《通用技術》必修二（蘇教版）教案課題控制及其設計-閉環控制系統的工作過程課型班課課時1學習目標知識與技能學生能夠理解閉環控制系統的工作原理，并掌握其基本組成部分（輸入量、輸出量、被控對象、執行器、控制器、反饋裝置等）。學生能夠區分閉環控制系統與開環控制系統的差異，理解反饋在閉環控制系統中的重要作用。學生能夠通過搭建土壤濕度控制系統和抽水控制系統模型，實際體驗閉環控制系統的運行過程，并學會分析閉環控制系統的工作流程。學生能夠運用“黑箱方法”分析控制系統的內部結構和功能，提高對控制系統的理解和應用能力。能力目標學生能夠通過小組協作、觀察分析、實踐操作等學習方式，深入理解和掌握閉環控制系統的知識。學生能夠運用所學知識，分析解決實際問題，提高解決實際問題的能力。學生能夠掌握實驗記錄和數據分析的方法，提高數據處理能力。情感目標培養學生科學探究的興趣和求知欲，養成主動探索的學習習慣。培養學生的團隊合作意識和溝通能力，提高團隊協作效率。培養學生的環保意識，了解并實踐節水措施，提高對環境的保護意識。具體教學要求在任務一中，要求學生能夠讀懂并理解控制系統示意圖，根據示意圖搭建土壤濕度控制系統，通過實踐操作感受閉環控制系統的工作過程，并填寫相關表格記錄數據。在任務二中，要求學生能夠分析抽水控制系統模型的工作原理，明確反饋裝置在控制系統中的作用，通過實踐操作感受反饋的作用，并填寫相關表格記錄數據。要求學生思考并討論問題，如“電磁閥的開啟與關閉取決于來自什么裝置的信號？”、“采用單一傳感器如何實現該水位控制？”等，加深對閉環控制系統工作原理的理解。引導學生總結閉環控制系統與開環控制系統的差異，理解反饋在控制系統中的重要性，并學會運用所學知識解決實際問題。鼓勵學生利用“黑箱方法”分析控制系統的內部結構和功能，培養學生的觀察、分析和判斷能力。學習重難點任務一：解析閉環控制系統工作過程學習重點：理解閉環控制系統的基本工作原理，包括輸入信號、比較器、控制器、執行器和反饋通道等組成部分的功能和相互作用。掌握閉環控制系統中“反饋”的概念，了解反饋對系統穩定性和精度的重要性。學會通過土壤濕度控制系統體驗閉環控制系統的工作過程，并能夠根據系統方框圖分析系統流程。學習難點：深入理解閉環控制系統與開環控制系統的區別，特別是反饋機制對系統性能的影響。準確分析閉環控制系統的工作流程，包括信號的傳遞、比較、處理和執行等各個環節。通過搭建土壤濕度控制系統，體驗并理解閉環控制系統在實際情況中的應用和調試過程。任務二：辨析反饋在控制系統中的作用學習重點：明確反饋在控制系統中的基本概念和作用，了解正反饋和負反饋對系統性能的影響。掌握通過搭建抽水控制系統模型來體驗反饋在控制系統中的實際應用。學會分析帶有反饋的控制系統如何克服干擾因素，使被控量保持穩定。學習難點：準確理解反饋的概念和作用，能夠區分正反饋和負反饋對系統的影響。通過搭建抽水控制系統模型，深入理解反饋在自動控制系統中如何影響系統行為，并使其按照預期目標運行。深入分析控制系統中的干擾因素，理解如何通過反饋機制來克服干擾，提高系統的穩定性和控制精度。教學方法教學方法建議任務一：解析閉環控制系統工作過程情景導入：通過展示不同植物對水分需求的差異，引出自動灌溉系統的必要性。介紹陳晨的情境和問題，激發學生的興趣和思考。理論教學：詳細解釋閉環控制系統的基本概念和工作原理，強調反饋在控制系統中的作用。使用方框圖和簡化的流程描述，讓學生理解輸入、輸出、檢測裝置、比較器、控制器和執行器等關鍵組成部分。實踐操作：分組進行土壤濕度控制系統的搭建，提供必要的材料和工具。指導學生根據控制系統示意圖完成搭建，并連接各個組件。在搭建過程中，強調反饋回路的作用和重要性。觀察與分析：指導學生進行系統的調試和觀察，記錄電磁閥的開啟與關閉情況。引導學生思考電磁閥的開啟與關閉是由什么裝置控制的，理解反饋信號的作用。.5總結反思：引導學生總結閉環控制系統的工作特點，強調反饋在控制系統中的核心作用。