第四单元第四节《控制系统的设计与实施》教学案例（通用5篇）
高中通用技术技术与设计2(苏教版)
第四单元控制与设计
第四节控制系统的设计与实施（第一课时）
教学案例
天津市崇化中学刘东环
（一）教学目标：
1.知识与技能：
了解简单的被控制对象的基本特征，画出系统方框图，形成初步设计方案
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，学习权衡的思想。
3.情感、态度与价值观：
（1）通过对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。
（3)通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。
（二）教学重点、难点：
1.教学重点：
设计一个控制系统应明确的问题；对控制系统的基本要求；控制系统设计的思想方法。
2.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。
（三）教学策略：
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）通过一些具体的生活中例子对比来导入有关控制的设计方法，从而引入课题。
（2）教师根据课本中的案例，引导学生解决问题，提高学习的自主能力。
（3）寻找一些贴近学生生活实际和典型的《电吹风》《电暧气》（有开环与闭环两种）等案例，利用媒体教学手段增加课堂气氛，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识。
（4）老师起到引导的作用，学生为主体，在学生掌握的基础上，课堂交给学生。让学生进行设计。
（四）学情分析：
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。
（五）课前准备：
（六）教学过程：
教学环节
师生活动
设计意图
导入
在日常生活中，控制具有十分重要的实践意义，我们今天从实际应用出发，进行几个简单的控制系统设计。现在我们首先了解一下控制系统设计的一般思路。
引出新知，激发学生的学习兴趣。
新课讲授
一、控制系统设计的一般思路
系统要达到的目标？
控制的对象？
被控对象的特性？
被控量和控制量？
外界的主要干扰因素？
怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？
设备和元件？
1.选择开环还是闭环要根据控制系统的精度要求和条件的可行性而定
2.找出控制系统的干扰因素，并分清主次，找出最大的干扰因素
3.要确定控制量和被控量
4.执行器和检测装置的选择:一是要根据控制量和被控量的需求，二是根据控制条件
总之，控制系统设计需满足的基本条件:
能达到控制的目的
采用易于实现的方式
降低控制成本
减少对环境的负面影响
二、开环控制系统的设计
与学生一起分析，这个系统要达到的目的是什么？控制的对象是什么？被控对象有哪些特性？被控量的控制量分别是什么？外界的干扰因素是什么？经济实用？安全教育与设计。
设计要求：电吹风能根据不同档位输出不同种类的风.
设计分析：被控对象——电吹风；
被控量——风的速度和温度；
控制量——电机的电压；
干扰因素——房间温度、电源电压的波动……
工作过程：
学生讨论：普通电风扇控制系统的设计
直接引入题目，便于学生积极思考。
通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和体会控制系统的工作过程，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。
这些设备，学生有一些使用的经验，拿出来加以分析，还可以增加学生的安全意识。
小结
1.控制系统设计的一般思路
2.控制系统设计需满足的基本条件
巩固本节课内容
作业
书p124第1题
七、板书设计：
学生要对生活中的一些系统进行分析，思考，并能收集一些设备的工作原理，只有在掌握了大量的系统的工作原理，占有大量的资料的前提下，才能对系统进行分析，画出方框图，才能对其设计有一定的了解。
三、专家点评：
通过一些具体的生活实例导入有关控制的设计方法，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，由易到难，在学生自己设计的过程中达到突破难点，实现教学目标的目的，符合新课程理念的要求。以贴近学生生活实际的典型案例为载体，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识，体现老师的引导作用。以学生为主体，让学生进行设计，改进身边的一些控制系统，理论与实践相结合，以问题为引领，在‘师生互动’的课程理念的设计上都有较好的亮点，还应注意及时反馈。
1.教材分析及教学设计介绍
本节课内容为本节的第四课时，是本节、本章、本书的最后一个课时。在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部分之一，而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。
结构是设计的基础，流程是设计的方法，系统是设计的保障，控制是设计的关键。
本节课可使学生了解控制系统设计的一般思路和步骤，以电加热器的设计为例，实现发热、包层、控制、定时、过热保护等，这电加热器，大部分的学生都有一定的使用各损坏加热器的经验，作起来有一定的实践性。
【学情分析】
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，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验的生活经历，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。
【教学目标】
知识与技能：
（1）了解简单被控制对象的基本特征。画出系统方框图，形成初步设计方案
（2）能设计制作一个控制方法，能进行模拟控制并调试。
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。学习权衡的思想。
情感、态度和价值观：
【重点与难点】
重点：控制系统设计的一般思路。
难点：闭环系统的设计。
关键：案例分析与方框图的绘制。
【教法设计】
（1）通过教师的引导和实例，探究控制系统设计与实施的含义。
（2）通过体验活动，结合学生生活经验，归纳总结控制系统设计与实施的方法。
（3）讲解设计的一般思路，要有所侧重，从众多的因素中选出重点的，不必面面俱到。
（4）通过实践改造活动，让学生感受和领悟，创新的设计思想，并引导学生思考实现合理的设计与控制还要考虑的因素。
【学法设计】
