控制系统的设计与实施
一、教材分析：
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“应用”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、学情分析：
在《技术与设计1》中，学生对设计的一般过程已经有了一定的了解。

但已有的设计基础更多的是停留在结构设计和外形的设计上，对功能的设计还有待提高。

同时在生活中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。

三、学习目标：
1.知识与技能：
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。

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。

四、教学重难点：
1.教学重点：
（1）控制系统设计的一般思路，了解简单的被控对象的基本特性，确定相关的量，会画方框
图。

（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。

2.教学难点：
闭环系统的设计；被控量和控制量的确定。

五、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并在前三节课已经分析过的案例，采用元件展示，学生设计
连接的步骤，最后请学生代表上台连接成一个闭环控制系统。

主要以“水箱注水的自动控制
系统的设计”的案例贯穿整堂课。

由于自动升旗控制的设计，难度相对高些，但比较实用，所以最后结合学生玩电动车的经验，将这一案例作为补充介绍的例子，意在启发学生在平时生活中要细心发现可利用的废旧材料，进而设计出使用的物品。

六、教学准备：
两套水箱自动注水控制系统的套件、矿泉水桶、桶装水抽水器、自动升旗控制系统模型。

七、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！
环节教师活动学生活动设计思路
创设情景
引入新课图片展示：
提问：此图所反映的现象应用了什
么原理？
总结：虹吸原理的应用使对水的流
动控制不需要能量，这是一种从高
往低处流的现象，那么如何使水从
低往高处流呢？
实物演示：使用桶装水抽水器抽水。

总结：上面的方法是一种手动的控
制系统，今天我们设计一个自动控
制的抽水装置。

学生思考：
（1）左图所反映
的现象应用了什
么原理？
（2）如何使水从
低往高处流呢？
通过两个提问
引出本节课的内容
讲解。

让学生在思
考中体会控制系统
的深度与趣味。

（一）控制系统设计的一般思路
新课教学
要设计好一个控制系统，应该
明确这个系统要达到的目的是什
么，所要控制的对象是什么，被控
对象有哪些重要的特性，被控量和
控制量分别是什么，外界的主要干
扰因素有哪些，选择怎么样的设计
方案能达到目的，又经济、易于实
现，如何选择设备和元件，等等。

补充知识：控制系统的设计方案，
还包括画出必要的设计图纸（控制
电路设计或系统结构设计）和实施
图纸、撰写设计说明书等。

学生边听边领
会。

阐述控制系统设计
的一般思路，为下
面的系统设计打好
基础。

（二）项目一：水箱注水自动控制系统的设计
设计要求：
当水箱的水位达到某一指定标通过实物元件展示
度时，进水口停止进水。

实物元件展示：小型水泵、微型开
关、电池组、水位开关。

活动：设计出电路连接图（5分钟
时间，每组四名学生合作设计）
展示：选取两组同学的设计作品进
行展示，请组员自我解说，其余同
学进行点评。

活动实施：请两组同学上台进行电
路的连接并演示。

（两组比拼连接的
速度与演示效果）
教师总结：设计中要注意元件连接
的牢固性与安放的位置。

设计实物图展示：
设计分析：针对两组同学的设计，
依据闭环控制系统的基本要求进行
分析：
1、闭环控制系统必须是稳定的；
2、系统的被控量与给定值之差应控
制在允许的范围之内；
3、闭环控制系统应有较好的抗干扰
性能。

观看教师实物展
示及原理介绍；
设计出电路连接
图。

两组同学上台进
行电路的连接并
演示。

其余同学
观看。

的，让学生明确设
计条件，同时也拓
展学生的知识面。

四人一组进行设
计，以同伴互助的
形式，培养学生团
结互助的品质。

新课教学（三）控制系统拓展研究
教师分析：水位开关内部结构
提问：如果改变浮球的方位，可以
开发出怎么样的控制系统？
总结：可以设计一个自动抽水控制
系统，以应对高温水箱。

二、控制系统的设计实施案例
提问：对于学校的升旗装置，是怎
么控制的呢？
讲解：我们学校的升旗系统应该是
手动控制的，下面我们一起探讨设
计一个自定控制的升旗系统。

各方案的特点：
方案A：在控制上采用机械装置，
对电子知识要求不高，但升旗和唱
国歌的启动需要人工同步，定时装
置的精度不高，容易产生不协调现
象。

方案B：此方案同样有启动不容易
同步的问题，但定时器的精度较高。

方案C：可以增加学生的知识面，
但需要补充电子线路的知识，比较
费时，课时难以保证。

方案D:升旗和唱国歌同步启动，由
于CD唱机比较普遍，器材准备较其
它方案容易。

因此：方案D实现较容易。

教师自制案例示范：
学生听讲并思
考：如果改变浮
球的方位，可以
开发出怎么样的
控制系统？
学生思考各种设
计方案并领会设
计中需考虑的各
种因素。

通过展示水位
开关的内部结构原
理图，拓展学生的
知识面。

同时提出拓展
性问题进行研究，
开拓学生的思维，
培养创新精神。

此案例作为这
节课的补充案例，
意在拓展学生的知
识面，引领学生关
注生活中的点点滴
滴，以便在今后的
生活中，发现问题，
能利用一些废旧材
料设计一些控制系
统。

小结1、明确控制目的、控制对象；通过小结，巩固知
九、板书设计
十、作业
►完成作业本：
►《控制系统的设计与实施》
►下周二上交！
十一、教学反思
（1）此控制系统的设计可很好的应用于闭环控制系统的教学。

从而摆脱课堂枯燥的图片讲解，对于提高学生的学习兴趣，挖掘学生的创造潜质起到了重要作用。

同时此控制系统为一闭环控制系统，区别于普通的抽水马桶注水的机械控制系统，是一种电子自动化的控制系统。

（2）此控制系统主要涉及到电学和力学的知识，且都是学生已经学习过的知识，但后续的开发与设计就需要学生综合运用已有的知识，体现了通用技术是一门高度综合的课程性质。

（3）以9v串联电池组为电源，同时以水为载体，试验过程比较安全；采用小型直流水泵，试验过程便捷高效。

（4）由于水的颜色与蓄水盒的颜色比较相近，对比度不明显，故可在水中加入一定量的颜料。