2013年通用技术技术与设计2必修2高二下期全套教案
文档属性
| 名称 | 2013年通用技术技术与设计2必修2高二下期全套教案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 通用技术 | ||
| 更新时间 | 2013-01-21 18:32:59 | ||
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文档简介
第一课时 系统的结构
一、教学目标
1. 知识与技能
理解系统的含义和基本类型。
理解系统的基本特征。
2. 过程与方法
能对简单系统的进行应用案例分析。
3.情感态度和价值观
学会用整体的、互相联系的系统的观点看待和解决问题。
二、教学重点：系统的含义，系统的构成
三、教学难点：系统的基本特性。
四、教学方法：讲授、讨论、辩论。
回忆所学过系统的知识→指导学生阅读→教师总结→案例分析→复习巩固
五、设计思想
1. 教材分析
本单元以“系统”为研究对象，集中了“系统、子系统、优化、系统分析、系统思维”等许多核心概念和“结构决定功能、系统优化”等重要的思想和方法。本单元分三节来组织教材内容，它们分别是系统的结构、系统的分析、系统的设计。本节系统的结构包括什么是系统、系统的类型和系统的基本特性三个部分；同学们学完本节后，从应用的角度理解系统的含义。通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性。建立系统意识，学会运用系统的思想和方法处理问题。
第一节系统的结构包括什么是系统、系统的类型和系统的基本特性三个部分。本节的重要概念是：系统、子系统、整体性。
系统的结构是与系统的功能相对应的，用系统的结构主要基于以下两点：一是系统的结构可以从空间上架构系统的定义、类型和基本特性，涵盖本节的内容；二是系统本身的组成具有一定的结构，其结构是功能的基础，前者决定了后者，结构的变化必然引起功能的变化。
2. 学情分析
学生虽然接触过系统，知道系统这个名词（如人体系统），但实际上并不知道什么是系统。因此，本节是系统教学的入门知识，学习系统的概念、含义及其特性，了解学习系统知识的价值。而对于学生来说较难的是运用理论进行具体的案例分析。因此，如何用系统的基本特性解决有关问题是本节的难点。在教学过程中应多列举学生身边的事例，并加以说明。有条件时可让学生通过讨论（或辩论）的方法解决有关问题。
有人认为，“系统”对于中学生太深奥、枯燥，其实这是误解，本单元尽可能地回避生涩概念，从学生的生活经验出发，通俗地引出系统概念，通过对 “一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”“三个臭皮匠顶个诸葛亮”等谚语的理解，以及很多有趣的案例分析，循序渐进地探讨系统的基本特性、系统的分析、优化和设计，进而培养学生运用系统的思想分析和解决问题的思维方式和能力。
本节从同学们最熟悉的自行车着手，通过认识自行车的组成部分、相互间的联系和它们的功能，学习一些关于系统的基本知识，了解有关系统的基本概念。同时通过多个案例与小试验，帮助同学们理解系统的整体性、相关性、目的性、动态性和环境适应性等基本特性。
六、教学准备：相关的挂图、自行车等实物或模型、课件。
七、教学过程：
（一）引入
“系统”一词是一个经常使用的词汇。课前可请同学们从各大搜索引擎对“系统”一词进行搜索统计，查阅概念、定义。
我们发现，系统似乎看不清，摸不透，有些神秘。那么，什么是系统？它有什么特性？
（从学生日常生活中常见的事情入手，引导学生回想自己的生活体验，让学生谈谈自己的生活经历，他们是如何理解的，要注意引导学生更多的思考和回忆，要渗透“利用情景学习”的教学设计思想。问题的提出是为了激发学生进一步学习的欲望和兴趣。）
在理解系统的含义前，先给学生们讲个故事：我国古代《申鉴时事》中记载的有关用网眼捕鸟的故事。
课堂讨论：
（1）上述故事说明了什么？分别造成了什么后果？
（引导学生从多方面去思考和举例来说明故事体现出来的什么思想。）
（2）展示汽车图片，让学生大致了解汽车四大组成部分，教师得出答案，汽车四大组成部分：
①发动机系统 ②底盘系统 ③车身系统 ④电气系统
教师分析汽车组成部分相关系统，缺少其中任何一部分都无法正常行驶。提问：
a.有人说汽车行驶时是车轮在路上滚动，才能行驶，所以人就可以坐在车轮走。
b.有人说汽车行驶时是发动机动力驱驶汽车行驶，所以人可以坐发动机走。
通过对汽车结构的简单分析，得出：汽车行驶不是单一组成部分能完成，各组成部分间要相互作用和依赖，才能使汽车能正常行驶，这就是我们技术中所要学的：用整体的系统的、观点去处理问题。
（二）新课
第一节 系统的结构
1. 系统
教师：系统是什么？如何更深入理解系统？根据学生的知识水平，下面以对“自行车”的结构分析，来更深理解系统和子系统的概念。
展示自行车实物。
教师：自行车是同学们最常用的交通工具，提问学生，自行车由哪些构件组成。
学生：（略）
