苏教版通用技术必修二 4.4 控制系统的设计与实施 教案
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| 教学主题 | 《控制系统的设计与实施》之停车入位 | ||||||
所在学校 |
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所属学科 | 通用技术 | 授课时数 |
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课程概述： 1、 开展什么活动？ 活动的主题是《停车入位》，要解决的问题是设计一个自动控制系统，来完成机器人小车自动停车入位的任务。 2、 达到什么目的？ 要达到的目的是训练学生运用所学知识去解决实际问题的能力，包括信息的收集、处理，小组分工合作等方面的能力。 3、 基于什么理念和方法的考虑？ 基于乐高“做中学”的教学理念，和乐高“4C”教学方法，以及“5F”教学理论来进行课程设计和教案编写。 4、其他思考 课堂实践器材采用的是乐高头脑风暴教育机器人EV3套装，主要是由于该器材简单易用，学生上手快，再加上积木式结构，图形化编程，可扩展性好，便于学生在课堂上开展方案构思和系统设计。 | |||||||||
一、 结合课程标准简述本节课学习完成后所要达到的具体教学目标：
基于乐高头脑风暴教育机器人，让学生尝试进行自动停车入位控制系统的设计，体验控制系统设计的一般过程，加深对开环控制系统和闭环控制系统的理解，体验两种控制方式的优点和缺点，以及针对各自的不足，提出改进性方案。
江苏教育出版社普通高中课程标准实验教科书通用技术必修2《技术与设计2》第四单元控制与设计第4节《控制系统的设计与实施》。 本节课的课标为：了解简单的被控制对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计的方案。能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置；或者能根据简单闭环控制系统的设计方案，进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。
知识与技能：学生通过本堂课的学习，能够加深对控制系统的理解，会画简单的控制系统方框图，能够形成初步的控制系统设计的方案；学生使用乐高头脑风暴教育机器人，尝试进行控制系统的设计，加深对开环控制系统和闭环控制系统的理解，体验两种控制方式的优点和缺点，以及针对各自的不足，提出改进性方案。 过程与方法：让学生亲历控制系统设计的一般过程，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力；通过“做中学”的方法，将理论教学与实践活动有效的结合起来，充分调动学生的课堂积极性，激发学生的创新精神和创造能力。 情感、态度、价值观：通过控制系统设计的全过程，让学生体验技术问题解决过程中的曲折与艰辛，培养学生敢于克服困难和不折不饶的意志和决心；通过对控制系统的反思和优化，培养学生善于思考和总结的科学精神，以及实事求是、精益求精的科学态度。 | |||||||||
二、描述教师将如何指导学生开展实践活动 1．实践活动引导： 本案例以老师在停车时汽车被刮擦为情景，引起学生思考，激发学生迫切想要运用所学知识去解决这个实际问题的兴趣和热情，从而引导学生设计一个自动停车入位系统，在这个过程中，充分调动学生开展课堂讨论、小组合作、设计和反思等实践活动。 2．实践活动组织： 本案例是基于任务的教学模式，通过让学生完成任务的过程中，激发学生以小组为单位开展分工合作，充分调动学生的学习积极性，以及通过合理的分工，让每个学生都参与其中，都能在课堂上体验成功和收获的喜悦！ 3．实践活动准备： 在本堂课之前，要组织学生进行乐高头脑风暴教育机器人的使用培训，通过2到3次培训，让学生掌握乐高机器人的基本使用方法；为了帮助学生充分的了解系统设计的相关知识，还要让学生利用课余时间，上网查找相关的资料，为课堂上的设计活动做好知识的储备！ 4．处理差异学生的策略： 本堂课学生的分组至关重要，将学生每2～3个人分成一个小组，小组人数不能超过3个，否则达不到相应的学习效果，小组成员的搭配也很重要，超前学生和滞后学生一定要合理的搭配，这样在进行小组分工学习时，小组成员之间能够互帮互助，每个人都有自己的工作和任务，比如：1个同学编程，1个同学测量场地，另1个同学测试机器人，这样每个人都能参与其中，在课堂上都有收获！ | |||||||||
三、利用学情调查问卷分析学生的学习习惯、心理特征、知识结构，在此基础上分析活动设计的趣味性和难易度： 1.学习习惯： 2.心理特征： 3.知识结构： 4.活动趣味性： a. b. …… 5.活动难易度： a. b. …… | |||||||||
四、教学过程 | |||||||||
Connect环节（联系学科内容和现实世界引入活动任务） | |||||||||
