通用技术控制与设计单元设计.docx

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通用技术控制与设计单元设计

表3-1　主题单元设计模板

主题单元标题

控制与设计

作者姓名

由佩骅

所属单位

德州实验中学

联系地址

德州三八路676号

联系电话

电子邮箱

Y

邮政编码

253000

学科领域（在内打√表示主属学科，打+表示相关学科）

思想品德

音乐

化学

信息技术

劳动与技术

语文

美术

生物

科学

数学

外语

历史

社区服务

体育

物理

地理

社会实践

其他（请列出）：

适用年级

高二年级

所需时间

课时（每周1课时，共5课时）

主题学习概述（简述单元在课程中的地位和作用、单元的组成情况，解释专题的划分和专题之间的关系，主要的学习方式和预期的学习成果，字数300-500）

《技术与设计2》第四章提到了“控制与设计”，本章内容是本模块课程知识的一个综合应用——它融合了“结构与设计”“流程与设计”、“系统与设计”的相关知识。

《技术与设计2》第四章提到了“控制与设计”，本章内容是本模块课程知识的一个综合应用——它融合了“结构与设计”“流程与设计”、“系统与设计”的相关知识。

本单元共四个专题：

专题一控制的手段及应用、专题二控制系统的工作方式及过程、专题三闭环控制系统的干扰与反馈及专题四控制系统的设计与实施。

“控制系统的工作过程与方式”本章第二节的内容，它是在学生学习了“控制的手段及应用”之后所进行的进一步探究，换句话说也就是由广义的控制、控制现象到具体控制装置、控制系统的学习。

同时本节内容又为后面深入学习“闭环控制系统的干扰与反馈”及“控制系统的设计与实施”打下基础，所以它起着承上启下的作用。

通过前面的学习，学生已经掌握了有关结构、流程、系统的相关知识，同时也对控制本身有了初步认识和感性体验，这为后续知识的学习奠定了必要的基础,通过学习能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。

主题学习目标（描述该主题学习所要达到的主要目标）

知识与技能:

1.通过分析社会各领域的具体例子，理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。

2.熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程

3.熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图

4.理解闭环控制系统中的控制器、执行器的作用

5.初步理解开环与闭环系统的区别

6.理解干扰因素和反馈的含义及闭环控制系统及反馈环节的作用

7.了解功能模拟方法和黑箱方法的含义和应用

8.了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。

过程与方法：

1.通过视频导出新课，通过案例分析和课堂讨论理解控制的含义和了解控制的手段，并知道控制的应用。

2.经历“回想—分析—联想—猜想”的思维过程，与同学和老师充分沟通和交流，将前面所学的结构、流程、系统与控制的基本知识应用于具体问题的分析，发展创新精神。

3.结合案例分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素及克服方法及闭环控制系统的反馈环节

4.通过讲解和实际操作是同学们加深对控制系统实施的理解与应用

情感态度与价值观：

1.激发学生了解控制，研究控制的兴趣与热情。

2.提高对生活中技术问题的敏感度和引发出探究欲望，并能保持积极审慎的态度。

3.能具体问题，具体分析,能在生活中应用反馈原理，调节自身的心理、学习与生活

4.能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。

对应课标

（1）理解控制的含义及其在生产和生活中的应用。

（2）分析典型的案例，了解手动控制、自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。

（3）能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用。

（4）能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析。

（5）了解简单的被控制对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计的方案。

（6）能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置；或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。

主题单元问题设计

想一想生活中哪些地方存在控制系统？

联系生活实例，控制系统有什么特点，怎样表述一个控制系统方框图?

