第四單元 控制與設計（精選2篇）
第四單元 控制與設計 篇1
二 控制系統的工作過程與方式
教學目標
1 分析典型案例，熟悉簡單的開環控制系統的基本組成和簡單的工作過程
2 熟悉閉環控制系統的基本組成，能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖
3 理解閉環控制系統中的控制器、執行器的作用
教學內容分析
《控制系統的工作過程與方式》選自普通高中課程標準實驗教科書《通用技術-技術與設計 2 》的第四單元第二節（江蘇教育出版社）。
《控制系統的工作過程與方式》這節的內容是有關“控制系統的工作過程與方式”的學習和掌握，包含“控制系統”、“開環控制”和“閉環控制”等三個內容。它是學生在學習控制在我們的生活和生產中的應用后，進一步學習有關控制系統的組成、工作方式以及兩種重要的控制系統：開環控制和閉環控制，并熟悉它們工作原理和作用。
根據學生已經學習的內容和認知特點，我們利用兩個課時來完成本節的教學，讓學生通過對相關典型控制應用案例的深入分析，引導學生在對控制系統的生活生產應用分析，進而熟悉控制系統的基本組成和工作過程，通過對開環和閉環控制基本組成和其工作機理的學習，進而掌握和理解這兩種控制方式的重要作用。
教學對象分析
學生在前面的學習中已經學習和分析了控制在生活生產中的應用，獲得了有關控制及其應用的初步感性認識和體驗，但是對控制的基本工作方式和工作機理還缺乏了解，他們對進一步了解控制系統的知識是有探究的欲望的。結合前面的應用案例分析，進一步分析案例中控制是如何工作的，以及有怎樣的工作方式，是學生學習的最近發展區。
教學策略
教法：
本章的教學結合具體的教學內容和目標我們采用“案例情景—機理分析—總結歸納－認識提升”的模式展開。在教學中把知識點的教與學置于具體的案例情景當中，通過豐富而貼近生活的案例使學生從生活體驗到理性分析的思維升華過程。同時關注學生能否用不同的語言表達、交流自己的體驗和想法。通過富有吸引力的現實生活中的問題，使學生回想和體會控制系統的工作過程，激發學生的好奇心和主動學習的欲望。讓學生本著“回想—分析—聯想—猜想”的思維過程，對教學內容進行步步展開，使學生親歷自主探索和思維升華的過程。
學法：
鼓勵學生自主探究和合作交流，引導學生自主觀察、總結，在與他人的交流中豐富自己的思維方式，獲得不同的體驗和不同的發展。注意引導學生體會控制系統的工作過程和方式，特別是理解閉環控制的工作過程以及其構成的作用。
教學過程
1、控制系統：
【案例分析】
自行車速度的控制的實現過程、電風扇風速的控制過程、自動門的控制過程、遙控電視頻道更換的控制過程、航空模型的控制過程
（畫出控制過程方框圖）
【總結】
一般的控制過程都有一個輸入和一個輸出。
任何一種控制的實現，都要通過若干個環節，這些環節構成一個系統，我們稱之為控制系統。
控制系統的輸入輸出之間有一定的對應關系。
【馬上行動】（課文p102）
控制系統一般分為開環控制系統和閉環控制系統。
2、開環控制：
【利用前面的案例和普通游泳池注水控制系統控制過程分別引出兩個名詞：輸入量和輸出量】
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制系統成為開環控制系統。
開環控制系統的方框圖：
【案例分析】
自動門的控制系統、水泵抽水控制系統
【學生課堂舉例并分析】
公共汽車車門控制系統
（紅綠燈定時控制系統、防盜報警系統、火災報警系統、音樂噴泉控制系統、鬧鐘定時控制系統等等）
（要求學生能畫出其控制方框圖）
3、閉環控制：
【教師分析與學生討論：在游泳池注水控制系統增加水位測量設備和改變控制對象后，控制系統的過程與前面的開環控制過程有何區別，輸出量輸入量之間產生了什么關系和作用。】
把系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響的控制系統稱為閉環控制系統。
閉環控制系統方框圖：
（解釋方框圖中的一些圖標代表的含義）
（讓學生觀察并解釋閉環控制系統與開環控制系統的區別？然后教師歸納總結）
【生活案例】保溫電飯鍋的保溫控制、空調的溫度控制等等
