技術(shù)與設(shè)計2第四單元控制與設(shè)計教學建議技術(shù)與設(shè)計2第四單元控制與設(shè)計教學建議

奉化市教師進修學校

黃育稼

第四單元

控制與設(shè)計

一、課程標準內(nèi)容

本單元內(nèi)容體現(xiàn)了《通用技術(shù)課程標準》以下幾點要求：

1、理解控制的含義及其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)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(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程。

3、能畫出一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，理解其中的控制器、執(zhí)行器等環(huán)節(jié)的作用，熟悉閉環(huán)控制系統(tǒng)中反饋環(huán)節(jié)的作用。

4、能結(jié)合案例找出影響簡單控制系統(tǒng)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(tǒng)的方框圖，并形成初步的控制設(shè)計的方案。

6、能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，制作一個控制裝置；或者能根據(jù)簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案進行實施或模擬實施，學會調(diào)試運行，提出改進方案。

二、教學要求

第一節(jié)

控制的手段與應(yīng)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(chǎn)和生活中的應(yīng)用。

第二節(jié)

控制系統(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程。

2、知道閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成，能畫出簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，并知道其中的控制器和執(zhí)行器的作用。

第三節(jié)

閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋

基本要求

1、能結(jié)合案例，找出影響簡單控制系統(tǒng)運行的主要干擾因素。

2、理解反饋的含義，知道閉環(huán)控制系統(tǒng)中反饋環(huán)節(jié)的作用。

3、知道閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程。

4、了解功能模擬方法和黑箱方法。

第四節(jié)

控制系統(tǒng)的設(shè)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(tǒng)的方框圖，并形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計方案。

2、能根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計方法，制作一個控制裝置。

三、設(shè)計思路

本單元所研究的控制與設(shè)計，是在前一單元系統(tǒng)與設(shè)計基礎(chǔ)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(yīng)用、開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程以及簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計等。有利于學生掌握控制系統(tǒng)的基本知識與運用。

無論是自動機器，還是神經(jīng)系統(tǒng)、生命系統(tǒng)，以至經(jīng)濟系統(tǒng)、社會系統(tǒng)，撇開各自的質(zhì)態(tài)特點，都可以看作是一個自動控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中有專門的調(diào)節(jié)裝置來控制系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，維持自身的穩(wěn)定和系統(tǒng)的目的功能。控制機構(gòu)發(fā)出指令，作為控制信息傳遞到系統(tǒng)的各個部分（即控制對象）中去，由它們按指令執(zhí)行之后再把執(zhí)行的情況作為反饋信息輸送回來，并作為決定下一步調(diào)整控制的依據(jù)。

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(tǒng)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(xiàn)實生活中遇到的相關(guān)問題，發(fā)展學生良好的邏輯思維品質(zhì)。

第一節(jié)控制的手段與應(yīng)用，通過大禹治水、射手射擊等控制的事例，說明人們要實現(xiàn)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?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)中運用的實例分析，進一步明確控制應(yīng)用的廣泛和重要。

第二節(jié)控制系統(tǒng)的工作過程與方式，通過水泵抽水、自動門等案例，理解開環(huán)控制系統(tǒng)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(huán)控制的關(guān)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(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

第三節(jié)閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋，干擾因素和反饋是閉環(huán)控制系統(tǒng)中的兩個重要的核心概念，閉環(huán)控制系統(tǒng)是通過反饋環(huán)節(jié)克服干擾因素而使系統(tǒng)達到穩(wěn)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(chǔ)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(tǒng)的輸入與輸出關(guān)系認識系統(tǒng)功能的研究方法，是探索復(fù)雜大系統(tǒng)的重要工具。

第四節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施，分別通過簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計案例，使學生了解控制系統(tǒng)設(shè)計的一般思路和步驟，通過自動升旗控制裝置的設(shè)計強化學生對設(shè)計的多方案的理解。

四、教學準備

1、相關(guān)學科知識。本單元要求學生具有初中物理學科電學基礎(chǔ)知識。

2、教學器材和材料。本單元需要的教學設(shè)備和器材主要有，學生技術(shù)試驗用齒輪、齒條、硬紙板、線、剪刀、可調(diào)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(yīng)準備相應(yīng)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(jié)次

內(nèi)容建議課時數(shù)

第一節(jié)控制的手段與應(yīng)用1

第二節(jié)控制系統(tǒng)的工作過程與方式2

第三節(jié)閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋3

第四節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施2

合計8

六、教學建議

1、本單元的教學內(nèi)容有一定的難度，教師需查閱有關(guān)自動控制方面的書籍，熟悉有關(guān)自動控制的專業(yè)知識，理解控制系統(tǒng)的基本理論和工作原理，重點對開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)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(yīng)充分挖掘日常生活中運用控制的事例，啟發(fā)學生從實例出發(fā)理解控制系統(tǒng)的工作原理。特別是控制系統(tǒng)的方框圖的繪制，應(yīng)結(jié)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(shè)計案例外，還可根據(jù)學生對控制系統(tǒng)的理解水平，有針對性地選擇其他小試驗和設(shè)計載體，并指導學生收集資料和實物。

3、教師在教學設(shè)計中，應(yīng)恰當安排課內(nèi)時間，對于學生方案設(shè)計的討論和點評，可放在課內(nèi)進行，而方案設(shè)計的思考過程以及設(shè)計作品的制作形成過程，則可以“家庭作業(yè)”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(jié)可安排適當?shù)男〗M討論，列舉控制在日常生活中的應(yīng)用，討論的對象應(yīng)該是學生熟悉的電風扇、自行車、洗衣機等；第二節(jié)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(jié)可讓學生在討論分析的基礎(chǔ)上，畫出相關(guān)控制系統(tǒng)的框圖；第四節(jié)讓學生設(shè)計方案，并進行制作。

七、教學評價

1、對學生技術(shù)試驗的評價，應(yīng)注意緊扣試驗?zāi)繕撕驮囼炓筮M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(yīng)該是小猴的動作是否與線的拉動有對應(yīng)關(guān)系，也就是這一控制系統(tǒng)的輸入與輸出之間的對應(yīng)關(guān)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(yīng)。

2、對學生設(shè)計制作的作品評價也應(yīng)如此。通過觀察學生在完成實際的設(shè)計制作任務(wù)時的表現(xiàn)，來評價其知識技能和方法的掌握程度、運用技術(shù)解決問題的能力等。表現(xiàn)性評價強調(diào)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(xiàn)和問題解決的方案都可以認為優(yōu)秀。

3、本單元結(jié)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(jié)評價相結(jié)合。過程