控制对生活的影响有哪些，生活中又对控制有哪些干扰因素？

如何设计一个简单的控制系统为生活服务？

专题划分

专题一：

控制的手段与应用

专题二：

控制系统的工作过程与方式

专题三：

闭环控制系统的干扰与反馈

专题四：

控制系统的设计与实施

专题一

控制的手段与应用

所需课时

1

专题一概述（介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果）

本节是本章的第一节，可以说是本章的开始，也是本章的基础，对于本节知识的掌握有助于后面几节的学习。

学生正处于高中阶段，对于生活中的一些控制虽然见过，但是由于生活经验不是很丰富，所以必须要老师引导才能发现问题。

本专题学习目标（描述该学习所要达到的主要目标）

知识与技能

1.通过分析社会各领域的具体例子，理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。

2.通过学习，培养学生注意观察问题，发现问题，帮助学生了解控制的作用。

过程与方法：

通过视频导出新课，通过案例分析和课堂讨论理解控制的含义和了解控制的手段，并知道控制的应用。

情感态度与价值观：

激发学生了解控制，研究控制的兴趣与热情。

本专题问题设计

1.如何寻找学生熟悉和感兴趣的教学案例理解控制系统的含义？

2.学生了解的控制系统有哪些？

3.如何理解和区分控制系统的分类？

所需教学材料和资源（在此列出学习过程中所需的各种支持资源）

信息化资源

网络，多媒体投影。

常规资源

苏教版通用技术《技术与设计2》

教学支撑环境

通用技术实验室

其他

图书资料。

学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程）

一、控制是普遍存在。

用一些典型的、生活中的例子让学生了解控制是普遍存在，对控制有初步的认识，打破其神秘感。

现代社会中的例子：

生产、生活中的例子（图片）

古代社会中的例子：

案例1：

大禹治水（图片）

问题：

大禹治水过程中，通过什么手段实现治理好水患的目的？

答案：

通过“疏通河道，泄洪为主”手段实现治理好水患的目的。

案例2：

木牛流马：

据研究：

木牛和流马是汉代独轮手推车的两种改进设计，通过改进使人的负重有所减轻。

木牛是一种轮子稍小一些的独轮手推车，载重大，前由人拉、后由人推，运行较慢；流马载重小，轮子稍大一些，由一人推，运行速度很快。

诸葛亮所说“木牛流马”应是比喻它们运行的灵便程度和载重量的大小：

木牛行动较笨而慢，像牛；流马行动敏捷而快，像马。

不是说它们外形像牛像马。

目的：

帮助军队运送战略物资。

案例3：

希罗自动门（图片）

希罗自动门的相关材料见教参P66或江苏版P107。

希罗自动门说明了什么道理？

道理是：

利用气压和液压动力装置，实现自动开门、关门。

总结：

事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。

如果人们想达到某一特定的目的，就必须运用适当的手段来实现。

那么，运用什么手段来实现呢？

（引入控制的概念）

二、控制的涵义

　　控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。

　　结合事例（用音乐喷泉的事例），重点阐明控制的对象是什么；控制要达到什么目的；采取什么控制手段。

[探究活动]

请同学们说说你在生活学习中所见到的应用控制的事例。

如：

学校：

学校的音乐铃声、多媒体教学系统、足球场草地自动喷淋系统、体育馆的自动伸缩坐椅等。

家庭：

冰箱、电饭煲、微波炉等。

社会：

交通信号灯、电子警察、电梯、程控电话交换机等

三、控制的分类

从控制过程中人工干预的情形来分：

•人工控制：

人工纺纱、普通自来水龙头，旋转按钮打开电灯、驾驶汽车等；

•自动控制：

数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等

按照执行部件的不同，控制分为：

机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等

对于自动控制

按控制方式分为：

开环控制、闭环控制和复合控制。

3、控制的应用 

控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用。

通过事例说明控制在社会生产生活的各个领域的应用。

　　案例1：

汽车自动化生产线。

（图片）

　　案例2：

农业现代化设施。

（图片）

　　案例3：

现代网络家电。

（图片）

专题二

控制系统的工作过程及方式

所需课时

1课时

专题二概述（介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果）

本专题是第四单元“控制与设计”第二节“控制系统的工作过程与方式”的内容，其内容包括控制系统的基本特征与开环控制系统的基本组成和工作过程，是学生在学习控制在生活和生产中的应用后，进一步深入学习和探讨有关控制系统的相关知识，并为下一课时进一步学习闭环控制系统打下基础。

为此，我对教学内容做了如下处理：

首先分析熟悉的控制过程，再归纳总结出控制系统的概念和特征，接着通过对自动门的教具模型控制系统观察体验体会并分析控制系统实例，然后总结出开环控制系统的特点，结合实例分析开环基本组成的工作过程，最后在有代表性的练习中巩固知识，其内容循序渐进、逐渐深入和深化。

画方框图贯穿其中，它是作为一种理解和表达的方法，引导学生学会怎样利用方框图来分析控制系统和表达自己的设计想法，其中一般开环控制系统的方框图是需要记忆的，最后以水火箭的制作实践来体验简单控制系统工作过程。