引导学生进行“问题式学习”，通过尝试——发现，探索——研究的过程来掌握本节课的知识，在老师的帮助下，把生活中的经验逐步与控制系统联系起来，通过动手实践、改造，亲身体会这种控制实施方法，体验成就感！
【教学资源准备】
【教学策略】
（3）寻找一些贴近学生生活实际和典型的《电吹风》《电暧气》（有开环与闭环两种）等案例，利用媒体教学手段增加课堂气氛，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识。抽水马桶水箱不适合农村的学生，自动升旗控制的设计，难度相对高些，但比较实用，但要结合学生玩电动车的经验。
（4）老师起到引导的作用，学生为主体，在学生掌握的基础上，课堂交给学生。让学生进行设计。设计个改进身边的一些控制系统，从而使得学生完成本课堂的内容。
【新课教学】
1、控制系统设计的一般思路
选择开环还是闭环：依据控制精度与条件。
被控对象特性的获取方法：往往难以直接得到，从输入与输出之间的关系，
若干个干扰因素的分析：找了影响最大的。
简单系统的控制：
执行器与检测器的选择：
设计图样等：
开环控制系统的设计
电风扇，电吹风的设计：
电风扇控制系统的设计：被控对象是电风扇，被控制量是电风扇输出的风速，控制量是电机的转速。设计的目的有：一是有定时关闭电风扇。二是有不同的风速。三是又定时，又有不同的风速。
案例分析：电吹风控制系统的设计（要先介绍一下电吹风的工作原理）
可以选择熨斗，电加热棒，电褥子等进行分析，这些设备，学生有一些使用的经验，拿出来加以分析，还可以增加学生的安全意识。
2、闭环控制系统的设计
对于简单的闭环控制系统有如下的要求：
①必须是稳定的。一是工作时要稳定，二是干扰出现时要稳定，这个稳定是通过调节而出现的稳定。
②控制精度要符合要求系统的输出值与给定值要变化，而且在变化的范围内。
③有较好的抗干扰性能。
④几项要求有时产生矛盾，要平衡有侧重点的解决。
案例分析：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计。
设计目的与节水：
设计项目：
设计要求：
设计分析：
被控量，控制量，干扰量。分析设计思路。
绘制方框图：
让学生了解在设计的一般思路，应注意目的，控制量与被控量干扰因素。选择输入与输出的关系检测，执行器，检测器的选择。
让学生自行画出与设计方框图。
综合实践：近几年的冬天，总一些报道说，太阳能热水器出现冻坏的住户，请利用控制系统的知识，分析一下原因，并提出修改设计方案。
【课外拓展】
为了加深学生对知识的记忆、理解，鼓励学生全面的、辨证的分析问题。对生活中的一些个系统进行分析，思考，并能收集一些设备的工作原理，只有在掌握了大量的系统的工作原理，占有大量的资料的前提下，对系统进行分析，画出方框图，才能对其设计有一定的了解。
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第四节控制系统的设计与实施
一、教学内容分析：
本节课内容为本节的最后一节，是本节、本章、本书的最后一个课时。在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部分之一，而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。
本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。
二、教学对象分析：
三、目标：
1）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）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。
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。学习权衡的思想。
3.情感态度价值观：
四、教学重难点：
（2）能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置并学会调试运行，提出改进方案。
闭环系统的设计。被控量和控制量的确定。
3.关键：
案例分析与方框图的绘制。
五、教学策略：
六、教学资源准备：
以学生动手做与设计方框图为主，制作电吹风控制系统的视频，课件容纳一些视频和例子说明及方框图的展示。
七、教法设计
八、学法设计
九、教学过程：
....
教材分析
一、教材分析
（一）本节内容的地位、作用：
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。对于学生的设计，因为是必修课的最后一个设计，要求学生一定要按设计的一般过程进行，设计课题不必复杂，但一定要让学生能够完成。
（二）本节内容分析：
本节课内容为本单元的第四课时，是本单元、本书的最后一个课时。在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部分之一，而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。
本节分别通过开环控制系统和简单的闭环控制系统的设计案例，使学生了解控制系统设计的一般思路和步骤，通过自动升旗控制装置的设计，强化学生对设计的多方案的理解。控制系统的设计是本单元教学内容的综合和总结，也是控制思想方法的集中体现。这一节的教学不仅需要学生对开环控制系统和闭环控制系统的工作过程和工作原理有较好的了解，还需要熟悉控制系统的组成和各环节的作用。
二、课程标准对于本节的内容提出的要求：
（一）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
这里的被控对象基本特性是指在正常的工作状态，被控对象的输出信号与输入参数、与主要的干扰参数之间的关系，只需要有所了解，对被控对象的特性的数学模型的描述在此不作要求。
当需要对一个简单的控制系统进行设计时，学生首先要学会分析这一系统中，需要控制的参数是什么，通过改变什么参数来实现控制，是采用开环控制还是采用闭环控制来形成控制设计方案，然后要能画出这一系统的方框图。
（二）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
这是对控制的实施方面的要求，由于对控制器、执行机构、反馈环节和对象的特性没有提出更多的要求，故不要求学生象专业设计师一样进行完整的闭环控制系统设计并加以实现。所提的要求是从开环控制装置的实施着手，比如，设计并实施一个开环的定时控制装置，要求学生完成从方案设计到制作的整个过程，并进行测试和评价。如果装置不能达到或不能完全达到定时的功能，要能寻找原因，提出方案设计或制作过程中出现偏差的原因所在，并加以改进。
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