《通用技术》复习九：第四单元控制与设计

必修二《第四章控制与设计》学习材料学习目标和要求：⒈积极观察生活，能从生活中所遇到的和所观察到的事物中识别各种受控现象和受控过程，理解控制的含义。

⒉能够分析典型的案例，了解手动控制和自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。

⒊通过案例分析，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用，熟悉反馈环节的作用。

⒋通过案例分析，找出并分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素，了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用。

⒌结合一定的案例，了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，划出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计方案。

⒍能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置，或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。

（导入）：我国古代有一种靠风力来推动的风磨，当风力强的时候，磨盘就转得快，当风力弱的时候，磨盘就转得慢。

那么，怎样才能根据风力的大小，往磨盘上添加谷物呢？对此，人们设计了一个漏斗：当风磨转动慢的时候，这个漏斗会自动地缩小漏口，使少量的谷物流进磨盘；当风磨转动快的时候，这个漏斗会自动地张大漏口，让较多的谷物流进磨盘。

这个巧妙的漏斗在今天看来，是一个古老的控制装置，体现了人们认识并利用控制现象的久远。

事实上，控制并不是人类的天外来客，它渗透在我们生产和生活的方方面面。

理解控制、善于控制，已经成为我们每个人日常生活中不可或缺的基本能力。

一、控制及控制系统1 控制人们根据自己意愿或目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制（control）。

这里所说的手段就是控制技术。

如：射手通过瞄准使箭射中靶心；人们通过电冰箱获得适当的温度，使食物能够长期存放；先进的生产流水线通过计算机的指挥实现自动化生产等。

注意：理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。

第四章控制与设计〔一〕本章重点知识阐述：（1）控制是人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展。

这里所说的手段就是控制技术。

（2）简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。

其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节和比较环节。

（3）闭环控制系统是信息流经一个闭合环路，在其系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为反馈。

开环控制系统是信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动，也就不存在闭环。

（4）干扰就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响，这种影响越小越好。

分析一个控制系统的干扰因素要分析控制系统易受到其外部环境或条件中的哪些因素的影响。

（5）控制系统的运行调试通常有以下几方面的内容，即：系统的试运行、系统参数的调整、其他问题的发现与解决。

〔6〕控制系统的评价与优化通常有以下几个方面内容，即系统方案的评价与优化，系统制作水平的评价与优化，系统的总体评价与优化等。

〔二〕基础知识再现：1、信息流经一个闭合环路，这类系统称之为。

此系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为。

2、闭环控制系统与开环控制系统，是两类不同的系统。

从构成形式上看，二者的不同表现为。

从本质上讲，二者的不同在于。

3、简单的控制系统由两部分组成，即和。

其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括环节与环节。

4、开环控制系统的结构和原理比较简单，信息从输入端传到输出断，仅有一条路径。

它的最大缺点是不高；闭环控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，它可以有较高的和较强的性能。

5、控制系统框图中，信息流经的路径叫做，对于闭环控制系统来说，有两个基本通道，那就是和。

6、在控制系统中，将控制器的信号转换成能影响被控对象的信号的装置，称为。

7、在人体温度控制系统中，皮肤相当于。

8、就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。

第四单元控制与设计第一节控制的手段与应用一、教学内容分析本节是本章的第一节，可以说是本章的开始，也是本章的基础，对于本节知识的掌握有助于后面几节的学习。

二、教学对象分析学生正处于高中阶段，对于生活中的一些控制虽然见过，但是由于生活经验不是很丰富，所以必须要老师引导才能发现问题。

三、教学目标知识与技能1.通过分析社会各领域的具体例子，理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。

2.通过学习，培养学生注意观察问题，发现问题，帮助学生了解控制的作用。

过程与方法：通过视频导出新课，通过案例分析和课堂讨论理解控制的含义和了解控制的手段，并知道控制的应用。

情感态度与价值观：激发学生了解控制，研究控制的兴趣与热情。

四、教学重点和难点重点：理解控制的含义难点：理解控制的含义五、教学策略采用多媒体进行教学，引导学生理解控制的含义和了解控制的手段及应用六、教学准备典型案例图片收集，课件制作，收集相关视频材料七、教学过程第二节控制系统的工作过程与方式一、教学内容分析控制系统的工作过程与方式》选自普通高中课程标准实验教科书《通用技术-技术与设计2 》的第四单元第二节（江苏教育出版社）。