总结学生回答问题的基础上，由教师照实物再详细讲解。 并在讲解过程中重点分析各组成构件间的关系（相互作用、相互联系、相互制约）然后得出“课件”中系统的定义。由此提出相互概念：
系统：相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。
子系统：子系统是相对于大系统而言的，它是大系统中相对独立且具有一定功能的组成部分。
要素：指构成系统的最主要的元素。
教师介绍了相关概念后，让学生回过头来进一步对自行车进行分析，并能区分出自行车整车系统中的各子系统（最好让学生按照实物进行子系统分析）。
学生分析：（略）
教师根据部分同学的分析进行总结，强调对系统正确分析的重要性，要改进产品、提高产品的质量就必须正确分析系统的结构及其在整个系统中的作用。
形成系统必备的三个条件：
（1）至少要有两个或两个以上的要素（部分），这些要素（部分）可以是组件、零件、个体，也可能是子系统。
（2）各要素之间相互联系、相互作用，有一定的结构。
（3）任何系统都有特定的功能，系统的功能是组成要素所不具备的。
课堂练习：
自行车的子系统：传动系统；制动系统；承重系统；方向控制系统等等。
（对系统的含义进一步拓展，关键在于让学生能举一反三，能举出更多的实例和案例，让学生的生活体验进一步提升，由感性的认识向理性分析转化。）
展示“电动自行车”，使学生加深对子系统的理解。
2. 系统的分类
系统可按不同的标准和需要来分类：
（1）自然系统和人造系统 如：人体系统是自然系统；城市系统是人造系统
（2）实体系统和抽象系统 如：自行车的传动系统是实体系统；计算机的操作系统是抽象系统
（3）静态系统和动态系统 如：静态和动态是相对的。
（4）开放系统和封闭系统 如：氨气的合成系统是封闭的，生态系统是开发的系统。
（5）简单系统和复杂系统（拓展） （6）黑色系统和白色系统（拓展）
（教师举例，让学生举相似的案例来补充。）
3. 系统的基本特性
（1）整体性：系统的整体功能大于组成系统的各部分功能之和
分组辩论：在一个系统中，各要素好，则整体性能是否好？
（2）相关性：
相关性：组成系统的要素是相关的并不是独立的，它们相互作用相互联系。
案例分析：厨具的安装
学生分组阐述“厨房装修”案例所体现的系统相关性。
（3）目的性：任何系统都具有某种目的。
实现一定的功能
案例：分析企业管理系统 P71
（4）动态性：系统处于运动变化之中
例：生病、看病 P72
（5）环境适应性：对环境变化的适应能力
视频案例：观看“挑战者航天飞机发射爆炸”
事物都是不断变化，系统是一个动态的系统。系统要适应环境的变化而变化。
复习巩固：
用系统的基本特性解决相关问题，解释“木桶理论”
八．教学反思
在内容设计上选用了大量案例，依照学生从具体到抽象的学习进程来组织学习内容，有利于学生把系统方面的知识与技能整合到已有认知结构中。在教学过程中，以基本特性作为教学主线，并进一步展开。以案例为载体完成教学任务，达到教学目的。教学资源不等于教学设备，它包含学生身边所有的事物，因此，充分利用教学资源，可以使教学效果更加完美。
第二课时 系统的分析
一、教学目标
1. 知识与技能目标
能结合生产生活中的实例，理解系统优化的意义，并能结合实例分析影响系统优化的因素。
2. 过程与方法目标
能运用系统分析的基本方法对生活、学习、工作中遇到的问题进行科学合理的分析，并提出优化的方案。
3. 情感态度和价值观目标
(1) 树立系统分析问题的观念，培养系统分析的观点。
(1) 增强学生面对技术世界的信心以及个人、社会、环境的责任心。
二、教学重点：系统优化的方法和一般步骤。
三、教学难点：系统优化的方法和一般步骤。
四、教学方法：讲授法、案例分析教学法、探究式教学法、小组学习法。
五、设计思想
1. 教材分析
系统优化是系统分析的深入，也是系统的结构和系统分析的综合，又是系统设计的基础，更是系统设计过程中的重要环节，它是是本书的重要内容之一。本内容是让学生“理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素”。
2. 设计理念
本内容是要求学生通过“观察、分析、比较、核实”等方法做出正确的决策，从而理解系统分析的含义，学会系统分析的方法，体会系统分析在生活中的作用，形成初步的系统观。
3. 教学策略设计
（1）通过搭建模具引导学生自己进行研究探讨性学习。
（2）通过案例分析，使学生明白系统分析的一般步骤及其原则性。
（3）运用马上行动让学生做出决策，学以致用。
4. 学情分析
进入系统的内容，学生的兴趣明显比前期活跃，显然系统分析的深入符合高二学生的智力发展需求。但是，学生在对某个系统的分析容易陷入原有的逻辑思维，而不能很好地应用系统的思想和方法分析和解决问题，不能很好理解系统优化的约束条件和影响系统优化的因素。因此，系统优化的约束条件和影响系统优化的因素成了本节教学内容上的难点。
六、教学准备：旋转木马的搭建模具、多媒体
七、教学过程
（一）引入新课（系统分析，承上启下）
情景设置：有一个农夫带一条狼、一只羊和一筐白菜过河。如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，只够农夫带一样东西过河。请你帮农夫解决难题？
