《开环控制和闭环控制》教学设计

1《开环控制和闭环控制》教学设计一、教材分析本节内容是粤科版《技术与设计2》第四章“控制与设计”的第一节。本节是针对“控制与设计”的了解性内容，是学习全章的导入和基础。让学生通过体验控制过程，了解控制的含义，体验如何进行控制，并对开环控制和闭环控制有一个基本的认识，同时能够感受控制与生活生产的密切关系。二、学生分析学生通过对《技术与设计2》中，前面三个专题“结构与设计”、“流程与设计”、“系统与设计”的学习，已经有了一定的技术素养，能够联系生活，在实践中区体验控制的重要。本节课内容相对比较简单，主要是激发学生对控制及其设计的兴趣，引起他们的重视，激发他们的学习热情，初步掌握控制中的思想和方法。学生在前期学过一些开源硬件arduino的硬件知识和Mixly图形化编程软件的使用，为了让学生更好的理解开环控制和闭环控制的控制过程以及两者的区别、优缺点设计了运用arduino智能小车套件和Mixly图形化编程软件学生采用开环控制控制小车走S型路线而老师采用闭环控制然后进行PK的体验活动。本节课主要是三个学习内容：控制的含义、开环控制和闭环控制、手动控制和自动控制。由于开环控制和闭环控制学生在生活中有遇到但很少听到，且比较复杂难以区分，而手动控制和自动控制学生在生活中经常遇到听得也比较多，比较容易区分，所以本节课将开环控制和闭环控制作为教学重点，用比较多的时间进行学习、体验和讲解，而将手动控制和自动控制放在控制系统的组成和描述一起学习。三、教学目标(一)知识与技能1.理解控制的含义及其在生产生活中的应用；2.了解开环控制和闭环控制并理解他们的区别，学生学会用简易的方框图简单的开环、闭环控制系统的基本组成和简单工作过程；3.能利用开环控制和闭环控制的区别正确判断生产、生活中常见控制实例的类别；4.理解开环控制和闭环控制的优缺点。(二)过程与方法通过案例分析，体验控制在生产生活中的应用。(三)情感态度价值观1.通过介绍控制案例和亲身体验控制，使学生对控制技木产生巨大熱情；2.在学生小组讨论、合作学习中培养团队协作的能力。四、教学重难点重点：理解控制的含义，开环控制和闭环控制。难点：1.理解控制反馈的概念。2.开环控制与闭环控制的正确判断五、教学策略为了让学生更好的理解控制的含义，重点介绍了控制的三要素并增加了一些堂上练习。在学习开环控制和闭环控制时，为了学生更好的理解开环控制和闭环控制以及他们的区别，老师设计了两个体验活动：第一个是学生采用开环控制控制小车走S型路线而老师采用闭环控制然后进行PK，巡线任务也是机器人比赛中经常出现的任务，也比较有趣和有挑战性，也很少见到其他老师将其引入到控制系统的教学中，而且巡线可以通过开环控制和闭环控制实现，巡线效果区别也很明显，我将其引入教学中可以让学生更好的理解两种控制的区别和优缺点；第二个是蒙眼睁眼画人脸的小游戏，这个小游戏可以活跃课堂气氛，也比较生活化贴近学生生活，对应两种不同控制，区别也很明显。通过这两个活动，学生可以更深刻的认识到两种控制的区别以及控制过程，有助于学生对开环控制和闭环控制的正确分辨，能较好的突破难点。2教材中这一节并没有用控制方框图来分析开环控制和闭环控制的控制过程，而是在第二节控制系统的组成和描述中学习控制方框图，在不利于学生理解他们的控制过程和区别，在通用技术的核心素养中图样表达是核心素养之一，也有助于让学生形成将感性认识上升为理性认识，学会用图样来表达和分析问题，所以我将简化的控制方框图提供给学生，有助于学生对知识的理解。在学生分析开环控制和闭环控制的工作过程中，学生是初学者，老师先分析几个例子的控制方框图，然后采用学生模仿的方式也能较好的突破难点。同时，老师将一些控制例子的控制方框图提供了一部分内容其余内容让学生补填的方式，帮助学生思考问题，也降低了学生学习的难度。六、教学方法：讲授法、实践体验法、任务驱动法等方法。七、教学媒体：电脑、Mixly编程软件、七星虫智能小车、PPT及相关视频、无线投影仪八、主要教学过程：教学环节教师活动学生活动设计意图引入问题提问：大家玩过投掷飞镖吗？有没有同学想试一试？