《控制系统的工作过程与方式》这节的内容是有关“控制系统的工作过程与方式”的学习和掌握，包含“控制系统”、“开环控制”和“闭环控制”等三个内容。

它是学生在学习控制在我们的生活和生产中的应用后，进一步学习有关控制系统的组成、工作方式以及两种重要的控制系统：开环控制和闭环控制，并熟悉它们工作原理和作用。

根据学生已经学习的内容和认知特点，我们利用两个课时来完成本节的教学，让学生通过对相关典型控制应用案例的深入分析，引导学生在对控制系统的生活生产应用分析，进而熟悉控制系统的基本组成和工作过程，通过对开环和闭环控制基本组成和其工作机理的学习，进而掌握和理解这两种控制方式的重要作用。

二、教学对象分析学生在前面的学习中已经学习和分析了控制在生活生产中的应用，获得了有关控制及其应用的初步感性认识和体验，但是对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步了解控制系统的知识是有探究的欲望的。

第四单元控制与设计一、选择题：1、我们理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。

射击比赛的射手通过瞄准目标，使子弹射中靶心，分析这个过程，其控制的对象是（）A、人B、枪C、子弹D、靶2、理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。

例如，导弹控制系统控制的是导弹与目标之间的距离，目的是要击中目标（距离为零），分析这个控制系统，其控制的对象是：（）A、人B、目标C、计算机D、导弹3、按时间顺序进行控制的”交通路口红绿灯控制系统”系统中被控对象是( )A.控制电路B.红绿灯C.开关装置D.路面车辆4、农用塑料大棚能够充分利用太阳能，和塑料隔膜的保温，起到春提前、秋延后的保温栽培作用，一般春季可提前30—35天，秋季能延后20—25天。

这种塑料大棚结构简单不消耗额外能源和电，其温度调节方式为：( )A.人工手动控制B.电子自动控制C.电脑程序控制D.无须任何控制5、红外感应式自动水龙头，伸手自动开启出水，离手自动关闭停水，既能节约用水，又避免了用户手接触龙头造成疾病的交叉感染。

这种水龙头最适合使用在：( )A.家居卫生间B.家居洗衣池C.公众场所D.可以完全替代旧的水龙头6、在电冰箱的温度控制系统中，下列情况不属于影响其温度控制的干扰因素（）A、开电冰箱门B、电冰箱所在房间的温度从20摄氏度变到32摄氏度C、热菜或热饭放入电冰箱中D、在电冰箱外放一盆冷水7、控制系统中属于自动控制系统的是（）A、按钮开关控制B、普通自来水龙头C、花房恒温度控制D、汽车驾驶8、电冰箱工作时温度设定在一定的范围值，当箱内温度变化偏离设定的范围值时，温控器中的感温元件也相应地变化，通过热胀冷缩的变化，利用双金属片带动继电器动作，控制压缩机的启动，实现电冰箱的温度控制。

温度的变化量是：（）A 、输入量、B、输出量C、控制量D、其他量9、“皮影戏”是我国的传统的民间艺术，演员只要在屏幕和灯光之间抖动如栓在“小兔”身上的细线，屏幕上就能出现生动活泼的小兔形象，这是一种控制现象，其控制对象是（）A．细线B．“小兔”C．屏幕D．灯光10、根植于历史文化名城泉州的提线木偶戏古称“悬丝傀儡”,又名“丝戏”,民间俗称“嘉礼”,乃流行于闽南语系地区的古老珍稀戏种，在提线木偶的控制过程中控制对象是（）。

2019-2020年高二通用技术第四章控制与设计第一节什么是控制教案一、本节内容的地位、作用：本节课内容相对比较简单，主要是调动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，初步掌握控制及其设计的思想和方法。