学生 ：1.农夫带着羊首先过河，农夫回来； 2.农夫与狼过河，农夫与羊回来；
3.农夫搬白菜过河，农夫回来； 4.农夫与羊一起过河。
教师提问：说说你们对该系统分析的过程？
学生：问题的突破口在——狼与白菜能够共存！农夫、狼、羊、白菜和船组成了这个系统。系统中各要素是一个整体，都依赖农夫过河；最大的问题是“船很小，只够农夫带一样东西过河”和“没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜”的冲突。我们联系已知条件，做了一系列的分析实验，但是比较其他方案不能实现所有要素都安全过河。最后得出以上方案。
教师：你们的思维过程很有价值，很清晰。而且在系统分析的过程中抓住了系统分析的三大原则——整体性、科学性、综合性。
现实生活中，有很多产品在不断更新，系统在不断的升级。做任何事情我们都追求更好，希望投入尽可能少，回报越多越好。为了使系统达到最优的目标所提出的各种解决方法，称为最优方法。但是有很多复杂系统，实施方案五花八门、干扰因素四面八方，我们不可能的逐个比较权衡，或者漫无目的瞎蒙。因此我们有必要进行定性定量的科学分析，寻找系统最优值。
（二）新课教学
1．案例分析：
案例一 ：“农作物种植系统的优化——农作物间作套种” 槟榔林套种香草兰收益高
香草兰——香料之王，是藤本植物，需要有支柱攀缘，并要求适度的荫蔽。测定结果表明50%的荫蔽度有利于香草兰的生长发育。荫蔽有两种，一种是死荫蔽，通过修建人工荫棚的办法(用遮光网)达到控制荫蔽度的目的。这种方式需要水泥柱或石柱作为香草兰棚架或攀缘的支柱。另一种是活荫蔽：可选择天然树木或人工种植的椰子、槟榔等作物为活支柱，以控制活支柱树冠来调节种植园的荫蔽度。园地的选择要选择近水源且排水良好、有机质含量高、比较肥沃疏松的微酸性土壤；台风主风方向有良好屏障比较静风的向阳缓坡地或平地。
2002年，符良接受了中国热带农业科学院香料饮料研究所专家的建议，在槟榔林下套种了20亩香草兰种苗，通过对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量较纯槟榔林提高15-20%。经过精心培育，现在棵棵香草兰上挂满了沉甸甸的豆荚。预计20亩香草兰到11月份总收入可达285000元。现场一位管理人员给记者算了一笔帐，40亩槟榔园年收入72万元左右，间种可使槟榔增收8万，再加上香草兰的收入，每亩土地较单纯种槟榔增收约9000元！经发酵生香的商品香草兰豆荚含有250多种发挥性芳香族成分及有机酸、糖、树脂、矿物质等丰富成分，香气独特，留香时间长达2～3年，被广泛用于高档食品和饮料的配香原料，在发酵业、化妆及医药等领域均有应用，具有用途广、经济价值高的特点。目前国内售价为1000～1200元人民币/千克。
教师提问：符良为什么选择活荫蔽种植，而不采纳传统的死隐蔽种植？
学生A：一块地种槟榔又种香草兰，提高了土地利用率；
学生B：对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量较纯槟榔林提高；
学生C：槟榔可作为活支柱供香草兰攀爬，节省了石柱的费用；
学生D：槟榔叶子还可以遮光，节省遮光网的费用；
教师总结：活荫蔽的改良不仅增产、增收还提高了土地利用率，可见活荫蔽系统比死荫蔽系统，功能更强大，效果更优。
教师提问：香草兰套种的收益如此诱人，我们为何不把香草兰套种到稻田里、麦田里，甚至套种到沙漠中与杨树为友呢？
讨论交流，小组汇报……
X组：香草兰与水稻的生长土壤环境不同，不能套种；小麦的生长气候要求又有差异也不能套种；沙漠风沙大且土壤也不适合香草兰生长。香草兰种植受生长特性、地理环境、气候和天气等条件的约束，并不适宜随处种植，而且与矮个植物种植也没有体现出遮阳的优势或者节约石柱费用等优势，另外由于营养需求的差异，即使能共存在一块地如果没有实现增产目的，套种的系统优化没也就没有太大的意义……
教师总结：系统优化的效果是理想的，但是不同情况的系统优化会遇到不同的约束条件，应该采取不同的手段和方法应对，使系统的目标在一定的条件中达到最大值。系统的优化都是为了发掘有限资源的无限潜能，使资源获得充分的利用，体现更高的价值，实现投入最小，效果最佳的目的。
又例如：云南一些山区农民的甘蔗生长缓慢,减产已成定局.为了减少旱灾损失,乘雨水来临之际,在甘蔗田套种玉米。
例如：建筑材料的改进也是一项优化技术，以往建筑物的墙体多采用实心砖，现在采用了空心砖，在保证强度、隔热隔音效果的同时，节省了材料。
教师：案例中，目标与土地的单位面积农作物收益和之间的关系在技术中我们称为——目标函数；农作物的生长特性、条件、气候等因素对作物套种起着限制作用，并且是不能人为解决的，称为——约束条件；套种的技术水平、田间管理、病虫防治等对产量产值有直接影响，即影响因素，可见影响因素是可以人为调节的。最优方法通常是在一定人力、物力、财力资源条件下，使经济效果（如产值、利润等）达到最大，并使投入的人力、物力达到最小的方法。
