苏教版 (2019)必修《技术与设计1》任务一 分析技术的目的性、实践性与综合性教学设计及反思

任务二 分析开环控制系统的工作过程

深圳市龙华区龙华中学 李木河

一、教学内容

开环控制系统是控制系统类型之一，在实际应用中也很常见。本节课通过搭建定时浇水控制系统模型的技术体验活动，使学生熟悉开环控制系统的工作过程，理解其中控制器、执行器等的作用。通过若干典型案例的分析，让学生学会用方框图表达简单开环控制系统工作过程，并能根据开环控制系统的特征辨析常见的开环控制系统。

二、学科核心素养要求

1. 技术意识：熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程，理解其中控制器、执行器等的作用，辨析开环控制系统的特征。

2. 图样表达：会用方框图表达简单开环控制系统工作过程。

三、教学重点、难点

1. 重点：熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程。

2. 难点：学会用方框图表达简单开环控制系统工作过程。

四、教学准备

1. 材料：电子定时器、电源、水泵、吸水管、水桶、滴箭等。

2. 工具：电烙铁、焊锡丝、松香等。

五、教学过程

1. 情境导入

家中的植物，有的喜欢潮湿，有的喜欢干燥。对于芦荟这类喜欢干燥的植物，若采用在花盆下放置接水盘的方式，易导致其根部腐烂。因此，当家人外出时，就需要根据植物的需水量定时给植物浇水。芦荟不能长时间浸在水中，需改用定时浇水的方式，如何实现呢？

2. 新课学习

（1）开环控制系统

学生活动：搭建定时浇水控制系统模型。

分小组活动，根据教材中的制作过程，完成定时浇水控制系统模型的搭建。

问题：定时器、水泵、吸水管、回流管分别起什么作用？是否滴水？什么时间滴水由什么决定？

学生活动：对定时浇水控制系统模型进行调试。

（1）通电，检查各滴箭是否正常滴水。

（2）调节出水量：调节好每个滴箭的滴水量。

（3）设置电子定时器参数：浇水时长和间隔。

问题：每次滴水量的多少受哪些因素的影响？在搭建阳台植物定时浇水控制系统时，浇灌6盆植物与浇灌10盆植物，其回流管的流量是否一样？若要远程控制该浇水系统，应该如何对该控制系统进行改进？

总结：用定时器设定好浇水时间及时长，到了设定时间就自动接通水泵，开始往水管里抽水，通过调节定时器时长，控制滴到植物土壤中的水量。

学生活动：用方框图表示该控制系统。

图1 定时浇水控制系统模型方框图

问题：控制系统有哪些组成部分？它们之间的相互关系是什么？控制系统的控制目的是什么？系统的输入量和输出量分别是什么？系统的输出量对控制过程有没有影响？生活中类似的控制还有哪些？

总结：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。其工作过程可用方框图表示如下：

图2 开环控制系统方框图

输入量：控制系统的给定量，如设定时间。

输出量（被控量）：控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号，如浇灌的水量。

被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。

执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件，如阀门。

控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，如控制电路。

控制量：执行器的输出信号，如流过水管的水量。

开环控制系统组成及工作过程

学生活动：希罗自动门。

问题：请根据希罗自动门的开、关工作过程，将对应方框图中的内容以及输入信号、输出信号填写完整。

表1 活动记录方框图1

学生活动：红外自动门。

问题：如果把红外线装置是否检测到人体热辐射发出的信号看作输入量，门的开启或关闭看作输出量，请根据自动门的开、关工作过程，将对应方框图中的内容以及输入信号、输出信号填写完整。

表2 活动记录方框图2

学生活动：列举你所了解的开环控制系统的例子，说明其控制工作过程，并画出方框图。例如：音乐喷泉的控制、公共汽车车门的开关控制等。

问题：在开环控制系统中，如何理解检测装置输出信号的作用？

3. 课堂小结

（1）开环控制系统的概念。

（2）控制系统的工作组成及工作过程（能用方框图表示）。

六、教学总结

由任务情境导入，通过活动体验探究开环控制系统的基本概念，并通过若干典型案例的分析，理解开环控制系统的组成及工作过程。

七、教学反思

活动作为任务的分解与落实必须具有一定的挑战性，但也不能超出学生的能力范围。特别是在课堂上，对教学案例的选择应该谨慎，尽量选择学生所熟知的。