这样做比较符合学生的认知规律，既能减轻学生的负担，又能够保证学生有充足的实践、讨论和探究的时间，使学生能真正消化知识，提高技术素养。

二、本节内容分析：本节是通用技术必修模块《技术与设计2》（地质版）第四章控制与设计第一节。

本节是控制与设计的了解性内容，是学习控制与设计全章的导入和基础。

让学生通过身边的例子，了解控制的涵义，并对控制的一般性分类有一个基本的认识，同时感受控制技术与生活、生产的密切关系。

三、教学目标：知识与技能：1．理解控制的含义。

2．理解生活中的控制现象，明确控制对象、控制目的及控制手段。

3．根据生活实例，了解手动控制与自动控制。

4．理解控制在生产和生活中的应用。

过程与方法：积极观察生活，能从生活中所遇到的和所观察到的事物中识别出各种受控对象和受控过程。

情感态度与价值观：对控制技术产生强烈的兴趣和好奇心，并把它转化为对后续知识学习的动力。

四、教学重、难点：（一）教学重点：理解控制的涵义（二）教学难点：能从遇到和所观察到的事物中识别出各种受控对象和受控过程五、教材分析（一）通过引入三个案例，使学生建立关于控制的初始经验。

以控制效果为线索，形成关于控制的基本认识。

并通过学生活动加以扩展。

（二）控制的基本表述；控制在人类生活中的广泛应用。

（三）通过调查研究活动强化对于控制的基本认识。

在教学过程中，可以把本单元的教学内容设计为六个环节：环节1：关于控制的初步认识和感性经验观察：通过对三个具体案例的观察，形成关于控制的初步认识和感性经验，同时建立起关于控制技术学习的教学情境。

环节2：强化对控制的初步认识和感性经验课堂活动：通过教材中设计的“讨论交流”活动，强化对控制的初步认识和感性经验，同时强化己建立起来的教学情境。

通用技术必修《技术与设计2》第四章控制及其设计一、单元基本信息二、单元教学整体规划1、主题名称控制及其设计——无接触手部消毒控制系统的设计2、主题概述控制是一门综合性学科，控制和控制系统在人们的生活和生产中有广泛应用，疫情背景下本单元以无接触手部消毒控制系统的设计为载体，学习控制及其设计的知识，了解不同种类的控制，理解控制系统中控制的目标、控制的过程和控制的机制等的含义，有助于发展良好的逻辑思维及运用控制方法解决问题的能力。

3、单元教学设计意图兼顾理论学习与实践应用，应用所学的控制知识设计制作无接触手部消毒控制系统，并结合所学知识进行优化，培养通用技术学科核心素养：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。

三、单元内容分析1.单元内容本单元作为《技术与设计2》的结束单元，是在《技术与设计1》中学习设计的相关知识，经历了完整的设计过程后，再结合结构及其设计、流程及其设计、系统及其设计的相关知识，升级设计理念，运用控制方法解决实际问题。

2.单元项目实施《无接触手部消毒控制系统的设计》在《控制及其设计》的第一节课《了解控制》即可创设情境，抛出设计任务，了解其中的控制现象；然后分析其控制的实现需要哪些组成部分、控制如何一步步实现；接下来让学生尝试进行设计；设计、制作中难免遇到问题，设法去解决；设计制作完成进行测试，发现干扰因素并尝试消除。

整个项目活动过程串连了《了解控制》、《控制系统的组成和描述》、《简单控制系统的设计》、《控制中的干扰》，学生得到的不再是“点”状、“碎片式”的知识，他们的眼中不再是一棵棵树木，而是整片森林。

四、学习者分析控制是生活中常见的技术现象，在此之前学生没有从技术理论层面分析和理解。

在学习了《技术与设计1》和《技术语设计2》前三章的内容，学生对结构、流程、系统的相关知识有一定的储备，学生学习控制的不同类型、控制系统的组成和描述相对较容易，但学会用控制方法解决实际问题存在一定困难。