思考与分析 | 老师通过当前的热点话题，回顾控制系统的相关知识，作为本堂课前的一个小复习；然后通过设置一个生活中的实际问题，引起学生思考，并激发学生迫切想要运用所学知识去解决这个实际问题的兴趣和热情，从而引出这堂课的主题，控制系统的设计与实施。 通过联系现实导入教学内容，有如下方法：任务导入、情景导入、经验导入、视频导入、时事热点导入等，我在本堂课中采用的是时事热点导入和情景导入。 | ||||||||
活动过程设计 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 | 资源及环境 | |||||
师：同学们，最近有没有看世界杯啊？你们最支持哪支球队？
师：老师呢，也特别喜欢看世界杯，不过作为一名技术老师，我除了关注比赛之外，还对本届世界杯里所出现的一些新技术特别感兴趣！ 师：下面请大家看一段视频 播放视频《2014巴西世界杯门线技术》 师：看完了视频，老师想问大家几个问题？ 师：1.门线技术为什么可以减少赛场上的误判和漏判？ 师：2.门线技术是属于开环控制系统，还是闭环控制系统？ 师：说到控制系统，老师最近有一件心烦事，想请大家帮我出出注意！ 师：老师新买的别克车，这个月已经连续刮花两次了，每次都是停车的时候，没有控制好车距，挂到墙壁、柱子，修车费都花了我好几百了！ 师：好，这个注意不错，但是这个自动停车系统该如何设计呢？ 师：同学们，那我们一起来讨论一下，控制系统设计的一般思路！ | 生：(异口同声)有看啊！(七嘴八舌)德国、荷兰、巴西、阿根廷…… 生：(表情疑惑的)世界杯里有什么新技术呢？
生：自动控制技术比人工控制技术更精确！ 生：(不确定的)应该是闭环控制吧！ 生：(疑惑的)啥事啊？
生：(兴奋的)老师，我们帮您设计一个自动停车系统吧！
生：额…… | 通过世界杯的话题，将学生的注意力吸引回课堂上。
通过巴西世界杯门线技术，复习控制系统相关的知识。
通过设置一个生活中的实际问题，引出今天这堂课的主题。
| 制作好课件
《2014巴西世界杯门线技术》的相关介绍视频
汽车刮花的图片 | ||||||
Construct （指导学生搭建作品） | |||||||||
思考与分析 | 教师通过设置问题，引导学生进行讨论，让学生明白在控制系统的设计中，设计分析是一个很重要的环节；通过让学生画控制系统方框图，以及分组讨论，让学生进一步领会开环控制系统与闭环控制系统的不同之处，让学生能够贴合实际需求，选择最合理的控制方式；最后通过让学生动手实践，包括搭建机器人、测量场地、编写程序、调试机器人，体验控制系统设计的全过程。 | ||||||||
活动过程设计 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 | 资源及环境 | |||||
师：同学们，我们在进行控制系统的设计时，需要考虑哪些因素呢？
老师展示“控制系统设计的思维导向图” 师：我们在设计控制系统时，要从以上几个方面进行分析，考虑问题要周全。接下来，我们可以开始设计控制系统的方案了吗？ 师：可以，但是我们还需要考虑一个重要的问题，选择怎样的控制方式，是开环，还是闭环？ 师：这个要根据实际问题，具体分析，确定选择哪一种控制方式。接下来，我们一起来分析一下，这两种控制方式。 师：首先我们来看一下开环控制系统，请大家对照自己的学案，画出开环控制系统的方框图。 师：如果选择开环控制，请大家分组讨论一下，以下几个问题：设计要求是什么？输入量是什么？输出量是什么？处理器是什么？ 师：好，下面请同学们来回答一下这几个问题！ 师：除了开环，我们还可以选择闭环的控制方式。接下来，请大家对照学案，画出闭环控制系统的方框图。 师：如果选择闭环控制，请大家分组讨论一下，以下几个问题：本系统所要达到的目标是什么？给定量是什么？被控量是什么？处理器是什么？检测装置是什么？ 师：好，下面请同学们来回答一下这几个问题！ 师：同学们，我们搞清楚了在设计开环控制系统和闭环控制系统时，所要注意的一些问题之后，接下来，老师要提出今天这堂课的设计要求，请大家看大屏幕！ 老师展示“任务和要求” 师：今天呢？我们来分一下工，左边组的同学设计开环控制系统，右边组的同学设计闭环控制系统，待会儿，我们比一比，哪边的同学能够又快又准的将小车停入车位？ 师：大家明白了我们今天的设计任务和要求吗？ 老师指导学生活动，并与学生交流。
| （学生回答问题） 生甲：系统所要达到的目的是什么？ 生乙：输入和输出分别是什么？ 生丙：选用怎样的控制方式？ 生丁：外界的主要干扰因素有哪些？ 生戊：如何既能达到目的，又经济、易于实现？ 生己：如何选择设备和元件……
生：嗯……
生：那究竟是选择开环，还是闭环呢？
学生在纸上画出开环控制系统的方框图
学生分组讨论
学生回答问题
学生在纸上画出闭环控制系统的方框图
学生分组讨论
学生回答问题
生：明白了！
学生开始测量数据，编写程序，调试机器人，完成今天的任务。
学生反复测试机器人，调试程序，不断优化。 | 引导学生分析控制系统设计的一般思路
通过思维导向图理清学生的思路。
学生通过画控制系统方框图，理解开环控制系统的工作流程。 学生通过分组讨论，理清设计思路。
学生通过画控制系统方框图，理解闭环控制系统的工作流程。 学生通过分组讨论，理清设计思路。
让学生明确这堂课的设计目标和要求。
学生分组活动
学生分组活动 |
制作好ppt课件
提前设计好学生学案
学生学案准备
制作好ppt课件
