的电路设计。 四、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 1、新课导入 （5分钟） 在两位同学的帮助下利用一个小游戏引出声控灯，激发学生对声控灯控制原理的好奇心，导入课程内容，本节课将利用实践活动探索感应灯的控制原理。 积极参与游戏，认真听讲，必要时做好笔记。 利用游戏激发学生的学习兴趣，提高学生课堂参与度。 2、课堂实践 （15分钟） 简单介绍声控灯系统模型后，让学生完成以小组的形式依次完成课堂实践中的四个任务并思考相关问题。任务1：在“声控灯系统模型”中，通过电路连接，实现声音对楼道灯光的控制。 任务2：在“声控灯系统模型”中，通过电路连接，实现人体红外感应对楼道灯光的控制。 任务3：思考，小明家楼道正对马路，夜晚有车路过鸣笛楼道里的声控灯就会亮，造成电能的浪费，请在“声控灯系统模型”中通过电路连接解决该问题。 任务4：思考，用“声控灯系统模型”实现，只要有声音或者有人走过时，灯都会发光。 理解实践任务后，按照分成的小组完成实践活动，依次完成实践任务，完成任务后思考，在感应灯控制过程中，控制的方式（原理）是什么？控制过程中应用到哪些装置？各类装置在控制过程中的作用是什么？ 学生在实践中能够更好的体会控制的含义，学会触发传感器，理解逻辑门路与门、或门及非门的含义，也为后面讲解控制的组成和描述做准备。 3、新知讲解 （10分钟） 学生实践活动结束后，教师对实践结果进行检查评价，完成实践结果评价后，利用声控灯系统模型里面的装置绘制感应灯控制过程图，进而引出控制器、执行器、被控对象等概念，并用方框图将其描述出来，以便将控制系统的组成与描述讲解清楚。 认真听讲，理解控制系统中各个装置以及各个量的含义，理解控制系统的组成与描述。 利用“声控灯系统模型”讲解控制系统的组成，让学生从一个自己设计的控制中找出对应的控制器、执行器、被控对象、给定量、被控量和控制量，学生带入感会比较强，进而更好的理解一个控制系统。 4、活学活用 （8分钟） 播放自动门控制的动画，让学生利用动画，结合刚刚所学的控制系统的组成与描述，绘制自动门控制系统的方框图。结合给出的图片，让学生利用所学知识画出自动门开关控制系统的方框图。 利用所学知识绘制出自动门开关控制系统的方框图，跟随老师的思路思考案例中的相关问题。 之前的讲解中都是教师引导学生思考，为加深学生的印象，让学生独立完成一个控制系统方框图的绘制，巩固知识点。 5、 课堂小结 （2分钟） 教师总结本节课的内容，一个完整的控制系统主要包含控制器、执行器、被控对象、输入量、输出量、控制量六个部分组成，在一个控制系统中，学生能够找出这六个部分并绘制控制系统方框图。 认真听讲，做好笔记，内化所学内容。 总结本节课知识点，让学生更好的了解本节课的重点、难点，以便更好的内化所学知识。 五、教学反思 本节课要求学生掌握开环控制系统和闭环控制系统的工作过程，并能绘制控制系统的方框图。对于部分学生来说，本课内容不易理解与掌握。因此，教室在教学过程中应重点讲解控制系统结构部件，即给定量、控制器、执行器、被控对象、被控量、控制量等概念，这样才能帮助学生更好地理解控制系统方框图的原理。 六、附学习任务单 学习任务单 课程基本信息 学科 通用技术 年级 高二年级下学期 教材 粤教版 通用技术 必修 技术与设计 2 第四章第二节 课题 控制系统的组成与描述 学习目标 （1）技术意识：面对一个控制案例，学生能够分析出控制系统的控制器、执行器、被控对象、输入量、输出量以及控制量分别是什么。 （2）工程思维：能够结合具体案例，分析开环控制与闭环控制系统的基本组成和工作过程。 （3）图样表达：熟悉控制系统的基本组成，分析控制系统的组成并能够绘制控制系统方框图。 （4）物化能力：能够根据控制系统的实例进行控制操作，能与小组成员合作，利用“声控灯系统模型”在实践活动中体会传感器触发实验，门电路综合实验，按照探索任务依次实现各类感应灯的电路设计。 课堂实践 【实践探索】利用“声控灯系统模型”还原各类感应灯的控制过程 任务1：在“声控灯系统模型”中，通过电路连接，实现声音对楼道灯光的控制。 任务2：在“声控灯系统模型”中，通过电路连接，实现人体红外感应对楼道灯光的控制。 任务3：思考，小明家楼道正对马路，夜晚有车路过鸣笛楼道里的声控灯就会亮，造成电能的浪费，请在“声控灯系统模型”中通过电路连接解决该问题。 任务4：思考，用“声控灯系统模型”实现，只要有声音或者有人走过时，灯都会发光。 完成任务后思考？ 1、 在感应灯控制过程中，控制的方式（原理）是什么？ 2、 控制过程中应用到哪些关键装置？ 3、 各类关键装置在控制过程中的作用是什么？ 课堂学习 1、 控制系统的组成与描述 2、控制系统各组成部分含义 1、控制器：处理输入信号并发出控制命令的装置，整个控制过程中最高级的设备； 2、执行器：将控制器的信号转化成影响被控对象的信号的装置； 3、被控对象：被控制的元件或装置，是输出量的载体； 4、给定量：控制者给定的基准值，在某些控制中也叫期望值、预设值、输入量； 5、被控量：控制系统最终控制的结果，也叫输出量； 6、控制量：能对被控对象产生作用从而使被控量发生变化的量。 课堂练习 1、根据所学知识，结合右图，找出控制系统中控制器、执行器、被控对象、输入量、控制量、被控量并绘制自动门控制系统的方框图。 2、如图所示是一款红外线感应自动开闭的智能垃圾桶，采用电池供电，当手靠近桶盖时，手伸至一定距离，垃圾桶上方的红外传感器检测到的信号输入控制电路模块，控制电路模块控制电机转动，电机转动带动桶盖自动打开。手远离桶盖后，延时5-6秒桶盖自动关闭。它的主要特点是：桶盖能自动打开和关闭，无需手动或脚踩，就能轻松丢垃圾。（1）针对其主要特点，它要解决的主要问题是：采用控制系统中的 （手动/自动）控制手段，控制方式为 （开环/闭环），实现垃圾桶盖能自动打开和关闭。 （2）它解决问题的技术方法是：该智能垃圾桶的控制系统中，红外传感器检测到人体热源信号，作为输入量，传输给控制电路模块，控制电路模块是该控制系统的 器， 为执行器， 为被控对象。 课后探索 思考如何设计一个定时铃声控制系统，从以下方面做准备 1、 设计目的。确定控制系统的控制目的，组成元件、部件等； 2、 确定被控量及设计指标。确定控制系统实现的目标，定时时间到，铃声响起，一段时间后，铃声停止； 3、确定系统结构。确定控制系统的控制方式和控制手段，分析控制系统的组成，并绘制控制系统的方框图。 学科网（北京）股份有限公司 $