【生產案例】溫室大棚、氨氣生產的反應爐溫控制等等
【復雜案例簡述】導彈防空系統，戰斧巡航導彈的控制
【馬上行動】（課堂練習）p106
（讓學生談談生活生產中的閉環控制系統并分析其工作過程）
把教學的案例情景設置在學生身邊經常遇到的例子，如自行車等生活常用工具和產品，根據目標對教學內容進行篩選，盡量去掉教材中易使學生厭煩的信息，留下學生能夠參與和感興趣的信息，激發學生的學習熱情。如果有可能，就盡量減少教師的課堂講解，要給學生充足的時間和空間來思考和發展，使學生有時間和空間進行自我調控、自主學習、自我分析、互相評價、促進學生學會學習。
我們不能僅僅經常問學生“為什么這樣？”，還要努力促進學生被動的回答教師的“為什么”轉化發展為經常向自己提出“為什么”。這個轉化過程的引導值得我們進一步研究和探索。在課堂的互動中，所有學生都應學會如何與其他同學合作，互相補充，為求最佳解答方案而競爭，自主地進行獨立學習。而教師則要進一步豐富自己的系統和控制技術和社科知識，提高教育心理學和學習心理學的水平。
作者：海南中學 周仁忠
第四單元 控制與設計 篇2
奉化市教師進修學校黃育稼
第四單元控制與設計
一、課程標準內容
本單元內容體現了《通用技術課程標準》以下幾點要求：
1、理解控制的含義及其在生產和生活中的應用。
2、分析典型的案例，了解手動控制、自動控制，熟悉簡單的開環控制系統和閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程。
3、能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖，理解其中的控制器、執行器等環節的作用，熟悉閉環控制系統中反饋環節的作用。
4、能結合案例找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素，并作分析。
5、了解簡單的被控制對象的基本特性，能確定被控量、控制量，畫出控制系統的方框圖，并形成初步的控制設計的方案。
6、能根據開環控制系統的設計方案，制作一個控制裝置；或者能根據簡單閉環控制系統的設計方案進行實施或模擬實施，學會調試運行，提出改進方案。
二、教學要求
第一節 控制的手段與應用
基本要求
1、理解控制的含義，明確控制的目的和對象。
2、了解控制的手段，知道人工控制和自動控制。
3、理解控制在生產和生活中的應用。
第二節 控制系統的工作過程與方式
基本要求
1、會分析典型案例，知道簡單的開環控制系統的基本組成和簡單的工作過程。
2、知道閉環控制系統的基本組成，能畫出簡單的閉環控制系統的方框圖，并知道其中的控制器和執行器的作用。
第三節 閉環控制系統的干擾與反饋
基本要求
1、能結合案例，找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素。
2、理解反饋的含義，知道閉環控制系統中反饋環節的作用。
3、知道閉環控制系統的工作過程。
4、了解功能模擬方法和黑箱方法。
第四節 控制系統的設計與實施
基本要求
1、了解簡單的被控對象的基本特性，能確定被控量、控制量，畫出控制系統的方框圖，并形成初步的控制系統設計方案。
2、能根據開環系統的設計方法，制作一個控制裝置。
三、設計思路
本單元所研究的控制與設計，是在前一單元系統與設計基礎上的延伸。本單元從學生熟悉的生活事例入手，運用案例分析方法，由淺入深在展開控制的概念、控制的應用、開環控制系統和閉環控制系統的工作過程以及簡單控制系統的設計等。有利于學生掌握控制系統的基本知識與運用。
無論是自動機器，還是神經系統、生命系統，以至經濟系統、社會系統，撇開各自的質態特點，都可以看作是一個自動控制系統。在這類系統中有專門的調節裝置來控制系統的運轉，維持自身的穩定和系統的目的功能。控制機構發出指令，作為控制信息傳遞到系統的各個部分（即控制對象）中去，由它們按指令執行之后再把執行的情況作為反饋信息輸送回來，并作為決定下一步調整控制的依據。
在社會生活中，控制具有十分重要的實踐意義，通過對控制系統中控制的目標、控制的過程和控制的機理等的理解，有助于學生運用簡單的控制方法解決現實生活中遇到的相關問題，發展學生良好的邏輯思維品質。