高中通用技术技术与设计第四单元第四节控制系统的设计与实施第一课时教案第四单元控制与设计第四节控制系统的设计与实施（第一课时）教学案例一、教学设计：（一）教学目标：1.知识与技能：（1）了解简单的被控制对象的基本特征，画出系统方框图，形成初步设计方案（2）能设计制作一个控制方法，能进行模拟控制并调试。

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、态度与价值观：（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。

（二）教学重点、难点：1.教学重点：设计一个控制系统应明确的问题；对控制系统的基本要求；控制系统设计的思想方法。

2.教学难点：设计一个控制系统应明确的问题的分析；控制系统设计的思想方法。

（三）教学策略：提出一个生活中时常会遇到的问题，在学习和阅读了相关内容后针对这一问题的设计要求进行具体设计并制作成模型，在学生自己设计和制作的过程中达到突破难点，实现教学目标的目的。

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和典型的《洗衣机》（有老式新式，开环与闭环两种）等案例，利用媒体教学手段增加课堂气氛，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识。

自动升旗控制的设计，难度相对高些，但比较实用，要结合学生玩电动车的经验。

（4）老师起到引导的作用，学生为主体，在学生掌握的基础上，课堂交给学生。

让学生进行设计。

设计改进身边的一些控制系统，从而使得学生完成本课堂的内容。

（四）学情分析：学生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和生活经历，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。

《技术与设计2》第四单元控制与设计高考要求：一、控制的手段与应用1、控制的涵义：人们按照自己的意愿或目的,通过一定的手段使事物向期望的目标发展。

2、理解控制现象,需要明确:a、控制的对象是什么；b、控制要达到什么目的;c、采取什么控制手段人工控制：控制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的.自动控制：指在无人直接参与的情况下,使事物的变化准确地按照期望的方向进行。

4、控制的应用：在各行各业都存在,二、控制系统的基本组成与工作过程1、控制系统:任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节构成一个系统，称为控制系统。

2、开环控制系统控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称学必求其心得，业必贵于专精为开环控制系统。

系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递(注：方框图：在系统控制中,为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示信号的传递的方向，这种图称为控制系统的方框图）例如：临平大酒店的自动门，写出其方框图例如：过道的声控灯,写出其方框图3、闭环控制系统我们把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

例如：抽水马桶水箱的控制系统，写出其方框图学必求其心得，业必贵于专精三、闭环控制系统的干扰与反馈1、干扰因素:在控制系统中除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称干扰因素2、反馈：控制系统中,将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程就是反馈.3、闭环控制系统的工作过程闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。

所以一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被控量控制在给定值附近.四、功能模拟法：以功能和行为的相似性为基础,用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法，就是功能模拟法。

黑箱方法：黑箱方法就是通过观测黑箱外部输入信息(外界对黑箱的影响)和输出信息（黑箱对外界的反应）,以研究和认识其功能、特性、结构、机理的科学方法。

第四单元控制与设计人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标开展，这就是控制。

自动控制是指在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。

有时，控制手段又可以综合的。

案例分析：从手摇扇到空调器P983、控制的应用：〔1〕生活：控制应用到生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的需要。

〔2〕生产：生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制，控制在生产中得到了极为广泛的应用。

控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。

例：红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、红外线自动门控制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统等。

特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。

方框图：输入量：控制系统的给定量。

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。

执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件控制量：执行器的输出信号。

被控对象：控制系统中所要控制的装置或生产过程输出量：控制系统所要控制的量。

任何一种控制的实现，都要通过假设干个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。

一般的控制过程都有一个输入和一个输出，控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。

控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统。

控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统为开环控制系统。

开环控制系统在日常生活中用途很广。

如十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。

案例分析：自动门的控制系统P103在控制系统中，为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图，它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。

对于开环控制系统，通常可以用下面的方框图来描述：输入量即控制系统的给定量，如游泳池进水的设定时间；输出量〔被控量〕即控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号，如游泳池的水位；被控对象即控制系统中所要求的装置或生产过程，如游泳池；执行器即直接对被控对象进行控制的装置或元件，如进水阀门；控制器即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；控制量即执行器的输出信号，如流过阀门的水量。