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课堂实录1了解控制蔡文俊（广东省实验中学）师：上课。同学们好。生：老师好。师：那么今天我们来学习第四章“控制与设计”。这一节课我们主要来了解一下控制。首先请问同学们，你们知道什么是控制吗？有没有同学知道啊？好，那么在上课之前我们先来玩一个游戏。同学们可以看到黑板上有两个小人头，其中一个有几根头发、眼睛、鼻子、嘴巴对吧？那么另外一个就只有一个头。同学们可能随便画都能比老师画的好，但是我有个要求，希望上来的同学是蒙上眼睛画的。就按照这个画两个眼睛一个鼻子一个嘴巴两个耳朵，那么当然蒙上眼睛的同学是看不到的，我们就需要另外一个同学帮助他对吧？来告诉他前一点前一点左一点左一点右一点右一点下一点下一点，来画头发第一根第二根第三根对吧？下面请两位同学上来尝试一下。好，我看到有同学举手对吧？两位女生，给她们点掌声。是你帮她举手的吗？生：她画我说。师：好，可以可以的没问题，来，来。先把眼睛蒙上，出来，出来这里站着。先原地转一圈，好，可以了。好，那另一个同学指挥她，不要碰她。生：上一点，上一点，左，左，再上，再上。上去，上去，右一点，画第一根头发。右一点，右一点，再右，再右，画，斜画。对。再右一点，上去，竖直来画，对。右一点，斜，向左斜，长一点，向下。右上右上，画个圆圈，对，下一点，在左边，再下，画个鼻子，下面画个嘴。哦，对，右，左，左，右一点，左耳半圆，右边，再右一点点，对，画个半圆。师：同学们，同学们，刚才那个实质上是个什么过程啊？生：控制的过程。师：我们通常在画画的时候是通过我们的眼睛，去观察我们的落点。然后控制我们的手，上移下移，反馈到大脑来进行控制的。那么刚才老师实质上是把这个分开了对吧？一个同学去画，一个同学去控制，对吧？那么从这个游戏同学们能不能联想一下我们身边有没有控制现象呢？发生控制是什么？有什么控制呢？想一想。应该不难，对吧，开火车下去，一人说一个好不好？好，控制什么，什么控制，这一排吧。生：控制电脑，控制情绪，控制成绩，控制温度，控制方向，空调遥控器，控制情感。师：我们可以看一下啊，来看看，好。旁边这些火箭卫星的控制装置。来看一看啊，比如说汽车生产也有控制。包括我们身边的灌溉系统，它也是一个控制系统，控制水流。再看，我们平常骑自行车也有控制对吧？速度方向。包括刚才同学们说的，成绩低了，就努力把成绩追上来。控制一下，调控一下。情绪低了，调控情绪。温度高了，就把它调低，对吧？风扇转快了，就把它调慢，这些都是控制。同学们能不能从种种现象当中归纳出什么叫做控制呢？控制存在于我们身边，但是到底控制的概念是什么？什么叫控制呢？必须有什么？通过什么？然后怎么样啊？能不能说一说？你控制这个东西，是不是为了达到某种目的？有没有同学能举手说说什么叫控制？就用你理解的话语来说说呢。有没有人举手啊？那位男生。生：我觉得控制就是，希望某样事情，按照人的意愿或者控制者的意愿，通过某种方式或手段，让它按照自己的意愿做事的做法。师：没错，坐下。就说我们，怎么样啊？控制着，按照我们的意愿去控制这个物品，使得这个物品这个事物按照我们的意愿去发展。好，三方面。首先，按照自己的意愿或目的，然后呢？通过一定的手段。使得被控制的东西呢，被控制的事物呢，能够按照我们期望的目标去发展。这就是控制的三方面。我们下面看下例子，大禹治水。在大禹治水里面，目的是什么啊？生：治水。师：对。治水，让它不要危害我们。大禹他治水，那么他父亲治水吗？生：治。师：对，也治水。好，大禹跟他父亲用的方法相不相同？生：不相同。师：对，不相同。他父亲用的是什么方法啊？生：堵。师：对，堵。大禹呢？生：疏。师：对，疏导。最终他父亲怎么样啦？生：失败。师：对，治水十三年失败了。大禹怎么样？生：成功。师：对，大禹成功了。所以说，我们的目的跟意愿可能是一致的。但是手段不一样，怎么样？达到的目的也不一样。事物也不一定按照我们的目的发展。