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2019-2020年高中通用技術(shù) 控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施6教案 蘇教版必修2 教　　材：（鳳凰國標(biāo)教材）普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書 通用技術(shù)（必修2） 文檔內(nèi)容：控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施 章　　節(jié)：第四單元　控制與設(shè)計　　第四節(jié)　控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施 課 時：第2～3課時 一、教學(xué)目標(biāo) 1. 了解簡單的被控對象的基本特性，能確定被控量、控制量，采用逆推法畫出控制系統(tǒng)的方框圖，并形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計的方案。 2. 能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，制作一個控制裝置； 3. 學(xué)會簡單控制系統(tǒng)的調(diào)試運行，提出改進(jìn)方案。 二、教學(xué)重點 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(jìn)行實施或模擬實施。 三、教學(xué)難點 調(diào)試運行，提出改進(jìn)方案。 四、教學(xué)方法 講授、討論、小組實踐。 五、設(shè)計思想 1. 教材分析 在前3節(jié)對開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)工作過程和原理介紹的基礎(chǔ)上，本課主要使親歷一個完整的控制系統(tǒng)設(shè)計和模型制作過程。重要的是讓學(xué)生親歷設(shè)計的過程，知道怎樣通過分析被控對象的基本特性，確定被控量、控制量，形成控制系統(tǒng)的設(shè)計框圖，對于開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作和實施，課標(biāo)有著不同層次的要求，對于開環(huán)要求能制作一個完整的簡單的控制裝置，對于閉環(huán)控制系統(tǒng)。要求學(xué)生根據(jù)簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行模擬實施，學(xué)會調(diào)試運行，提出改進(jìn)方案。 2. 學(xué)情分析 學(xué)生對控制系統(tǒng)已經(jīng)有了基本了解，對系統(tǒng)設(shè)計的各環(huán)節(jié)以及模型或原型制作的基本方法有所熟悉。 設(shè)計制作中具體技術(shù)和專業(yè)知識（如電子、電路及機(jī)械控制知識等）有所欠缺，給控制的設(shè)計和實施帶來了一定的困難。 六、教學(xué)資源準(zhǔn)備 多媒體課件、電飯鍋若干、干簧管一只（常開）、發(fā)光二極管一只、導(dǎo)線若干條、微型開關(guān)二個（常開、常閉）。 七、教學(xué)過程 （一）引入： 教師與學(xué)生一起回顧開環(huán)控制和閉環(huán)控制的相關(guān)知識，為下面的新知識講授打下伏筆。 （二）新課 ◇ 設(shè)計項目一：衣柜自控?zé)舻脑O(shè)計（直接引入題目，便于學(xué)生積極思考。） 設(shè)計要求：開門燈即亮，關(guān)門就會自動熄滅。 1. 衣柜自控?zé)粼O(shè)計分析 自控?zé)舻目刂乒ぷ鬟^程：燈安裝在衣柜內(nèi)，開門燈即亮，關(guān)門就會自動熄滅。 被控對象——燈泡 被控量——燈泡亮/滅 控制量——開關(guān)通與不通 控制方案——開環(huán)控制系統(tǒng) 元器件——開關(guān)、電源、燈泡…… 干擾: 電壓的波動 影響: 電流波動、燈光閃爍 討論：通過改變什么，實現(xiàn)燈的亮與滅？ 2. 方案構(gòu)思：選擇開環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)自控?zé)舻目刂埔蟆? 確定了確定控制系統(tǒng)的設(shè)計方案后，畫出必要的電器線路圖，選擇適當(dāng)型號的元件和配件，進(jìn)行組裝、調(diào)試。 3. 方案的呈現(xiàn)：學(xué)生根據(jù)給定的材料，呈現(xiàn)小組方案。 4. 