鼓勵學生提出改進控制意見，如優化策略、提高檢測精度等。任務二：辨析反饋在控制系統中的作用情景導入：展示雨水收集池和蓄水箱的情境，引出自動抽水控制系統的需求。介紹陳晨的問題分析，引出反饋在控制系統中的關鍵作用。理論教學：回顧反饋的基本概念，解釋其在控制系統中的重要作用。分析帶有反饋的控制系統與開環控制系統的區別，強調反饋控制的優勢。實踐操作：分組進行抽水控制系統模型的搭建，提供所需的材料和工具。指導學生根據控制系統示意圖連接各個組件，特別是電極式水位傳感器和潛水泵。在搭建過程中，強調反饋回路的構建和檢測裝置的作用。觀察與分析：指導學生進行系統的測試，觀察并記錄雨水收集池的水位高度與潛水泵工作狀態的關系。引導學生思考反饋是如何影響系統行為的，特別是當水位達到或低于設定值時潛水泵的行為。干擾因素討論：引入干擾因素的概念，分析它們對控制系統的影響。引導學生討論如何通過反饋控制來克服干擾，保持系統的穩定性?？偨Y反思：強調反饋在控制系統中的核心作用，特別是在保持系統穩定性和克服干擾方面的作用。鼓勵學生將反饋的概念應用到實際生活中，思考如何改進現有的控制系統。拓展活動：引入黑箱方法的概念，通過一些示例讓學生理解其在科學研究中的應用。布置課外作業，讓學生嘗試運用黑箱方法分析和改進一個簡單的控制系統。課前準備課前準備一、教學目標明確理解閉環控制系統的工作過程：學生將能夠通過實際搭建和體驗土壤濕度控制系統，理解閉環控制系統如何根據輸出反饋調整輸入，以達到預期的控制效果。辨析反饋在控制系統中的作用：通過搭建抽水控制系統模型，學生將能夠感受到反饋機制如何影響控制系統的穩定性和準確性。二、材料準備土壤濕度控制系統材料：控制器濕度傳感器電磁閥集水箱花灑閥門支架土壤和植物（模擬用）抽水控制系統模型材料：雨水收集池（模擬用）沖廁蓄水箱（模擬用）潛水泵水管電極式水位傳感器控制電路模塊容器（用于裝水模擬雨水收集池）工具準備：鋼絲鉗活動扳手十字螺絲刀多用電表（用于調試電路）三、環境準備教室布置：確保教室有足夠的工作空間和安全通道，以避免在搭建和調試系統時發生意外。電源供應：確保電源插座安全可靠，便于學生連接和調試設備。四、學生準備預習任務：要求學生提前預習閉環控制系統和反饋機制的基本理論知識，對控制系統的組成和工作原理有一個基本的了解。分組準備：將學生分成小組，每組4-5人，以便在搭建和調試系統時能夠互相協作和學習。五、教學流程設計導入新課：通過引入生活中常見的閉環控制系統實例（如自動恒溫空調、自動門等），激發學生的學習興趣，引出本課的主題。任務一解析：講解土壤濕度控制系統的原理，引導學生理解閉環控制系統的基本概念和組成部分。動手實踐：學生分組進行土壤濕度控制系統的搭建和調試，觀察并記錄實驗結果，回答預設的問題，感受閉環控制系統的工作過程。任務二解析：介紹反饋機制在控制系統中的重要性，以及抽水控制系統模型的原理和構建方法。再實踐：學生分組進行抽水控制系統模型的搭建和測試，觀察并記錄實驗結果，分析反饋機制如何影響控制系統的穩定性和準確性?？偨Y歸納：引導學生總結閉環控制系統和反饋機制的特點和作用，對比開環控制系統，加深學生對控制系統的理解。拓展思考：通過提出“如何利用反饋機制改進現有控制系統”等問題，引導學生將所學知識應用于實際問題中，培養學生的創新思維和實踐能力。教學媒體教學媒體準備一、教學媒體選擇實物模型：土壤濕度控制系統和抽水控制系統模型的實物搭建。這有助于學生直觀地理解和感受閉環控制系統的工作原理和反饋的作用。交互式多媒體課件：用于展示控制系統的工作過程、方框圖以及流程圖。利用動畫效果來展示控制系統內部的信息傳遞和反饋過程，使學生更易于理解。實驗器材：包括控制器、濕度傳感器、電磁閥、集水箱、花灑、閥門、支架、電極式水位傳感器、控制電路模塊、水管等。用于搭建實際的土壤濕度控制系統和抽水控制系統模型，使學生通過實踐加深理解。