所以说控制必须要有三方面，根据我们的目的要求，通过一定的手段，然后达到一定的目的，使得它按照我们的愿望去发展。这个就是控制，三方面，同学们一定要理解清楚。下面呢，我给同学们介绍一下控制的装置。这个是谁发明的？生：张衡。师：对，张衡。它的作用是什么？生：测地震。师：测地震吗？预测还是怎么样？生：报告。师：对，报告。就是说，这个方向发生了地震，它这个珠会怎么样啊？对，掉进去里面，那么这是一个地动仪，再看，记里鼓车。它是配有减速齿轮的古代车辆，一般是帝王出行的时候才用的。它是怎么样呢？那个车轮转会带动齿轮转，齿轮转到一定转数的时候呢，它会怎么样啊？敲一下那个鼓，这个叫计里鼓车。那么它的原理是这样，把车轮在地面的转动带动齿轮的转动，变换为杠杆使得人抬手击鼓，所以叫计里鼓车。那么它类似于今天的什么东西啊？生：计程车。师：对，计程车也是车轮转了然后那个表就在跳了对吧？所以说是我们今天车辆仪器的先驱。古代人民是非常聪明的，所创造的文明也是非常灿烂辉煌的。我们再看下面，指南车。车上有个木人，木头做的，不是指南针那样钢铁做的。它是木头做的，它也可以指南。根据上面那个例子，同学们知不知道这个应该是什么原理？能猜出来吗？下面有个齿轮又会怎么样？你看一个车向南方调好了，然后这个路很崎岖，会左会右啊，那个小人怎么就会永远指向南方呢？下面有什么啊？生：磁铁。师：磁铁？磁铁对木头不起作用。你们能不能根据上面那个例子推断一下这个是用什么做的？生：齿轮。师：齿轮怎么可以指方向呢？没磁铁啊，指南车呢，它也是当时非常非常先进的仪器。它主要是靠马去拉动这个车，是木车，主要是差动齿轮的机械原理。它里面有两个拼在一块的齿轮，那么，我们的那个车轮转的时候，车轮往左转的时候，另外一个差动齿轮应该往那边转啊？生：右。师：往右转，所以说这辆车出发的时候向南。然后它去到一个地方会拐弯的对吧？向左转了60度，那么在差动齿轮的作用下，那个小人怎么样啊？那个差动齿轮就怎么样啊？向右，本来车是向左转的，差动齿轮就向右转动60度。那么小人是怎么样啊？永远指向南方。明白它的原理吗？两个拼合在一起的差动齿轮，一个往右转，另一个相反的往左转。使得木人的手始终指向南方，所以不管车轮怎么转它的手永远指向南方。明白吗？我们的祖先是不是非常聪明啊？下面我们再看一下，同时期，也是古代，外国的一些设备和装置。好，我们看这个。看完之后我们请同学来解释一下，为什么这个是圣火门？非常神圣，圣火一起这个门就打开，圣火一灭掉，人走了，这个门就会关上。没有人？为什么会这么神圣？什么原理？好，请一个同学来给我说一下吧。什么原理？好，这位男生，你来说说，什么原理？生：就是把火点上之后，就增大了那些压力。师：水挤过来了对吧？蒸汽下来，把水挤过来了。然后呢，桶就往下一沉，然后怎么样啊？然后拉动齿轮转动，然后门就开了对吧？坐下，坐下，是不是很神圣啊？大家这些，这部分机关我们能看到吗？看不到，看到的只是上面。有人来，火烧起来，然后这个门就徐徐打开，然后就觉得非常神圣。好像是上帝在欢迎我们到来对吧？当然它下面是有机关的，我们再来看另一个例子。这个是今天还在沿用的，叫瓦特式速度调节器。老师为大家介绍一下它的原理。它也是一种非常好的控制装置，它是怎么样做功的啊？然后这里有个发动机，当发动机转得过快的话它是不是很容易发热啊对吧？这个时候是不是要把它的速度调下来，它转得过快的话，大家有没有发现，这两个手臂会怎么样？往外伸。往外伸的话，是不是这两个就被拉下来了对吧？拉下来挤得那个弹簧的话，那么这里是控制阀。往下的话进来的油是不是就少了啊？进来的油少了的话，发动机就慢了。好，那么下面同学们说一说慢了又怎么把它调快呢？慢的话合起来，然后这里怎么样呢？弹起来对吧？那个油就进来了，那么发动机又快了，对吧？这个呢，是自动调节。它就不需要人工去看快了慢了再去按。也不是说看到快了就减油，不用。它是一个自动调节的仪器。那么我们今天在很多机器上都运用到这种原理。那么下面的，形形色色的控制装置我们都已经看到过了。下面请大家看一段视频城市之光，体验一下里面的控制装置。控制装置我们看过了，视频也欣赏过了。