4.3闭环控制系统的工作过程教学设计-2025-2026学年苏教版高中通用技术必修二

《闭 环 控 制 系 统》教学设计 41 中 张铁军 教材分析：本节是《控制系统的工作过程与方式》中的第三小节，控制系 统分为开环控制系统与闭环控制系统两类，本节是在学生学习完开环控制系统 内容的基础上来完成学习的。在开环和闭环控制系统的两小节里通过一些案例 给出了这两种控制的概念与流程，并指出闭环控制系统与开环控制系统相比较，多了一个有检测装置组成的环节。教学中可以采用先给出两种控制系统的案例，比较后再给出概念，突出闭环控制系统多了一个监测装置与比较器。这是区分 两类控制系统的基本方法。对于一个控制设施及人的操作，可能是开环控制系 统，如果加上人的控制，就变成了闭环控制系统。对于这样的问题，要特别注 意到控制目标的变化，不要把这两个系统看成同一个系统。在进行闭环控制系 统的学习时，可通过对前面讲述的利用开环控制系统实现游泳池注水事例导入，利用定时器通过时间设定来控制进水阀门的关闭时，如果存在干扰，最终水位 就会出现偏差。怎样才能消除由于干扰存在而产生的偏差呢？引导学生思考，增加一个水位检测装置，当实际水位达到设定水位时，关闭进水阀门，停止进水。从而引入闭环控制的概念。 学情分析：学生已经完成了控制系统和开环控制系统的学习，对控制系统的基本概念和开环控制系统的工作过程有了一定的认识和理解。开环控制系统在控制时可能存在的问题是本节课的切入点，通过比较，学生可以认识到闭环控制的控制优势，从而能理解闭环控制系统工作的过程。由于学生对控制系统的认知是粗浅的，所以在用案例教学法时，应该选取常见的简单控制来引导学生逐步认识闭环系统的控制过程和控制精髓。 教学策略：我准备通过睁眼与闭眼画五官来引入闭环控制的定义，通过给游泳池模型注水的分组试验，让学生体会到闭环控制相对于开环控制的优势。在试验的同时 ，让学生讨论完成学案上的控制系统方框图，这可以使学生更容理解闭环控制系统的工作过程。 教学准备 ：多媒体系统、泳池注水模型套件 15 套、计时器 15 个、 眼罩 1个、刻度尺 15 把、一桶水。 知识与技能: 1、熟悉简单闭环控制系统的基本组成和工作过程，学会画闭环控制系统的方框图 ，理解其中的控制器、执行器的作用。 2、熟悉闭环控制系统在日常生活中的应用。 过程与方法： 1、通过做游戏，初步了解闭环控制系统的概念。 2、通过水池注水模型的设计过程，体会闭环控制系统的特点和优势。 情感态度与价值观： 通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索、敢于创造的优良品质。 重点： 1、闭环控制系统的构成与判断。 2、闭环控制系统在日常生活中的应用。 难点： 1、闭环控制系统与开环控制系统的判别。 2、对控制器和执行器作用的理解。 教学方法： 游戏法、任务驱动法、讲授法。 教学过程： 一、 引入(做游戏)。 1、在黑板上有两张大脸，请两位同学上来画五官。一位睁着眼睛画，另一位闭着眼睛画。 两位同学来黑板前画图，其中一个同学戴上眼罩，原地转两圈后再画图，为了增加难度，突出两名同学的画图结果的差别。 2、教师引导学生分析两次画图的控制过程。 1、闭着眼睛画： 人脑控制手画五官：人脑——手——画五官 控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称为开环控制。 2、睁着眼睛画： 人脑——手———— 画五官 眼睛 在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑 准确精细的控制手去画好五官。控制过程中有反馈环节把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回路。 这种控制称为闭环控制。 二、闭环控制系统 1、回顾：用定时器给游泳池注水，控制过程是怎样的？ 学生分组试验：用定时器计时，控制泳池模型注水。观察试验结果，用刻度尺测量注水深度并记录 ，小组之间比较。 思考：这种控制系统有什么缺点？（学生思考并回答） 学生可以回答出这种控制由于水压不稳导致控制精度受到影响。 教师点评。 2、根据水位控制游泳池注水 思考：如何实现？ 学生讨论并回答，如何设计该控制系统，能达到利用水位控制游泳池注水的目的。教师总结、点评。 分组试验 ：设计一个根据水位来控制游泳池注水的模型。 在试验活动中，教师巡视指导。根据活动，教师引导学生总结出闭环控制中各个环节的作用，得到泳池注水的方框图。 3、 闭环控制系统定义 综上所述，得到了闭环控制系统的定义：系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。 4、教师引导学生总结出，由泳池控制系统的方框图抽象到闭环控制系统的一般图。 5、练习：空调器温度控制系统方框图学生分析并完成该练习，教师点评。 6、闭环控制系统与开环控制系统的比较。 想一想：你还能举出闭环控制的例子吗？学生思考并回答，教师引导学生点评。 7、课堂小结 （ 1 ）、闭环控制系统的定义。 （ 2 ）、闭环控制系统的方框图。 （ 3 ）、闭环控制系统与开环控制系统的区别。 8、作业： 画出交通路口红绿灯自动控制系统的方框图。 （根据车流量大小改变红绿灯时间）。 三、教学反思： 在学习完开环控制的基础上学习本课，相对来说要容易一些。通过画五官 的游戏引入闭环控制系统的定义，比较平顺自然，也容易激发学生的学习兴趣。在分组设计试验中，学生通过亲身经历试验设计的过程，养成了严谨的学习态 度，理解了闭环控制系统的工作原理。通过试验后的分析，抽象出闭环控制系统的工作过程方框图，体现了学生是学习主人，教师只是引导者，这种课程安排符合新课改的要求。反思本节课存在的不足，主要是活动环节较多，试验器材的可靠性不高，导致个别组最终试验不成功，时间有些紧张。最后的提高和升华部分做的不够好。今后在课堂环节设计方面还要再仔细研究、仔细设计。 学科网（北京）股份有限公司 $