多媒體投影設備：用于展示PPT、動畫、視頻等教學資源，便于學生集體觀看和學習。多用電表：用于檢測電路中的電壓、電流等參數，幫助學生理解電路的工作原理。二、教學媒體使用說明實物模型：在課前準備好土壤濕度控制系統和抽水控制系統模型，并放置在易于觀察的位置。在講解控制系統工作過程和反饋作用時，利用實物模型進行展示，使學生能夠直觀地理解控制系統的工作過程。交互式多媒體課件：在課前制作好交互式多媒體課件，并加載到投影設備上。在講解過程中，適時地展示控制系統的方框圖、流程圖以及動畫演示，幫助學生更好地理解控制系統的工作原理和反饋作用。實驗器材：在實驗環節，分發實驗器材給學生，指導學生按照步驟搭建土壤濕度控制系統和抽水控制系統模型。在實驗過程中，引導學生觀察并記錄實驗現象，思考并回答問題。多媒體投影設備：在教學過程中，適時地利用多媒體投影設備展示PPT、動畫、視頻等教學資源，激發學生的學習興趣，提高教學效果。多用電表：在實驗環節，指導學生使用多用電表檢測電路中的電壓、電流等參數，幫助學生理解電路的工作原理。同時，引導學生根據檢測結果進行調試和優化控制系統模型。三、教學媒體應用效果預期通過實物模型和交互式多媒體課件的展示，學生能夠直觀地理解閉環控制系統的工作過程和反饋作用，提高學習興趣和效果。通過實驗環節的實踐操作，學生能夠親手搭建控制系統模型，觀察并記錄實驗現象，加深對控制系統工作原理和反饋作用的理解。通過使用多用電表檢測電路參數，學生能夠更好地理解電路的工作原理，提高實驗技能和實踐能力。整體上，通過教學媒體的輔助應用，能夠使學生更加深入地理解閉環控制系統的工作過程和反饋作用，提高教學效果和學生的學習成果。

教學過程教學環節教師活動設計學生活動設計設計意圖活動一：創設情境生成問題通過展示不同植物對水分需求的圖片或視頻，引導學生認識到不同植物需要不同的水分管理方式。引入陳晨的情境，提出問題：“如果我們要為不同植物設計一個能夠自動調節澆水量的系統，應該如何設計？”引導學生思考定時澆水和根據土壤濕度調節澆水量的區別，并討論方案設計的不同點。觀察圖片或視頻，了解不同植物的水分需求。思考并討論陳晨的問題，提出自己的設計方案。分析定時澆水和根據土壤濕度調節澆水量的優缺點。通過創設情境，引發學生對閉環控制系統應用的興趣，并引導學生思考問題，激發求知欲?；顒佣赫{動思維探究新知介紹閉環控制系統的基本概念和工作原理，以及土壤濕度控制系統的構建方法。指導學生搭建土壤濕度控制系統，包括控制器、濕度傳感器、電磁閥等部件的連接。引導學生觀察并思考電磁閥的開啟與關閉與哪些因素有關。跟隨教師指導，搭建土壤濕度控制系統。觀察系統工作過程，記錄電磁閥的開啟與關閉情況。思考并回答教師提出的問題，理解閉環控制系統的工作原理。通過實際操作，讓學生親身體驗閉環控制系統的工作過程，加深對閉環控制系統概念的理解?；顒尤赫{動思維探究新知介紹反饋在控制系統中的作用，以及抽水控制系統模型的搭建方法。指導學生搭建抽水控制系統模型，并測試其工作效果。引導學生觀察并記錄雨水收集池的水位高度與潛水泵工作狀態之間的關系。跟隨教師指導，搭建抽水控制系統模型。測試系統工作效果，觀察并記錄數據。分析數據，理解反饋在控制系統中的作用。通過搭建抽水控制系統模型，讓學生直觀感受反饋在控制系統中的作用，進一步加深對閉環控制系統概念的理解。活動四：鞏固練習素質提升布置練習題，讓學生分析其他閉環控制系統的工作原理和反饋作用。引導學生討論干擾因素對控制系統的影響及克服方法。介紹黑箱方法及其在科學研究中的應用。完成練習題，分析其他閉環控制系統的工作原理和反饋作用。討論干擾因素對控制系統的影響及克服方法。了解黑箱方法及其在科學研究中的應用。通過鞏固練習和討論，加深對閉環控制系統工作原理和反饋作用的理解，同時拓展學生的知識面，提高他們的綜合分析能力。