本专题学习目标（描述该学习所要达到的主要目标）

知识与技能：

知道控制系统的概念及其组成；熟悉简单的开环控制系统的工作过程。

过程与方法：

通过亲身体验自动门的开门过程及“听口令、做动作”两个案例的分析过程，了解开环控制系统的工作过程，并学会用方框图来表达自己的控制设计想法，把复杂问题简单化的思路。

情感态度与价值观：

通过探究合作，拓宽学生的视野，提高学生研究控制技术的能力。

通过天宫一号点火的瞬间，激发学生的爱国热情，增强民族自豪感。

本专题问题设计

1.如何用控制系统方框图表述控制系统的工作过程？

2.强调控制系统方框图画法的规范性！

3.如何寻找控制系统中的被控对象、输入量、输出量等

4、反馈环节在控制系统工作过程中的作用

所需教学材料和资源（在此列出学习过程中所需的各种支持资源）

信息化资源

网络，多媒体投影。

常规资源

苏教版通用技术《技术与设计2》

教学支撑环境

通用技术实验室

其它

图书资料。

学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程）

1、拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关

2、播放图片，声光感应开关，当有声音时灯亮

3、播放图片，红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水

4、播放图片，宾馆自动门，当有人进入，门自动打开

师生归纳、抽象以上活动的特征

1、控制系统：

　　【案例分析】

　　自行车速度的控制的实现过程、电风扇风速的控制过程、自动门的控制过程、遥控电视频道更换的控制过程、航空模型的控制过程

　　（画出控制过程方框图）

　　【总结】

　　一般的控制过程都有一个输入和一个输出。

　　任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。

　　控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。

　　【马上行动】（课文p102）

　　控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统。

　　2、开环控制：

　　【利用前面的案例和普通游泳池注水控制系统控制过程分别引出两个名词：

输入量和输出量】

　　控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统成为开环控制系统。

　　开环控制系统的方框图：

　　【案例分析】

　　自动门的控制系统、水泵抽水控制系统

　　【学生课堂举例并分析】

公共汽车车门控制系统

　　（红绿灯定时控制系统、防盗报警系统、火灾报警系统、音乐喷泉控制系统、闹钟定时控制系统等等）

　　（要求学生能画出其控制方框图）

3、闭环控制：

　　【教师分析与学生讨论：

在游泳池注水控制系统增加水位测量设备和改变控制对象后，控制系统的过程与前面的开环控制过程有何区别，输出量输入量之间产生了什么关系和作用。

】

　　把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。

　　闭环控制系统方框图：

　　（解释方框图中的一些图标代表的含义）

　　（让学生观察并解释闭环控制系统与开环控制系统的区别？

然后教师归纳总结）

　　【生活案例】保温电饭锅的保温控制、空调的温度控制等等

　　【生产案例】温室大棚、氨气生产的反应炉温控制等等

　　【复杂案例简述】导弹防空系统，战斧巡航导弹的控制

专题三

闭环控制系统的干扰与反馈

所需课时

2

专题二概述（介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果）

本节可以说是本章的难点，也是重点，这节也是对第二节内容的一个检验。

本节内容在《控制和设计》中起到举足轻重的作用，不仅可使学生对闭环控制系统中的反馈（feedback）有很深的认识，而且也为闭环控制系统的设计与实施打好基础。

本专题学习目标（描述该学习所要达到的主要目标）

［知识与技能］

1、理解干扰因素的含义

2、理解反馈的含义

3、熟悉闭环控制系统及反馈环节的作用

4、了解功能模拟方法和黑箱方法的含义

5、了解功能模拟方法和黑箱方法的应用

［过程与方法］

1、结合案例分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素及克服方法

2、结合案例分析闭环控制系统的反馈环节

［情感态度与价值观］

1、能具体问题，具体分析

2、能在生活中应用反馈原理，调节自身的心理、学习与生活

本专题问题设计

1、闭环为什么比开环抗干扰

2、课堂中的干扰因素指的有哪些？

3、面对实例如何避免和利用干扰因素的的特性？

所需教学材料和资源（在此列出学习过程中所需的各种支持资源）

信息化资源

网络，多媒体投影。

常规资源

苏教版通用技术《技术与设计2》

教学支撑环境

通用技术实验室

其它

图书资料。

学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程）

