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2019-2020年高中通用技術(shù) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)驗(yàn)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(jì)與實(shí)施 章　　節(jié)：第四單元　控制與設(shè)計(jì)　　第四節(jié)　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 課 時(shí)：第2～3課時(shí) 一、教學(xué)目標(biāo) 1. 了解簡(jiǎn)單的被控對(duì)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(jì)的方案。 2. 能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，制作一個(gè)控制裝置； 3. 學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行，提出改進(jìn)方案。 二、教學(xué)重點(diǎn) 根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，制作一個(gè)控制裝置； 或者能根據(jù)簡(jiǎn)單閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施或模擬實(shí)施。 三、教學(xué)難點(diǎn) 調(diào)試運(yùn)行，提出改進(jìn)方案。 四、教學(xué)方法 講授、討論、小組實(shí)踐。 五、設(shè)計(jì)思想 1. 教材分析 在前3節(jié)對(duì)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(gè)完整的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和模型制作過程。重要的是讓學(xué)生親歷設(shè)計(jì)的過程，知道怎樣通過分析被控對(duì)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(jì)框圖，對(duì)于開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作和實(shí)施，課標(biāo)有著不同層次的要求，對(duì)于開環(huán)要求能制作一個(gè)完整的簡(jiǎn)單的控制裝置，對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)。要求學(xué)生根據(jù)簡(jiǎn)單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行模擬實(shí)施，學(xué)會(huì)調(diào)試運(yùn)行，提出改進(jìn)方案。 2. 學(xué)情分析 學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)已經(jīng)有了基本了解，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)制作中具體技術(shù)和專業(yè)知識(shí)（如電子、電路及機(jī)械控制知識(shí)等）有所欠缺，給控制的設(shè)計(jì)和實(shí)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(gè)（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(shí)，為下面的新知識(shí)講授打下伏筆。 （二）新課 ◇ 設(shè)計(jì)項(xiàng)目一：衣柜自控?zé)舻脑O(shè)計(jì)（直接引入題目，便于學(xué)生積極思考。） 設(shè)計(jì)要求：開門燈即亮，關(guān)門就會(huì)自動(dòng)熄滅。 1. 衣柜自控?zé)粼O(shè)計(jì)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(huì)自動(dòng)熄滅。 被控對(duì)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(dòng) 影響: 電流波動(dòng)、燈光閃爍 討論：通過改變什么，實(shí)現(xiàn)燈的亮與滅？ 2. 方案構(gòu)思：選擇開環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自控?zé)舻目刂埔蟆? 確定了確定控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案后，畫出必要的電器線路圖，選擇適當(dāng)型號(hào)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(shí)踐：根據(jù)設(shè)計(jì)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(diǎn)評(píng)：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(jì)方案，除了用在衣櫥上，還可以用在哪里？ （門窗、櫥柜、抽屜、保險(xiǎn)柜……） 如果把被控對(duì)象換成電鈴，那么它又可做成什么？（防盜報(bào)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(jì)項(xiàng)目二：以普通電飯鍋的限溫、保溫控制為例，體驗(yàn)簡(jiǎn)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(jì)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(jì)、普通電飯鍋的限溫和保溫控制分析這兩個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)為主線，讓學(xué)生在針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行控制設(shè)計(jì)的實(shí)踐中去領(lǐng)會(huì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。活動(dòng)過程中，學(xué)生以小組為單位在進(jìn)行設(shè)計(jì)分析時(shí)，親身經(jīng)歷對(duì)多方案進(jìn)行比較、權(quán)衡、選擇的過程以及一個(gè)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(gè)體驗(yàn)過程中，學(xué)生才可能對(duì)教學(xué)目標(biāo)有一個(gè)全面理解和認(rèn)識(shí)。 活動(dòng)中，學(xué)生遇到一些問題，比如：在我所給的材料中，對(duì)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(huì)對(duì)原來的方案進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)；學(xué)生在對(duì)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(shí)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(dòng)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(shí)，可以被永久磁鐵吸引。但當(dāng)升至103℃時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(diǎn)分開，發(fā)熱線就斷電。同時(shí)，接通另一保溫電路，保持飯的溫度在70℃左右 . 普通自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)在溫度低于保溫溫度時(shí)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(diǎn)閉合，電飯鍋開始煮飯，當(dāng)溫度達(dá)到感溫磁鋼的居里點(diǎn)溫度時(shí)，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(diǎn)自動(dòng)跳開；同時(shí)因?yàn)殡p金屬恒溫器的常閉觸點(diǎn)在高于65℃時(shí)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(shí)，雙金屬恒溫器的常閉觸點(diǎn)自動(dòng)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(shí)，該觸點(diǎn)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(shí)指示燈時(shí)亮?xí)r滅，以示保溫。