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苏教版必修2 技术与设计2第四单元 控制与设计闭环控制系统的干扰与反馈教案
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这是一份苏教版必修2 技术与设计2第四单元 控制与设计闭环控制系统的干扰与反馈教案，共9页。教案主要包含了教学目标，教学重点，教学策略分析，教学资源准备，教学过程等内容，欢迎下载使用。
《控制系统的工作过程与方式》是苏教版教材《技术与设计2》第四单元第2节的教学内容。本单元《控制与设计》关注设计过程中控制的基本思想和设计的基本方法，注重学生对这些思想和方法的应用及实际问题的解决。本节课教学内容主要围绕闭环控制系统，让学生在已有的开环控制系统的基础上，加深对控制系统、输入与输出、控制器、执行器、被控对象的概念的理解。并加入检测装置、比较器等新环节。知道闭环控制系统的基本组成和工作过程，比较开环与闭环的不同。是“承”前节内容“控制的手段与应用”的进一步深入学习，也是“启”“控制系统的设计与实施”教学内容的基础。当今社会，控制以深入到人们的生活和工作的方方面面，通过对控制系统的过程和机理的理解，有助于学生运用简单的控制方法分析现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的逻辑思维能力。
2、教学对象分析
学生已经学习了前面3个单元关于结构、流程以及系统的知识，也对开环控制系统的组成部分和工作过程进行了深入学习，已经形成了比较完整的系统的知识体系。然而闭环控制系统比较开环控制更为复杂，系统分析难度更大，也容易与开环控制混淆，分析现实生活中的闭环控制问题比较困难。
二、教学目标
1、知识与技能
（1）通过分析改进后的“自动控制台灯”模型的组成部分及工作过程，熟悉闭环控制系统的基本组成和工作过程，学会闭环控制系统方框图的画法。
（2）知道控制器、执行器、检测装置在闭环控制系统中的作用。
（3）能运用所学的知识解释分析生活中常见的闭环控制的控制过程。
2、过程与方法
（1）通过分析改进后的“自动控制台灯”的电路模型，经历简单的闭环控制的工作过程。并与开环控制系统形成直观对比。
（2）通过对台灯的自动控制的探究，初步掌握利用控制思想和方法分析和解决实际生活中有关控制的问题。
3、情感态度价值观
通过合作探究，形成良好的合作，交流的意识。
三、教学重点、难点
教学重点：熟悉简单的闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程，理解控制器、执行器、检测装置的作用。
教学难点：判断开环控制系统与闭环控制系统，会运用简单的控制方法分析现实生活中的相关控制问题。
四、教学策略分析
1、充分利用自制教具
本课教学中以自制“自动控制台灯”控制系统改进问题解决为主线，让学生直观体会到开环控制系统中“人体感应台灯”与加入光敏电阻等原件改进后的“台灯”工作过程的不同。帮助学生理解反馈环节及其作用，加深对闭环控制系统工作过程的体会，引导学生自发地形成流程图模型。
2、紧密联系生活实际
通过选取“台灯”的使用，体现生活具体实例。引导学生分析生活中的闭环控制系统工作过程和方框。并以解决“人体感应台灯”存在不节能的问题提出改进方法，激发学生对生活问题解决的热情，增强探究精神。
课程中还增加了“AI智能”“自动驾驶”等新科技知识扩展生活知识面；分析案例中则选取“冰箱”等常见的生活案例，紧贴学生生活。
五、教学资源准备
自制“自动控制台灯”电路模型、自制多媒体课件
六、教学过程
本节课的教学流程如下：
（一）知识回顾
师生共同回顾开环控制系统组成部分和工作过程。
（1）定义：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制称为开环控制系统。
（2）开环控制系统的方框图
（3）特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。
（4）利用课间多媒体互动游戏加深印象。
（二）新课课题引入
1、观看视频并讨论：
（1）、这几个控制系统的组成有什么共同点？
（2）、它们都是开环控制系统吗？
学生小组讨论说出智能平衡车与汽车自动驾驶不是开环控制，激发学生好奇心。教师引出控制系统除了开环控制以外还有另外一种——闭环控制系统。
（三）控制系统教具对比
1、回顾开环控制系统课程中教具“人体感应自动控制台灯”的工作过程并分析使用过程中存在那些问题？（白天光线强时也亮等）是否可以改进？（在学生提出的改进方案中选择根据环境光线控制亮暗的方案，引导学生可通过使用光敏电阻，三极管的个元件。）
2、演示并讲解改进后“自动控制台灯”在感应人体的前提下可根据环境光线强度调节亮度的控制过程，解决了同学们提出的“白天也亮”的问题。引导学生认识新增元件光敏电阻及检测光线亮度的功能。
3、小组讨论
尝试自己说出“台灯”的工作过程，并分析每个环节在控制过程中起什么作用？
改进前的“台灯”当人体感应器感应到红外线信号时单片机控制电路连通发光二极管，改进后的“台灯”在此基础上增加光敏电阻，光敏电阻检测光线强度，单片机配合电压比较器控制灯泡亮度。
（四）闭环控制系统
定义：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。
闭环控制系统的方框图如下：
讨论：区分开环控制系统与闭环控制系统的不同点，并利用表格归纳总结，直观想象。
（五）案例分析
结合控制系统所学知识分析以下控制问题属于开环控制还是闭环控制。
1、电冰箱的温度控制系统
2、走道灯的声光控制系统
3、人工调节液面
4、希罗的自动门控制系统
5、家用缝纫机的缝纫速度控制系统
（六）归纳总结