教师：在生活中，我们经常会遇到一些复杂的数字问题，纯定量分析是不够的，我们常常是借助数学手段定量与定性结合的分析比较，寻求最优方案。这种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学模型。它是真实系统的一种抽象。
案例二：利润问题
某家具厂要安排一周的计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需4平方木板及20小时工时，制作一张椅子需6平方木板及18小时工时；每周拥有木材板料600平方，可用工时400小时；每张桌子利润50元，每只椅子利润60元。按合同每周至少要交付8张桌子和5张椅子。假定所有产品都能销售，那么该每周生产桌子和椅子分别为多少时，利润最大？
教师提问：这里，系统需要进行最优化的目标是什么？
学生：获得利润最大值。
教师提问：利润受到哪些人为可调节的因素影响？
学生：每周生产桌子和椅子的数目。
教师提问：在这个利润问题的系统中，又存在哪些不能人为解决的约束条件呢？
学生：制作一张桌子需4平方木板及20小时工时，制作一张椅子需6平方木板及18小时工时；每张桌子利润50元，每只椅子利润60元。
教师：若把利润最大值用表示，变量每周生产桌子数用表示,每周生产椅子数用表示，请你根据已知条件，列出求解最优化问题的有关数学式子。
其中(1)式体现了目标与产量、利润总和之间的关系,也就是目标函数。（2）（3）（4）（5）式则体现了约束条件。
教师：数学思维很清晰！下面就请大家算一算的解，找出最大利润值。
学生：算不出来！
教师引导：仔细观察这四个约束条件的式子，找出数据中体现出受限最大的约束条件是哪个？
学生：工时！
教师：好，请你将最主要的约束条件（3）与目标函数式（1）联系起来，看看你能不能发现影响因素与最优值的关系。
学生：生产椅子所需工时少利润大，生产桌子所需工时多利润反而小！生产的椅子越多利润越大。
教师：那我们干脆不生产桌子了，专门生产椅子，可不可以？
学生：不行，至少要生产8张桌子！
教师：哦，原来还有约束条件（3）的限制。那好我们就生产8张桌子，算一算椅子最多可以生产多少张？
学生：13张！
教师：8张桌子，13张椅子。把你们经过一番分析计算选择的这两个变量的解代入约束条件看看是否超出了约束条件的限制范围。
学生：都在约束条件范围内。
教师：再利用这两个变量的解，算一算利润最大值是多少？
学生：1180元。
教师：我们再随意找几对满足约束条件的的解带入目标函数检验一下，1180是不是利润最大值。如：（每个小组分别用一对计算）
学生交流：
教师总结：以上计算表明，我们找到经过数学方法求出的就是最优值！回忆我们求解的过程，最优化方法解决问题的一般步骤：
（1）提出系统需要进行最优化的问题，收集有关资料和数据；
（2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，建立有关约束条件，分析模型；
（3）选择合适的最优化方法； （4）求解方程； （5）最优解的验证和实施。
这种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学模型。数学模型是研究和掌握系统运动规律的有力工具，它是分析、设计、预报或预测、控制实际系统的基础。是我们在解决问题时，常用的一种方法。
2．应用：学生探究（2人一个小组）
要求学生分组利用提供的大、中、小三个大小不同的齿轮将上节课完成的旋转木马进行系统优化，看谁的木马转的又快又稳。
学生进行探究……
A组：将传送带传送改为大齿轮带动，三个齿轮传送；
B组：将传送带传送改为中齿轮带动，三个齿轮传送；
C组：将传送带传送改为小齿轮传送，三个齿轮传送；
D组：齿轮与传送带一起赞成传送系统……
小组比赛交流。
学生体会：皮带传送系统在木马旋转时，皮带容易出轨，同时因为速度太大使系统容易散架。针对这个问题，利用有限的资源，将皮带传送换成齿轮传送后，发现齿轮传送比皮带传送速度更快更牢固；再更换三种齿轮的带动比较，又发现大齿轮带动时，动力更足速度加大了稳固性能也增强了。
八．教学反思
教材的案例选择切题，但是有部分案例离我们海南的实际甚远。在教学的过程中我选用了教材中技术类的案例，拓展了我们对技术的视野；但是生活案例我倾向于改用我们身边的例子，大家熟悉，分析起来有亲切感、简单易懂又激发了学生自主参与的乐趣。故在本案例中将“麦、棉、瓜、玉米套种”案例换成“槟榔与香草兰套种”，实践证明效果很好，学生很感兴趣。本节课内容较多，学生探究活动时间就比较紧。
第三课时 系统的设计(1)
一、教学目标
1. 知识与技能目标
（1）通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
（2）确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计。
2. 过程与方法目标
(1) 通过案例进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系, 进行系统分析和优化.