刚才那位同学投掷飞镖的过程实际上就是我们对飞镖进行了控制。其实控制是无处不在的。然后老师结合PPT介绍控制在工业、农业、科技军事、生活四个方面的应用，并让学生找一找课室里需要控制的例子，让学生知道学习控制很有必要。从而进入控制的定义的学习。学生举手并请同学上讲台投掷飞镖听讲并思考回答通过学生熟悉的投掷飞镖的小游戏引入控制，激发学生学习兴趣。新课教学那么什么是控制呢？刚才我们说到的控制例子大家能找到他们的共同特征吗？如果能找到，给控制下定义就容易了。一、控制的含义1、含义：人们按照自己的意愿或目的，通过一定的方法和手段，使事物向预期的目标发展。由控制的含义我们可以看到控制有三要素。2、明确控制的“三要素”（1）控制的对象（2）控制要达到的目的（3）控制的方法和手段接着分析两个控制例子的三要素分析。然后学生在学案上模仿刚才老师对两个控制例子的三要素分析完成学案上另外两个控制的三要素分析，以加深对控制含义的理解。学生思考听讲听讲思考并填写通过三要素分析让学生加深对控制含义的理解。3二、开环控制和闭环控制体验活动一：控制小车走S型路线并与老师PK。老师先演示解说如何控制小车的左转、右转、前进、后退、原地打转以及编程并上传的方法，然后分小组进行小车走S型路线的调试。10分钟调试完后与老师进行PKPK完后，教师提问：为什么你们的小车走S型路线会经常偏离轨道，而老师的不会呢？其控制过程有何不一样呢？老师指出是采用开环控制和闭环控制这两种不同控制类型造成的。体验活动二：蒙眼和闭眼画人脸。让两个学生到黑板一个蒙眼一个睁眼画人脸。其他同学在座位睁眼闭眼画人脸。接着老师让学生分析为什么画出的人脸会有如此大的不同然后指出它们也是因为采用了不同的控制类型。老师先讲解蒙眼画人脸的控制过程方框图，分析开环控制的过程。1、开环控制：不将控制的结果反馈回来影响控制作用的过程。（无反馈）接着与学生一起分析投掷飞镖、感应水龙头、学生的走S型路线小车的控制方框图理解控制过程。然后学生模仿刚才的方框图在学案上完成干手机和自动门的开环控制方框图。学完开环控制，老师接着讲解睁眼画人脸的控制过程方框图，分析闭环控制的过程。2、闭环控制：能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的过程。闭环控制过程都有反馈环节。（有反馈）接着与学生一起分析压力锅、空调、老师的走S型路线小车的控制方框图理解控制过程。学案学生听讲后进行操作调试体验学生思考学生体验参与学生分析回答学生思考学生思考学生分析学生听讲并思考学生思考两个体验活动有助于学生更深刻理解开环控制和闭环控制以及它们的区别学案采用补填内容的方式降低学生的学习难度，帮助学生思考4然后学生模仿刚才的方框图在学案上完成骑自行车和抽水马桶的闭环控制方框图。老师提问：在前面分析开环控制和闭环控制的工作过程中，大家发现可以怎样判断一个控制是开环控制还是闭环控制？老师归纳：判断一个控制系统是否为闭环控制的简单方法是考察分析控制过程中有没有反馈并对控制结果有影响。如果有就是闭环控制，否则就是开环控制。接着让学生练一练几个控制例子的控制类型判断一巩固学习效果。3、开环控制和闭环控制的优缺点老师利用走S型路线的开环和闭环控制例子，与学生一起讲解分析两者的优缺点。学生分析学生思考并回答学生听讲学生分析学生思考课堂小结一、什么是控制？1、含义：人们按照自己的意愿或目的，通过一定的方法和手段，使事物向预期的目标发展。2、控制的三要素（1）控制的对象（2）控制要达到的目的（3）控制的方法和手段二、开环控制和闭环控制1、开环控制：不将控制的结果反馈回来影响控制作用的过程。（无反馈）2、闭环控制：能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的过程。闭环控制过程都有反馈环节。（有反馈）3、开环控制和闭环控制的优缺点学生思考总结学习内容5课后思考及拓展1、控制除了可以分类为开环控制和闭环控制之外，还可以如何分类呢？2、控制是由哪些部分所组成的？如何更精确概括的去描述一个控制？3、自动跟随小车是开环控制还是闭环控制？为什么？