1、开环控制系统与闭环控制系统的组成部分。
2、开环控制系统与闭环控制系统的方框图。
3、能分析特定控制系统的输入、输出及工作过程。
（七）、作业：找出身边的开环控制系统与闭环控制系统各5个。
《控制系统的工作过程与方式》是苏教版教材《技术与设计2》第四单元第2节的教学内容。本单元《控制与设计》关注设计过程中控制的基本思想和设计的基本方法，注重学生对这些思想和方法的应用及实际问题的解决。本节课教学内容主要围绕闭环控制系统，让学生在已有的开环控制系统的基础上，加深对控制系统、输入与输出、控制器、执行器、被控对象的概念的理解。并加入检测装置、比较器等新环节。知道闭环控制系统的基本组成和工作过程，比较开环与闭环的不同。是“承”前节内容“控制的手段与应用”的进一步深入学习，也是“启”“控制系统的设计与实施”教学内容的基础。当今社会，控制以深入到人们的生活和工作的方方面面，通过对控制系统的过程和机理的理解，有助于学生运用简单的控制方法分析现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的逻辑思维能力。
2、教学对象分析
学生已经学习了前面3个单元关于结构、流程以及系统的知识，也对开环控制系统的组成部分和工作过程进行了深入学习，已经形成了比较完整的系统的知识体系。然而闭环控制系统比较开环控制更为复杂，系统分析难度更大，也容易与开环控制混淆，分析现实生活中的闭环控制问题比较困难。
二、教学目标
1、知识与技能
（1）通过分析改进后的“自动控制台灯”模型的组成部分及工作过程，熟悉闭环控制系统的基本组成和工作过程，学会闭环控制系统方框图的画法。
（2）知道控制器、执行器、检测装置在闭环控制系统中的作用。
（3）能运用所学的知识解释分析生活中常见的闭环控制的控制过程。
2、过程与方法
（1）通过分析改进后的“自动控制台灯”的电路模型，经历简单的闭环控制的工作过程。并与开环控制系统形成直观对比。
（2）通过对台灯的自动控制的探究，初步掌握利用控制思想和方法分析和解决实际生活中有关控制的问题。
3、情感态度价值观
通过合作探究，形成良好的合作，交流的意识。
三、教学重点、难点
教学重点：熟悉简单的闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程，理解控制器、执行器、检测装置的作用。
教学难点：判断开环控制系统与闭环控制系统，会运用简单的控制方法分析现实生活中的相关控制问题。
四、教学策略分析
1、充分利用自制教具
本课教学中以自制“自动控制台灯”控制系统改进问题解决为主线，让学生直观体会到开环控制系统中“人体感应台灯”与加入光敏电阻等原件改进后的“台灯”工作过程的不同。帮助学生理解反馈环节及其作用，加深对闭环控制系统工作过程的体会，引导学生自发地形成流程图模型。
2、紧密联系生活实际
通过选取“台灯”的使用，体现生活具体实例。引导学生分析生活中的闭环控制系统工作过程和方框。并以解决“人体感应台灯”存在不节能的问题提出改进方法，激发学生对生活问题解决的热情，增强探究精神。
课程中还增加了“AI智能”“自动驾驶”等新科技知识扩展生活知识面；分析案例中则选取“冰箱”等常见的生活案例，紧贴学生生活。
五、教学资源准备
自制“自动控制台灯”电路模型、自制多媒体课件
六、教学过程
本节课的教学流程如下：
（一）知识回顾
师生共同回顾开环控制系统组成部分和工作过程。
（1）定义：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制称为开环控制系统。
（2）开环控制系统的方框图
（3）特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。
（4）利用课间多媒体互动游戏加深印象。
（二）新课课题引入
1、观看视频并讨论：
（1）、这几个控制系统的组成有什么共同点？
（2）、它们都是开环控制系统吗？
学生小组讨论说出智能平衡车与汽车自动驾驶不是开环控制，激发学生好奇心。教师引出控制系统除了开环控制以外还有另外一种——闭环控制系统。
（三）控制系统教具对比
1、回顾开环控制系统课程中教具“人体感应自动控制台灯”的工作过程并分析使用过程中存在那些问题？（白天光线强时也亮等）是否可以改进？（在学生提出的改进方案中选择根据环境光线控制亮暗的方案，引导学生可通过使用光敏电阻，三极管的个元件。）
2、演示并讲解改进后“自动控制台灯”在感应人体的前提下可根据环境光线强度调节亮度的控制过程，解决了同学们提出的“白天也亮”的问题。引导学生认识新增元件光敏电阻及检测光线亮度的功能。
3、小组讨论
尝试自己说出“台灯”的工作过程，并分析每个环节在控制过程中起什么作用？
改进前的“台灯”当人体感应器感应到红外线信号时单片机控制电路连通发光二极管，改进后的“台灯”在此基础上增加光敏电阻，光敏电阻检测光线强度，单片机配合电压比较器控制灯泡亮度。
（四）闭环控制系统
定义：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。
闭环控制系统的方框图如下：
讨论：区分开环控制系统与闭环控制系统的不同点，并利用表格归纳总结，直观想象。
（五）案例分析
结合控制系统所学知识分析以下控制问题属于开环控制还是闭环控制。
1、电冰箱的温度控制系统
2、走道灯的声光控制系统
3、人工调节液面
4、希罗的自动门控制系统
5、家用缝纫机的缝纫速度控制系统
（六）归纳总结
1、开环控制系统与闭环控制系统的组成部分。
2、开环控制系统与闭环控制系统的方框图。
3、能分析特定控制系统的输入、输出及工作过程。
（七）、作业：找出身边的开环控制系统与闭环控制系统各5个。
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