(2)通过手电筒进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系, 进行系统分析和优化.
3. 情感态度和价值观目标
(1)学会把系统思想和方法运用到自己的生活、工作和学习中去进行设计
(2)培养学生动手动脑实践能力。
二、教学重点：(1)系统设计中要考虑的主要问题；系统设计的一般过程及思想方法。
(2)系统设计中要考虑的主要问题分析。
三、教学难点：简单系统的设计的实现。
四、教学方法：讲授法、任务驱动、小组合作。
五、设计思想
1. 教材分析
系统设计是研究和认识系统的目的，本节教学内容应围绕系统设计展开。根据系统的目的和要求、各子系统之间的相互关系，对系统进行整体设计、评价和优化，就是系统设计。通过分析系统设计应考虑的主要问题，根据系统设计的一般步骤，应能进行简单的系统项目设计。可结合具体实例让学生分析系统设计应考虑哪些主要的问题，并组织讨论活动。
本节由“1.系统的设计”、“2.简单系统的设计的实现”等2小节组成。
本部分教材编写突出连个特点：首先，突出技术的思想方法。教学内容体现了科技发展的先进成果和先进文化，是当代技术思想和方法重要的基础组成部分，具有丰富的思想内涵和方法论意义，对所有学生的发展都具有教育价值，是技术的学习真正超越技能主义的局限，使技术成为“有思想的技术”，拓展学生对技术的认识，促使学生认识上的迁移和共通能力的发展。其次，强调运用理论和方法解决实际问题。这里更多的是注重学生从理论到实践的第二次认识飞跃，在编写安排上是从理论入手，最后回到设计的实践。
２. 学情分析
通过上节课的学习，学生对系统的优化已经有了初步的了解，通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
3. 教学策略设计
在教学实践中让学生分成学习小组进行设计并给出设计方案，让学生在技术实践中学会系统设计的方法，教师引导学生进行总结和提升。通过案例简单系统进行设计，把系统的思想贯穿于整个设计当中，初步学会简单的系统设计的基本方法，学习如何进行系统设计
六、教学准备：玩具电动机、灯泡、齿轮、手摇柄、导线等
七、教学过程：
一）引入：
我们每个人都会在日常生活中遇到系统设计，系统设计运用的案例比比皆是：
家庭室内装修设计 假期旅游行程设计 个人形象设计 班级管理系统设计
学校田径运动会竞赛日程表设计等等
二）新课教学：
阅读课文第76到90页，思考以下三个问题：
1.什么是系统设计？ 2.系统设计应考虑的主要问题有哪些？ 3.系统设计的一般步骤是什么？
抽学生回答，检查阅读结果。加深其他学生印象。
（一）系统的设计
1．系统的设计的涵义：
系统设计：在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。
2．系统设计应考虑的主要问题：
（1）系统设计的目的与要求。
理解：从系统的整体出发，以系统整体功能的最优为目的
（2）系统各部分之间的相互联系与相互作用。
理解：运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。依据系统的基本特性，既要考虑当前，也要考虑长远。
（3）系统设计方案的优化。
理解：从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善个部分的设计。
马上行动：
思考：从系统设计的思路出发，怎样理顺这些关系？
学生：路向选择——地质勘探——资金分配——人员调配——材料购置——施工进度
（1）要实现筑路工程的总体目标是：经济、快速、安全、方便地选择路向。
（2）进行地质勘探，哪些路段适合筑路，哪些路段不适合筑路，哪些地段适合架桥，哪些地段要避开耕地。
（3）选择筑路技术方案，不同的地段实施不同技术方案，如公路要越过两座山坡，是穿隧道还是绕道行。
（4）进行资金合理的分配
（5）考虑工期、人员、材料安排方案，合理安排人员，各段工程同时进行，实行并行施工，在不增加总资金的情况下，降低材料成本，减少材料的浪费，就近取材，就地取材，选择合理路线购置材料。 在不增加过多人工的前提下，提高工程进度，提高劳动生产率。
3．系统设计的一般步骤：
