高中通用技术《控制系统的设计与实施(二)》教学设计

《闭环控制系统的设计与实施》教学设计
青铜峡市高级中学王丽娜
教材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书通用技术（必修2）
文档内容：闭环控制系统的设计与实施
章节：第四单元控制与设计第四节控制系统的设计与实施
课时：第2课时
一、教学目标
1.知识与技能：
﹙1﹚.区别开环控制系统与闭环控制系统。

﹙2﹚掌握控制系统设计的一般思路。

﹙3﹚了解简单的被控制对象的基本特征，画出系统方框图。

﹙4﹚通过案例学习与分析，形成初步闭环控制系统的设计方案。

2.过程与方法：
通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。

3.情感、态度与价值观：
（1）通过对闭环控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。

（2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。

二、教学重点
区分开环控制系统与闭环控制系统
设计一个控制系统应明确的问题，对控制系统的基本要求。

三、教学难点
设计一个控制系统应明确的问题的分析，控制系统设计的思想方法。

四、教学方法
讲授、讨论、小组合作、试验演示
五、设计思想
1. 教材分析
本节是前几节知识的总结与应用。

控制系统设计的一般思路是这一节的重点，也是难点。

在设计中，只有对系统的组成部分及其相互关系分析清楚了，才能进行设计。

鉴于学生对本章节没有基础的特点，要把一些知识点直接的铺开给予学生讲解，只有这样，才能把一节课的内容很轻松的给予学生。

2. 学情分析
因为所教授的学生对第四章的内容没用基础，所以在讲闭环控制系统的设计时，要让学生明确开环与闭环控制系统的区别，然后进一步学习系统设计的一般思路。

学生对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过对闭环控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验和生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。

3. 策略
提出一个生活中时常会遇到的问题，在学习和阅读了相关内容后针对这一问题的设计要
求进行具体设计并制作成模型，在学生自己设计和制作的过程中达到突破难点，实现教学目标的目的。

本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计如下：
（1）通过给出的课题，给学生例举生活中的控制事例，让学生感受控制现象的普遍性。

（2）教师根据水塔注水的试验演示，给学生讲解闭环控制与开环控制系统的区别。

（3）与学生共同学习设计的一般思路，并用水塔注水的事例进一步巩固设计思路。

﹙4﹚与学生共同探讨案例：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计，并通过学生自学的基础之上，试着提出关于节水的改进方案。

六、教学准备
水塔注水实验装置，课件。

七、教学过程
◇控制系统的控制精度必须符合要求。

◇闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。

以水塔自动注水为例，巩固设计要明确的问题 。

学生讨论回答。

﹙鼓励学生大胆发言﹚
三、闭环控制系统的设计
案例：抽水马桶水位自动控制
设计要求：当水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。

设计分析：
根据设计要求，选择闭环控制系统。

被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进进水量），水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系，主要干扰因素是水箱的出水流量。

方案构思：﹙请学生到讲台前试着讲解，教师补充﹚
采用浮球作为水位高度的检测装置。

当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱进水；当水箱水位达到水箱的某个高度时，水位
差为零，进水阀关闭。

控制系统方框图：﹙请学生动手画，教师补充﹚
控制过程：转动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。

与此同时，进水阀打开，水箱进水，直到指定水位时，进水阀关闭。

﹙幻灯片动画演示﹚ 通过对水塔自动注水的例子，学生进一步分析控制系统设计的基本思路，是知识点得到进一步巩固。

在这个案例分析中，让学生自己去看书学习，通过相互的讨论、探究请学生走到讲台自己讲解，让他们主动学习，主动探究，更好的巩固知识点，同时也体现了学生的主体地位。

学生在明确控制系统的设计要求时，学会画
方框图，
以此加深对闭环控制系统的掌握。

通过探讨水箱
给定水位
杠杆比较 进水阀门
水箱
进水量
实际水检测装置
＋
－。