分組實踐：根據(jù)設(shè)計方案和已給材料（各種電子開關(guān)、燈泡、雙金屬片等），組裝衣柜自控?zé)裟Ｐ汀? 5. 展示與點評：展示部分小組作品并調(diào)試。 6. 拓展與延伸 提問：這類控制設(shè)計方案，除了用在衣櫥上，還可以用在哪里？ （門窗、櫥柜、抽屜、保險柜……） 如果把被控對象換成電鈴，那么它又可做成什么？（防盜報警控制系統(tǒng)） 如果把執(zhí)行器開關(guān)換成聲控開關(guān)的話，它又可做成什么？（聲控?zé)簦? 如果把執(zhí)行器開關(guān)換成光控開關(guān)的話，它又可做成什么？（光控?zé)簦? …… ◇ 設(shè)計項目二：以普通電飯鍋的限溫、保溫控制為例，體驗簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 分組完成： 1. 觀察普通電飯鍋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解各元件的作用 2. 分別畫出普通電飯鍋的限溫、保溫控制的方框圖 3. 普通電飯鍋的限溫、保溫控制設(shè)計分析 八、教學(xué)反思 在本節(jié)課的教學(xué)中，分別以衣柜自控?zé)粼O(shè)計、普通電飯鍋的限溫和保溫控制分析這兩個設(shè)計活動為主線，讓學(xué)生在針對實際問題進(jìn)行控制設(shè)計的實踐中去領(lǐng)會控制系統(tǒng)設(shè)計的一般方法。活動過程中，學(xué)生以小組為單位在進(jìn)行設(shè)計分析時，親身經(jīng)歷對多方案進(jìn)行比較、權(quán)衡、選擇的過程以及一個控制系統(tǒng)的制作、安裝、調(diào)試、改進(jìn)的全過程。在這樣一個體驗過程中，學(xué)生才可能對教學(xué)目標(biāo)有一個全面理解和認(rèn)識。 活動中，學(xué)生遇到一些問題，比如：在我所給的材料中，對有些材料（如開關(guān)、雙金屬片等）比較陌生；學(xué)生在比較權(quán)衡完畢后，還會對原來的方案進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)；學(xué)生在對控制系統(tǒng)電路連接調(diào)試中燈泡不亮等等。整節(jié)課的課堂氛圍好，學(xué)生興趣高，能按時完成任務(wù)。 附：普通電飯鍋控制原理資料 電飯鍋是利用發(fā)熱板，在鋁質(zhì)鍋的底部煮飯。發(fā)熱板內(nèi)藏電熱線，這電熱線是由自動開關(guān)控制。 發(fā)熱板的中央有一圓孔，孔內(nèi)有一感溫軟磁，它借著彈簧向上頂貼著鍋底。這是一種純鐵氧體。它在100℃或以下時，可以被永久磁鐵吸引。但當(dāng)升至103℃時，則失去磁性，不再受永久磁鐵吸引。 當(dāng)按下開關(guān)按鍵，開關(guān)橫桿把磁鐵向上頂貼著感溫軟磁。這時，發(fā)熱線接通，開始加熱。 當(dāng)鍋內(nèi)的飯沸騰后，鍋內(nèi)的水就漸漸減少。當(dāng)水開始蒸干，鍋內(nèi)的溫度就由100℃上升。當(dāng)升至103℃時，感溫軟磁就不受磁鐵吸引，開關(guān)的杠桿因彈簧的彈力及本身的重力而下降，壓使接觸點分開，發(fā)熱線就斷電。同時，接通另一保溫電路，保持飯的溫度在70℃左右 . 普通自動恒溫式電飯鍋的外殼和內(nèi)鍋一般用冷軋鋼板和薄鋁板模壓成型，內(nèi)鍋底部呈球面狀，與電熱盤上表面吻合，電熱盤是電飯鍋的核心部件，它主要由鋁盤和電熱管兩部分組成，環(huán)形金屬管狀電熱元件澆鑄在鋁盤之中便制成電熱盤。 普通自動恒溫電飯鍋的控制主要依靠磁鋼限溫器和熱雙金屬片恒溫器。磁鋼限溫器是電飯鍋的限溫元件，安裝在電熱盤的中心處，其作用是在飯煮熟后自動斷電，以免飯被煮焦。插上電源，由于雙金屬恒溫器所控制的觸點在溫度低于保溫溫度時處于常閉狀態(tài)，加熱器就工作（發(fā)熱），指示燈亮；按下開關(guān)按鈕，磁鋼限溫器所控制的觸點閉合，電飯鍋開始煮飯，當(dāng)溫度達(dá)到感溫磁鋼的居里點溫度時，緊貼鍋內(nèi)底的感溫磁鋼失去磁性，結(jié)果永磁體因自身的重量及彈簧的彈力作用自行跌落，使磁鋼限溫器所控制的觸點自動跳開；同時因為雙金屬恒溫器的常閉觸點在高于65℃時也處于斷開狀態(tài)，因此加熱器斷電而停止工作，指示燈熄滅，表明鍋內(nèi)米飯已煮熟。加熱器斷開后，其余熱足以將飯菜燜至噴香可口的程度。隨著飯溫的下降，當(dāng)?shù)陀?5℃時，雙金屬恒溫器的常閉觸點自動復(fù)位閉合，于是加熱器又通電工作，鍋內(nèi)的飯又開始升溫；但當(dāng)高于65℃時，該觸點又?jǐn)嚅_。如此循環(huán)，就使鍋內(nèi)的米飯溫度始終保持在65℃上下，此時指示燈時亮?xí)r滅，以示保溫。