《控制系統的設計與實施》教學設計

1.教材分析及教學設計介紹

《控制系統的設計與實施》教學設計

本節課內容為本節的第四課時,是本節、本章、本書的最後一個課時。在前面的學習中,學生已經瞭解了結構、流程、系統、控制與設計的關係。設計是技術的重要組成部分之一,而且《技術與設計2》大部分都是圍繞着設計這個主題來展開的。

結構是設計的基礎,流程是設計的方法,系統是設計的保障,控制是設計的關鍵。

本節課可使學生了解控制系統設計的一般思路和步驟,以電加熱器的設計為例,實現發熱、包層、控制、定時、過熱保護等,這電加熱器,大部分的學生都有一定的使用各損壞加熱器的經驗,作起來有一定的實踐性。

 【學情分析】

學生對一些產品有一定的使用經驗,這些經驗有成功的,也有失敗的,通過控制系統的分析與設計,使學生對一定的實踐經驗的生活經歷,上升到一定的理論認識,對失敗的使用經驗,能從控制與設計的角度重新的認識。

  【教學目標】

知識與技能

(1) 瞭解簡單被控制對象的基本特徵。畫出系統方框圖,形成初步設計方案

(2) 能設計製作一個控制方法,能進行模擬控制並調試。

過程與方法:通過案例式的探討和實踐改良的技術活動,提高分析能力,培養探究精神。學習權衡的思想。

情感、態度和價值觀:

(1) 通過對控制系統的設計與實施的分析,體會產品設計中人性化的設計思想。

(2) 培養認真嚴謹的態度,進而樹立“以人為本”的設計理念。

(3) 通過多種形式的教學活動,提高學生學習技術課的興趣。

  【重點與難點】

重點:控制系統設計的一般思路。

難點:閉環系統的設計。

關鍵:案例分析與方框圖的繪製。

  【教法設計】

(1)通過教師的引導和實例,探究控制系統設計與實施的含義。

(2)通過體驗活動,結合學生生活經驗,歸納總結控制系統設計與實施的方法。

(3)講解設計的一般思路,要有所側重,從眾多的因素中選出重點的,不必面面俱到。

(4)通過實踐改造活動,讓學生感受和領悟,創新的設計思想,並引導學生思考實現合理的設計與控制還要考慮的因素。

  【學法設計】

引導學生進行“問題式學習”,通過嘗試——發現,探索——研究的過程來掌握本節課的知識,在老師的幫助下,把生活中的'經驗逐步與控制系統聯繫起來,通過動手實踐、改造,親身體會這種控制實施方法,體驗成就感!

  【教學資源準備】

以學生動手做與設計方框圖為主,製作電吹風控制系統的視頻,容納一些視頻和例子説明及方框圖的展示。

  【教學策略】

本節書從理論上講內容較難,學生理解起來比較困難,為了能有較好的課堂效果,設計如下:

(1)通過一些具體的生活中例子對比來導入有關控制的設計方法,從而引入課題。

(2)教師根據課本中的案例,引導學生解決問題,提高學習的自主能力。

(3)尋找一些貼近學生生活實際和典型的《電吹風》《電曖氣》(有開環與閉環兩種)等案例,利用媒體教學手段增加課堂氣氛,幫助學生在快樂、輕鬆的氛圍中掌握知識。抽水馬桶水箱不適合農村的學生,自動升旗控制的設計,難度相對高些,但比較實用,但要結合學生玩電動車的經驗。

(4)老師起到引導的作用,學生為主體,在學生掌握的基礎上,課堂交給學生。讓學生進行設計。設計個改進身邊的一些控制系統,從而使得學生完成本課堂的內容。

2.教案

  【新課教學】

1、控制系統設計的一般思路

選擇開環還是閉環:依據控制精度與條件。

被控對象特性的獲取方法:往往難以直接得到,從輸入與輸出之間的關係,

若干個干擾因素的分析:找了影響最大的。

簡單系統的控制:

執行器與檢測器的選擇:

設計圖樣等:

開環控制系統的設計

電風扇,電吹風的設計:

電風扇控制系統的設計:被控對象是電風扇,被控制量是電風扇輸出的風速,控制量是電機的轉速。設計的目的有:一是有定時關閉電風扇。二是有不同的風速。三是又定時,又有不同的風速。

案例分析:電吹風控制系統的設計(要先介紹一下電吹風的工作原理)

與學生一起分析,這個系統要達到的目的是什麼?控制的對象是什麼?被控對象有哪些特性?被控量的控制量分別是什麼?外界的干擾因素是什麼?經濟實用?安全教育與設計。

可以選擇熨斗,電加熱棒,電褥子等進行分析,這些設備,學生有一些使用的經驗,拿出來加以分析,還可以增加學生的安全意識。

2、 閉環控制系統的設計

對於簡單的閉環控制系統有如下的要求:

① 必須是穩定的。一是工作時要穩定,二是干擾出現時要穩定,這個穩定是通過調節而出現的穩定。

② 控制精度要符合要求系統的輸出值與給定值要變化,而且在變化的範圍內。

③有較好的抗干擾性能。

④ 幾項要求有時產生矛盾,要平衡有側重點的解決。

案例分析:抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計。

設計目的與節水:

設計項目:

設計要求:

設計分析:

被控量,控制量,干擾量。分析設計思路。

繪製方框圖:

知識與技能:

讓學生了解在設計的一般思路,應注意目的,控制量與被控量干擾因素。選擇輸入與輸出的關係檢測,執行器,檢測器的選擇。

讓學生自行畫出與設計方框圖。

綜合實踐:近幾年的冬天,總一些報道説,太陽能熱水器出現凍壞的住户,請利用控制系統的知識,分析一下原因,並提出修改設計方案。

  【課外拓展】

為了加深學生對知識的記憶、理解,鼓勵學生全面的、辨證的分析問題。對生活中的一些個系統進行分析,思考,並能收集一些設備的工作原理,只有在掌握了大量的系統的工作原理,佔有大量的資料的前提下,對系統進行分析,畫出方框圖,才能對其設計有一定的瞭解。