同学们能不能把上面我们所了解到的这些装置，根据它们的特征，对它们进行分类呢？可以怎么分类啊？这些装置，你们感觉可以怎么分类？对，大声一点，是什么啊？自动的跟手动的。同学们刚才可以体会到，有一些需要人去控制。有一些它需不需要啊？不需要。不需要人去控制，它机器就可以完成的。分为自动的和手动的，那么课本里面还有另外一种分类是什么啊？生：开环的和闭环的。师：那么我们先看第一种。自动的和手动的。顾名思义，手动就是必须在人的干预下才可以完成的控制任务，这就叫手动。那么自动的就是相对的不需要人的参与干预，它就可以完成的。举一些例子，手动有哪一些啊？就在我们教室里面。水龙头要开了才有水，关了才会停。还有什么呢？空调，对，风扇对吧？还有什么呢？灯，对吧？那么自动的我们课室里有哪些啊？停电的灯，就是电一停那个应急灯就开了对吧？自动的，还有没有。生：钟。师：钟，还有呢？生：广播。师：广播它自动会响这个不行啊，因为要有人在广播才行的。好，那么像灯啊水啊这些身边的都是手动控制。那么像我们在街上看到的电子门，这些它是自动开合的。那么倘若这个灯，像路灯，天黑了它会自动亮，那么它是什么装置啊？生：自动。师：自动的对吧？这个水，换成是另一个地方，比如我们去到酒店，或是一些厕所里面，你那个手放在下面它就会开的那些是什么装置啊？生：自动。师：也是自动装置。这两个哪个是手动？生：点火是手动。师：那下面呢？是自动。所以说它所谓的自动门是不是真的自动门啊？生：不是。师：还有一种是闭环和开环。呆会儿再辨析一下这两个是开环还是闭环。我们一起来看看开环和闭环的概念。能告诉老师它们最主要的区别在哪吗？能不能告诉老师？找一个同学，有没有同学举手一下？开环跟闭环，它不像手动跟自动这么明显的区分，有人的参与，没人的参与。开环和闭环它最大的区别是在哪里呢？好，你来说一下。生：是信息是否反馈。师：是否有反馈对吧？好，我们看一下，请同学们看屏幕。那么开环它是怎么样呢？开环控制是一种，我们有输入量和输出量。它有没有反馈啊？没有。打个比方，我们把灯开了，它就亮。关了，它就不亮。它能不能根据外面的光线自动开关，自动调节它的明暗啊？不能够。它这个是没有反馈，它只是开了，通过这个系统，它就亮。那么简单。我们再看闭环，闭环它多了一些什么东西啊？从哪一步反馈到哪一步啊？对，这个反馈就是从输出。它的一些输出是可以反馈回来给系统影响到输入量的，那么这个就是闭环。请同学们举一个闭环的例子，就我们身边的，有没有啊？生：电视。师：电视好像不是啊。空调是不是啊？家里面的空调。我们把它调到20度，那么当你室温达到20度的时候空调会怎么样？空调会停下来。你看我们调了20度，空调的这个控制系统它输出来20度，然后检测器检测到室内的温度已经到达20度或低于20度的话，它会怎么样？它会反馈回来。那么输入量会怎么样？就会暂停。可能不是输入这个量，但是它就会暂停。它再检测，检测到它高于20度，那么它就会重新打开。它就是一个自控的闭环系统。我们来看这个例子，哪个是闭环哪个是开环？自动门是开环，这个自动的瓦特式的调速器是闭环。我们刚才记得，上面那个是手动，下面那个是自动。同学们来看这个问题，手动等于开环吗？自动就等于闭环吗？生：不一定。师：有没有说我既是手动又是闭环的，或者自动又是开环的？能不能举个例子来说服老师？空调它是自动闭环的啊，对吧？空调是手动闭环的。怎么是手动的呢？它开的时候是手动，但是它开了之后是不是自动运行的啊，要不要人的干预啊？不要的。那有没有手动闭环呢？需要人去参与，就是说，这个过程不是说你开始结束的时候怎么样，而是说在你控制的过程中有没有人的参与。不是说你空调有没有插电，有没有供电处供电。不是这么说的。就是说在空调制冷过程中，在它整个温度调节过程中，有没有，需不需要人的干预，这样去理解。好，下面请同学们小组讨论，举例子。给两分钟时间同学们小组讨论。等会请每个小组起来告诉老师一个例子，既是手动又是闭环，或者既是自动又是开环的。好，同学们也讨论得差不多了，下面请小组起来举例子，有没有说手动又