（1）将系统分解为若干子系统； （2）确定各子系统的目标、功能及其相互关系；
（3）对子系统进行技术设计和评价； （4）对系统进行总体设计和评价。
可以概括为“总——分——总”。就是当我们要设计一个系统对象时，可以先将对象分解为一个子系统，分析和确定各个子系统的目标、功能以及它们之间的相互关系和结构组成，然后单独对每个子系统进行技术设计、评价及优化，然后对由完成的子系统作为构件的系统整体进行总体技术设计和评价。
4. 系统设计的基本方法要点：
1)遵守设计的一般过程、方法和原则（见《技术与设计1》P35～P39）
2)遵守系统设计中特有的两条原则：
（1）设计好系统中的每一个元素或子系统。 （2）设计好各元素或子系统之间的协调关系。
（二）简单系统的设计的实现：
系统设计多用于比较复杂的社会系统工程、经济系统工程、规划系统工程、生态系统工程、能源系统工程、交通运输系统工程、农业系统工程、工业及企业系统工程、军事系统工程等方面（讲解课本上两个案例）。
案例分析：手电筒照明供电部分的设计
讲解：王丹遇到了照明问题，想解决这个问题就要用到系统设计
（一）王丹的目的：用所学过的知识，设计并制作一只简易的手电筒。
（二）设计要求：可照明的手电筒，携带方便，使用安全。
（三）设计分析：
1．手电筒的结构：
（1）可把手电筒看成一个整体
（2）再把手电筒照明供电部分分为两个子系统，一个是照明子系统；另一个是供电子系统。
（3）照明子系统的要素是灯泡、导线。 （4）供电子系统的要素是电源、开关。
2．手电筒的功能
（1）手电筒的功能就是照明，取决于各个组成要素
（2）供电装置电源是通过导线的连接驱动灯泡的发光，这些是基本要素，缺少任何一个，手电筒都不能正常工作。
3．手电筒的组装
（1）将手电筒的各个要素按照一定的要求进行匹配，组装才能达到目的功能
（2）合理选择元器件
（四）设计方案：方案C
1．设计目标：设计一个自动发电手电筒，用发电机代替干电池进行供电。
2．手电筒系统的各要素：
3．工作原理：
用手摇动手柄，使齿轮转动，带动由磁铁和线圈组成的发电机旋转，线圈在磁场中转动时切割磁感线产生感应电流，将机械能转化为电能，输出电流，使小灯泡发光。
（五）方案制作：
试验：测试玩具电动机能否改装为发电机
试验器材：玩具电动机、小灯泡、粗棉线、导线。
试验过程：
（1）在电动机的接头上连接小灯泡。 （2）在电动机的转轴上绕十几圈的棉线。
（3）用力快速抽动棉线，使电动机的转子迅速转动，观察小灯泡发光情况。
试验总结：
当外力使电动机转子迅速旋转时，转子线圈中产生感应电流，小灯泡发光。玩具电动机经改装可以发电。
讲解：试验获得成功后，他们开始动手制作。
（1）?设计简单电路，画出电路图。
（2）?根据电路图，选择元器件，2．5V的灯泡、导线、发电机、大齿轮、小齿轮、发电机座子、手柄等。
（3）?通过手摇柄控制灯泡发光。
工作原理：手柄的轴与大齿轮轴连接，利用轮轴原理，把手运动带动大齿轮转动，大齿轮与小齿轮啮合提高小齿轮的转速，带动发电机的转子高速旋转，快速切割磁感线引起磁通量的变化，产生感应电动势，有了感应电流，使小灯泡持续发光。
学生动手试验制作：
问：你们在设计和制作时遇到哪些问题？
学生：小玩具电动机选择，大小齿轮的匹配。
问：对手电筒的设计方案怎样进行优化的？
案例分析：“室内住宅电气系统设计”
现在人们最大消费就是购房，当房子买下后，面临的就是装修问题了。在装修过程中，许多业主和装修公司都十分重视“木工活”、“瓦工活”的施工质量和效果，人们容易忽视住宅的室内电气设计，导致装潢完成后才发现有设计不合理之处，或住户对每条线路的走向一无所知，殊不知，对将来的使用影响最大的，既不是地上的砖铺得平不平，也不是墙壁上的涂料刷得是否牢固，而是室内电线、电话线、有线电视光缆的铺设是否安全合理，使用后出现了故障能不能检修，所以进行住宅室内电气线路设计很重要。
随着住户各类家用电器的逐渐增多，特别是空调、电热水器等大功率电器的使用，住宅电气设计由原来的纯照明向多功能的方向发展。为避免住户使用过程中的电气线路过载等状况的发生，运用系统的思想整体地进行电气线路的设计是非常必要的。
下面我们就对杨辉购买的一套135.6m2的三室二厅的新房室内电气线路进行系统的设计.