提前布置好模拟停车场地； 搭建好机器人小车结构；常用测量工具准备。 | ||||||
Contemplate (引导学生评价和反思实践活动的成果) | |||||||||
思考与分析 | 通过让学生上台来讲解和演示所设计的机器人控制系统，让学生自己反思设计过程中所遇到的一些问题，以及针对这些问题如何去寻求解决的方案，使学生在“做中学”的过程中，进一步加深对控制系统的理解；通过采取老师和同学提问，小组成员答辩的方式，培养学生善于反思和总结的科学精神，以及逻辑思维能力。 | ||||||||
活动过程设计 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 | 资源及环境 | |||||
师：同学们，布置给大家的任务都完成了没有？ 老师展示ppt 师：同学们，接下来请各个小组按照ppt上面所列的问题，准备5分钟的发言，待会儿依次上台来，讲解你们所设计的系统，并演示机器人小车停车入位。 在学生讲解完后，老师给予掌声鼓励。
在学生演示完后，针对演示过程中，出现的一些问题，老师进行提问。
在所有的小组完成了讲解和演示之后，老师要进行总结。 师：同学们，今天的任务，大家都完成得非常出色，帮助老师解决了停车的烦恼，老师很感谢大家！ 师：老师很高兴，在今天大家所设计的控制系统中，不管是选择开环控制的同学，还是选择闭环控制的同学都能够圆满的完成任务；关于这两种控制方式，它们各有优缺点，究竟该如何来选择？希望大家在以后的应用中，能够根据实际情况，具体分析，选择最合适的控制方式来完成任务！ 师：同学们，今天这堂课的任务就到这里了，下面请同学们完成对自己以及组员的评价！
| 生：都完成了！
学生分小组，依次上台讲解，并演示机器人。 在学生讲解完后，其他小组同学给予掌声鼓励。
演示小组的同学共同回答老师的疑问。 其他小组同学提问 演示小组的同学共同答疑 学生鼓掌
学生完成课堂评价表，小组成员自评及互评。
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通过设置小组成员上台讲解和演示的活动，让学生进行充分的反思和总结。
通过设置老师提问和学生提问的环节，让师生之间、生生之间进行思维的碰撞，进一步促进学生的反思。 老师通过在课堂上肯定学生的表现，进一步激发学生课后自主开展学习的热情。
学生通过填写课堂评价表，完成对自己，以及组员的评价，对整堂课的表现进行量化评价。 | 制作好ppt课件
演示的同学和其他小组同学都围在模拟停车场两旁，营造一个良好的互动氛围。
提前设计好学生的量化评价表。 | ||||||
Continue (布置课后的后续任务) | |||||||||
思考与分析 | 通过设置一个延续性的问题，促使学生课后继续围绕本课题，开展学习和研究，学生在课后的学习中，不但加深了对课堂知识的理解，还掌握了新的知识，为下节课的学习，做好了铺垫和准备！ | ||||||||
活动过程设计 | 教师活动 | 学生活动 | 设计意图 | 资源及环境 | |||||
师：通过今天的学习，大家觉得有没有收获啊？ 师：在今天的课程即将结束时，老师给大家留了一个新的任务，请看大屏幕！ 老师展示新任务 师：大家课后有没有兴趣去解决啊？
| 生：有，有很大的收获！
生：有
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通过设置一个延续性的新任务，激发学生课后围绕本课题，继续开展学习和研究 |
制作好ppt课件
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评价方法或工具 | |||||||||
1.学情调查表 2.学生课堂评价表 具体见附件 学生课堂评价表用于对学生课堂学习情况，分工合作情况，完成任务情况等三个方面进行评估，评估本堂课的教学效果，以及教学目标达成情况。
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网络学习工具 | |||||||||
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教学反思设计 | |||||||||
具体见附件
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感言： 通过本堂课的教学，本人感受颇深，从开始设计这堂课，到最后圆满的上完课，整个过程可谓充满惊喜和忐忑。《控制系统的设计与实施》原本是第四单元控制与设计中很不好上的一节内容，因为没有具体的案例和实验器材供学生去操作和体验，以往我们在上这堂课时，都是通过播放视频，或者教具演示等手段来进行，学生缺乏实际的操作体验，很难去理解控制系统设计中所要考虑的一些具体问题。 通过将乐高头脑风暴教育机器人引入本堂课的教学，将原本抽象的控制系统转变为实际的，可操作的具体模型，可以最大限度的调动学生的学习积极性，让学生在“做中学”的过程中，进一步加深对控制系统的理解，培养学生综合运用所学知识去解决实际问题的能力，学会分工合作，学会反思质疑，使学生在活动中获得知识和快乐！
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