序号

教学内容

教师引领

学生活动

1

引入新课

列举日常生活中时常存在的“干扰”现象：

①自然产生的：

风中骑车、行船等；

②人为造成的：

手机信号对电脑的干扰；

明确本节主要讨论的是干扰因素的也同样存在于控制系统当中问题。

思考、参与讨论。

2

什么是干扰因素

教师引导学生回答：

我们要学习的干扰因素指的是控制系统当中的干扰因素。

结合具体控制系统，使同学们了解控制系统当中的干扰因素所指的是什么。

练习 P108马上行动

P109思考

听讲，根据具体的控制系统，回答它们会受到那些干扰因素的影响。

3

分析干扰因素

根据一个具体的控制系统分析干扰对控制系统的影响并分析克服干扰因素的合理方案，总结出以下三点：

1、 控制系统的稳定性能与干扰因素的控制以及克服能力直接相关；

2、 干扰因素的个数不定；

3、 只有使被控量稳定，才能使控制系统正常操作。

听讲、讨论。

4

分析控制系统怎样克服干扰因素

列举游泳池的开环控制系统及闭环控制系统，分析闭环控制系统有较强抗干扰能力。

通过一些具体的控制系统的案例分析使同学们了解一个简单闭环控制系统克服干扰因素的过程。

听讲、思考。

结合老师讲解和自己的理解讨论一些简单的控制系统克服干扰因素的过程。

5

干扰因素的利用

干扰因素在某种情况下也可以成为我们利用的对象，例如打狂犬疫苗。

讨论还有那些是我们可以利用的干扰因素。

6

小结

引导学生对本节课进行整理、归纳。

对本节课内容进行整理、归纳。

专题四

控制系统的设计与实施

所需课时

1课时

专题四概述（介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果）

本节是这一单元的最后一节，可以说是这单元的“收口”部分，让学生了解控制系统设计的一般思路比较关键，只有这部分内容理解了，才能有效的进行下一个内容——控制系统的设计与实施案例。

在控制系统的设计与实施案例中，重点要让学生会分析和选择案例，并最终会设计。

本专题学习目标（描述该学习所要达到的主要目标）

1.知识与技能：

了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。

2、通过讲解和实际操作是同学们加深对控制系统实施的理解与应用

3、情感态度与价值观：

能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。

本专题问题设计

1、如何把握好控制系统探究过程中的深度？

2、如何利用黑想法帮助解决一定难度的控制系统设计？

所需教学材料和资源（在此列出学习过程中所需的各种支持资源）

信息化资源

网络，多媒体

常规资源

苏教版通用技术《技术与设计2》

教学支撑环境

通用技术实验室

其它

图书资料。

学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程）

教学环节

教师活动

学生活动

导入新课

复习提问设计的一般思路。

引出控制也需要设计。

回答问题

新课讲授

1、控制系统设计的一般思想

我们知道在设计的一般过程中，首先要发现和明确问题，那么在对控制系统进行设计时我们要明确那些问题呢？

给出答案（幻灯片）

1，开环控制系统的设计

讲述普通风扇的控制系统设计（幻灯片）

请同学快速阅读书中案例《电吹风控制系统的设计》，并思考电吹风的被控对象、被控量以及控制量都是什么？

2，闭环控制系统的设计

讲述简单闭环控制系统的基本要求（幻灯片）。

让学生阅读书中案例《抽水马捅水箱的自动控制系统的设计》

2、控制系统的设计与实施案例

好，我们了解了控制系统设计的一般思路，下面我们一起来分析和了解控制系统的设计与实施案例

播放“香港回归升旗视频”

引导学生，如果我们学校的升旗也设计成这样那该多好。

阅读书中案例《自动升旗简易控制装置的设计》

在教师的引导下思考并回答问题

观看

看书中案例，思考后回答问题

认真听讲

认真阅读案例并讨论下边的问题。

观看

看书并小组研究

课堂小结

教师引导补充

与老师一起归纳

练习

1、晾衣控制装置

2、画自行车发电看电视的方框图并分析其中的技术和原理

学生做练习

单元学习成果

1本单元.激发学生了解控制，研究控制的兴趣与热情。

2.本单元设计提高对生活中技术问题的敏感度和引发出探究欲望，并能保持积极审慎的态度。

3.是学生能具体问题，具体分析,能在生活中应用反馈原理，调节自身的心理、学习与生活

4.大部分学生能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。

单元评价

1.思想性和科学性：

案例、技术探究和实验扣题明确，内容积极、健康向上；获取整理的素材能很好的服务于主题

2.创造性：

案例技术探究和实验形式新颖，构思独特、巧妙；作品具有想象力；内容设计独到创意独特。

3.艺术性：

课件作品文字、语言等设计上引人入胜；音效与主题风格一致，具有艺术表现力；画面美观，色彩和谐；反映出作者一定的审美情趣和审美能力。

4.技术性：

保存格式进行优化处理，通用性强；画面衔接流畅，视听效果好。