组织学生讨论并分析教材第89页案例: “室内住宅电气系统设计”明确室内住宅电气系统的设计从以下方面考虑。
（一）系统设计的目的与要求：
1．分析室内照明的功能需求，书房、卧室、客厅、厨房、卫生间和凉台的照明要求是如何的？
2．系统组成部分之间的相互联系和作用：针对不同的照明需求来选择怎样的灯具？
3．如何计算家居总用电量？ 4．室内照明的电线敷设的安全标准？ 5．系统设计方案及其优化：
（二）设计要求:
1.用电负荷:照明用电负荷800w，娱乐用电负荷1500w，厨房用电负荷1300w，空调用电负荷3000w。最大功率P=800w+1500w+1300w+3000w=11100w
2．照明和各种家用电器使用安全、方便，相互之间影响小，便于维修。
（三）设计分析；
1．设计的目的方便住户使用，满足住户的舒适和审美要求，便于维修，安装规范，确保室内电气线路的安全。
2．室内配电系统由电源配电箱和若干个回路组成，它们构成了室内电器线路系统的子系统。
3．当某一回路发生故障时，不影响其他回路的正常工作。
（四）设计方案：
1．电源配电箱
电源通过住宅的专用配电箱再进入室内房间，配电箱中应有短路、过载和漏电保护，具有过负载、
过电压和漏电保护功能。每户应设置强弱电箱，配电箱内应设动作电流30MA的漏电保护器，分路经过控开后，分别控制照明，空调，插座等。控开的工作电流应与终端电器的最大工作电流相匹配，一般情况下，照明10A，插座16A，柜式空调20A，进户40-60A。
2．电路的设计
杨挥家用电负荷最大值约为11.1kw，通过安全电流11.1kw/220v=21A,电流过大各线路必须采用单独的电路回路。室内配电系统采用多回路形式，本例设计有照明回路、插座回路、空调回路，对于厨房、浴室设立单独回路。
3．导线与电器设备选择
（1）导线:为了防火、维修及安全，最好选用有长城标志的“国标” 塑料或橡胶绝缘保护层的单股铜芯电线，线材槽载面积一般是：照明用线选用1.5平方毫米，插座用线选用2.5平方毫米，空调用线不得小于4平方毫米，接线选用绿黄双色线，接开关线(火线)用红、白、黑、紫等任一种。但在同一家装工程中用线的颜色用途应一致。
（2）电器设备：电源配电箱、电表、控制开关漏电保护开关、电源插座、开关面板、插座的选材面板的尺寸应与预埋的接线盒的尺寸一致；表面光洁、品牌标志明显，有防伪标志和国家电工安全认证的长城标志；开关开启时手感灵活，插座稳固，铜片要有一定的厚度；面板的材料应有阻燃性和坚固性。
三）教学反思：
第四课时 系统的设计(2)
一、教学目标
1. 知识与技能目标
（1）通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
（2）确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计。
2. 过程与方法目标
(1) 通过案例进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系, 进行系统分析和优化.
(2)通过手电筒进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系, 进行系统分析和优化.
3. 情感态度和价值观目标
(1)学会把系统思想和方法运用到自己的生活、工作和学习中去进行设计
(2)培养学生动手动脑实践能力。
二、教学重点：(1)系统设计中要考虑的主要问题；系统设计的一般过程及思想方法。
(2)系统设计中要考虑的主要问题分析。
三、教学难点：简单系统的设计的实现。
四、教学方法：讲授法、任务驱动、小组合作。
五、设计思想
1. 教材分析
系统设计是研究和认识系统的目的，本节教学内容应围绕系统设计展开。根据系统的目的和要求、各子系统之间的相互关系，对系统进行整体设计、评价和优化，就是系统设计。通过分析系统设计应考虑的主要问题，根据系统设计的一般步骤，应能进行简单的系统项目设计。可结合具体实例让学生分析系统设计应考虑哪些主要的问题，并组织讨论活动。
本节由“1.系统的设计”、“2.简单系统的设计的实现”等2小节组成。
本部分教材编写突出连个特点：首先，突出技术的思想方法。教学内容体现了科技发展的先进成果和先进文化，是当代技术思想和方法重要的基础组成部分，具有丰富的思想内涵和方法论意义，对所有学生的发展都具有教育价值，是技术的学习真正超越技能主义的局限，使技术成为“有思想的技术”，拓展学生对技术的认识，促使学生认识上的迁移和共通能力的发展。其次，强调运用理论和方法解决实际问题。这里更多的是注重学生从理论到实践的第二次认识飞跃，在编写安排上是从理论入手，最后回到设计的实践。
２. 学情分析
通过上节课的学习，学生对系统的优化已经有了初步的了解，通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
3. 教学策略设计