第一節控制的手段與應用，通過大禹治水、射手射擊等控制的事例，說明人們要實現自己的意愿或目的，就要通過一定的控制手段。通過控制在人們日常生活和生產中運用的實例分析，進一步明確控制應用的廣泛和重要。
第二節控制系統的工作過程與方式，通過水泵抽水、自動門等案例，理解開環控制系統的特點是輸出量直接受輸入量的控制，從游泳場的水位控制案例理解閉環控制的關鍵是增加了一個對輸出量的檢測裝置，使輸出量能反饋到輸入端并與給定量比較，從而使輸出量穩定在一定范圍內。
第三節閉環控制系統的干擾與反饋，干擾因素和反饋是閉環控制系統中的兩個重要的核心概念，閉環控制系統是通過反饋環節克服干擾因素而使系統達到穩定。功能模擬方法和黑箱方法是控制論的主要方法。功能模擬法以功能行為相似為基礎而建立模型，為仿生學、人工智能、價值工程提供了科學方法，黑箱方法是通過考察系統的輸入與輸出關系認識系統功能的研究方法，是探索復雜大系統的重要工具。
第四節控制系統的設計與實施，分別通過簡單的開環控制系統和閉環控制系統的設計案例，使學生了解控制系統設計的一般思路和步驟，通過自動升旗控制裝置的設計強化學生對設計的多方案的理解。
四、教學準備
1、相關學科知識。本單元要求學生具有初中物理學科電學基礎知識。
2、教學器材和材料。本單元需要的教學設備和器材主要有，學生技術試驗用齒輪、齒條、硬紙板、線、剪刀、可調光臺燈的試驗電路板和配套電器元件等。若教師選擇其他試驗載體，則應準備相應器材、材料和工具。
五、課時安排
本單元建議使用8課時，具體安排可參考下表。
節次 內容 建議課時數
第一節控制的手段與應用 1
第二節控制系統的工作過程與方式 2
第三節閉環控制系統的干擾與反饋 3
第四節控制系統的設計與實施 2
合計 8
六、教學建議
1、本單元的教學內容有一定的難度，教師需查閱有關自動控制方面的書籍，熟悉有關自動控制的專業知識，理解控制系統的基本理論和工作原理，重點對開環控制系統和閉環控制系統其及它們之間的異同進行研究和分析，教學中要注意深度、難度的把握。
2、應充分挖掘日常生活中運用控制的事例，啟發學生從實例出發理解控制系統的工作原理。特別是控制系統的方框圖的繪制，應結合學生生活實際選取典型案例進行分析和講解。教師除了選擇教科書中的試驗和設計案例外，還可根據學生對控制系統的理解水平，有針對性地選擇其他小試驗和設計載體，并指導學生收集資料和實物。
3、教師在教學設計中，應恰當安排課內時間，對于學生方案設計的討論和點評，可放在課內進行，而方案設計的思考過程以及設計作品的制作形成過程，則可以“家庭作業”的形式放在課外，以解決課時不夠的問題。
4、教學中要重視在作品制作過程中的用電安全管理。
5、建議第一節可安排適當的小組討論，列舉控制在日常生活中的應用，討論的對象應該是學生熟悉的電風扇、自行車、洗衣機等；第二節可安排小制作，如教材中提供的“活動猴”的制作，也可以采用其他項目；第三節可讓學生在討論分析的基礎上，畫出相關控制系統的框圖；第四節讓學生設計方案，并進行制作。
七、教學評價
1、對學生技術試驗的評價，應注意緊扣試驗目標和試驗要求進行，例如制作小猴動作控制的小試驗，教師評價學生試驗是否成功的首要標準應該是小猴的動作是否與線的拉動有對應關系，也就是這一控制系統的輸入與輸出之間的對應關系，而非小猴做得是否逼真可愛，進而還可進一步評價當給以較小的輸入量時，是否有輸出動作對應。
2、對學生設計制作的作品評價也應如此。通過觀察學生在完成實際的設計制作任務時的表現，來評價其知識技能和方法的掌握程度、運用技術解決問題的能力等。表現性評價強調的是做而不是知道，一般較少有單一正確的答案，多種行為表現和問題解決的方案都可以認為優秀。
3、本單元結束后，將面臨著學生的學分認定。學分認定當然是過程評價與終結評價相結合。過程性評價可以根據學生在本模塊學習過程中的表現記錄進行衡量。終結評價不排除書面測試這種方式，關鍵是教師應事先規劃測試的內容、目標、不同內容所要求的能力層次和恰當的題量，并設計有效的測試題目。教師在終結評價時還應設計1——2道操作試題，試題的設計一定是使學生在一定時間內可做完，并能客觀地反映學生操作水平的題目。