課堂小結作業布置課堂小結本節課我們深入探討了閉環控制系統的工作過程，并通過兩個實踐活動——搭建土壤濕度控制系統和抽水控制系統模型，感受了閉環控制系統在實際應用中的運作原理。在土壤濕度控制系統中，我們了解到閉環控制系統通過濕度傳感器檢測土壤濕度，并將這一信息反饋給控制器，控制器根據設定值與檢測值的比較結果，控制電磁閥的開關，從而實現對植物澆水量的自動調節。在抽水控制系統模型中，我們體驗了電極式水位傳感器如何檢測水位并通過控制器控制潛水泵的啟動與停止，以實現自動抽水的功能。這兩個活動使我們深刻認識到反饋在閉環控制系統中的重要作用。反饋不僅使得系統能夠實時調整輸出以匹配輸入，還能有效克服干擾因素的影響，確保系統運行的穩定性和準確性。通過閉環控制系統的學習，我們還能更好地理解黑箱方法的概念和應用，認識到在科學研究和日常生活中，可以通過研究系統的輸入和輸出來推斷系統的內部結構和功能。作業布置案例分析：請同學們搜索或設想一個生活中運用閉環控制系統的例子（除了今天課堂實踐的案例），分析其閉環控制的工作原理和流程，并寫出書面報告。實踐操作：在條件允許的情況下，請同學們嘗試設計并制作一個簡單的閉環控制系統（例如自動燈光調節系統，當光線不足時自動開燈，光線足夠時自動熄燈），記錄下設計思路、制作過程和測試結果，形成一份完整的實踐報告。理論思考：分析開環控制系統與閉環控制系統各自的優缺點。討論黑箱方法在日常生活和科學研究中的應用，并舉例說明。思考如何在實際應用中克服控制系統中的干擾因素。以上作業旨在鞏固同學們對閉環控制系統工作原理的理解，提升實踐操作能力，并培養分析和解決問題的能力。請同學們認真完成，并于下次課前提交。板書設計板書設計：一、標題閉環控制系統的工作過程二、任務一閉環控制系統解析輸入：設定的土壤濕度輸出：土壤濕度檢測裝置：濕度傳感器控制器：根據濕度信號控制電磁閥執行器：電磁閥（控制水流量）反饋：土壤濕度信號返回到輸入端技術體驗搭建土壤濕度控制系統體驗目的：感受閉環控制系統工作過程核心問題：電磁閥的開啟與關閉取決于濕度傳感器的信號方框圖繪制閉環控制系統方框圖（圖4-26、圖4-27）解釋方框圖中各部分的作用三、任務二反饋在控制系統中的作用定義：輸出量通過檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程作用：調整系統行為，使系統沿預期目標運行技術體驗搭建抽水控制系統模型體驗目的：感受反饋在控制系統中的作用核心部件：電極式水位傳感器（檢測反饋裝置）干擾因素定義：除輸入量外，引起被控量變化的因素處理：閉環控制系統能克服干擾，使被控量穩定開環與閉環比較開環：不能自動糾正偏差，需人工干預閉環：能自動糾正偏差，控制精度高四、黑箱方定義：通過輸入與輸出關系推測系統內部結構及其功能應用實例：中醫看病、買西瓜、腦電波研究五、課堂小結閉環控制系統通過反饋實現對被控量的精確控制反饋是閉環控制系統的核心，起著自動調整、糾偏的作用黑箱方法提供了一種不打開系統也能研究其內部結構和功能的方法六、作業布置繪制一個簡易的閉環控制系統方框圖，并描述其工作原理。結合生活實例，解釋一個使用黑箱方法的場景，并簡要說明其原理和應用。思考并描述一個你認為可以運用閉環控制系統改進的日常生活或工作場景。教學反思一、教學內容與目標的達成在本次教學中，我圍繞“閉環控制系統的工作過程”和“反饋在控制系統中的作用”兩個核心任務進行了教學設計和實施。通過搭建土壤濕度控制系統和抽水控制系統模型兩個技術體驗活動，學生成功感受到了閉環控制系統的工作過程，并深入理解了反饋在控制系統中的關鍵作用。1.閉環控制系統工作過程通過搭建土壤濕度控制系統，學生了解了閉環控制系統的基本構成和工作原理。通過實際操作和觀察，學生能夠明確系統如何通過傳感器檢測土壤濕度、與給定值比較，并根據偏差控制執行機構（電磁閥）的工作，從而達到預期的控制效果。整個過程中，學生不僅學習了理論知識，還通過實踐加深了對閉環控制系統工作過程的理解。2.反饋在控制系統中的作用