在教学实践中让学生分成学习小组进行设计并给出设计方案，让学生在技术实践中学会系统设计的方法，教师引导学生进行总结和提升。通过案例简单系统进行设计，把系统的思想贯穿于整个设计当中，初步学会简单的系统设计的基本方法，学习如何进行系统设计
六、教学准备：玩具电动机、灯泡、齿轮、手摇柄、导线等
七、教学过程：
（一）回顾旧课
在上节课里，我们已经设计出了方案，这节课我们将主要进行线路布置。
（二）线路布置
1．智能系统：在住宅电气线路设计中应预埋电话线、有线电视信号线、视频线、网络线，在客厅和三间睡房预埋电话线、有线电视信号线、视频线、选择其中一间睡房作为书房，预埋网络线。
2．照明回路：在睡房、客厅、饭厅、厨房、浴室、凉台室安装一个主光源吊灯，在睡房和客厅的墙壁上安装辅助光源壁灯。
3．功能电路：厨房放置冰箱、电饭堡、电热水器，排气扇电源插座，浴室安装淋浴器、洗衣机的电源插座，睡房和客厅安装空调的电源插座，书房安装娱乐电视机、音响、电脑等的电源插座都是独立的电源回路。
4．线路布置图：在形成了住宅的电气线路设计方案后，绘制出线路走向位置尺寸图和线路布线图，编写《电气线路设计说明书》草拟布线图。
（1）划线。确定线路终端插座，开关，面板的位置，在墙面标画出准确的位置和尺寸。
（2）开槽。 （3）电源线配线 （4）埋设暗盒及敷设PVC电线管。 （5）穿线。
（6）安装开关，面板，各种插座，强弱电箱和灯具。 （7）检查。
（8）完成电路布线图，并向住户反馈设计方案，根据住户的意见进行修正。提交设计单位备案。
5．布线要求原则：
（1）设计布线时，执行强电走上，弱电在下，横平竖直，避免交叉，美观实用的原则。
（2）开槽深度应一致，一般是PVC管直径+10MM。
（3）电源线配线时，所用导线截面积应满足用电设备的最大输出功率。一般情况，照明1.5平方空调挂机及插座2.5平方，柜机4.0平方，进户线10.0平方。
（4）暗线敷设必须配阻燃PVC管。插座用SG20管，照明用SG16管。当管线长度超过15m或有两个直角弯时，应增设拉线盒。天棚上的灯具设拉线盒固定。
（5）PVC管应用管卡固定。PVC管接头均用配套接头，用PVC胶水粘牢，弯头均用弹簧弯曲。
（6）PVC管安装好后，统一穿电线，同一回路电线应穿入同一根管内，但管内总根数不应超过8根，电线总截面积（包括绝缘外皮）不应超过管内截面积的40％。
（7）电源线与通讯线不得穿入同一根管内。
（8）电源线及插座与电视线及插座的水平间距不应小于500mm。
（9）电线与暖气、热水、煤气管之间的平行距离不应小于300mm，交叉距离不应小于100mm。
（10）穿入配管导线的接头应设在接线盒内，线头要留有余量150mm，接头搭接应牢固，绝缘带包缠应均匀紧密。
（11）安装电源插座时，面向插座的左侧应接零线（N），右侧应接相线（L），中间上方应接保护地线（PE）。保护地线为2.5平方的双色软线。
（12）当吊灯自重在3kg及以上时，应先在顶板上安装后置埋件，然后将灯具固定在后置埋件上。严禁安装在木楔、木砖上。
（13）连接开关、螺口灯具导线时，相线应先接开关，开关引出的相线应接在灯中心的端子上，零线应接在螺纹的端于上。
（14）导线间和导线对地间电阻必须大于0.5MΩ。
（15）电源插座底边距地宜为300mm，平开关板底边距地宜为1300mm。挂壁空调插座的高度1900MM。脱排插座高2100MM，厨房插座高950MM，挂式消毒柜1900MM，洗衣机1000MM。电视机650MM。
（16）同一室内的电源、电话、电视等插座面板应在同一水平标高上，高差应小于5mm.
（17）安装开关，面板，插座及灯具时应注意清洁，宜安排在最后一涂乳胶漆之前。
6．各房间的布线：
（1）卧室：
一般应为6支路线：包括电源线、照明线、空调线、电视馈线、电话线、电脑线。
卧室各线终端欲留：床头柜的上方欲留电源线口，还应欲留电话线口。写字台或电脑台上方应
装电源线、电视馈线、电脑线、电话线接口。照明灯光采用单头灯或吸顶灯，多头灯应加装分控器，重点是开关，采用双控开关，单联，空调线终端接口欲留。
（2）走廊、过厅：
应为2支路线：包括电源线、照明线。电源终端接口欲留1—2个。灯光应根据走廊长度、面积而定、如果较宽可安装顶灯、壁灯；如果狭窄，只能安装顶灯或透光玻璃顶，在户外内侧安装开关。
（3）厨房：
应为2支路线：包括电源线、照明线。电源线部分尤为重要，最好选用4mm2线，因为随着厨房设备的更新，目前使用如微波炉、抽油烟机、洗碗机、消毒柜、食品加工机、电烤箱、电冰箱等设备增多，所以应根据客户要求在不同部位欲留电源接口，并稍有富余，以备日后所增添的厨房设备使用，电源接口距地不得低于50cm，避免因潮湿造成短路。照明灯光的开关，最好安装在厨房门的外侧。
（4）餐厅：
应为3支路线：包括电源线、照明线、空调线。电源线尽量欲留2至3个电源接线口。灯光照明最好选用暖色光源，开关选在门内侧。空调也需按专业人员要求欲留接口。
（5）卫生间：
应为3支线路：电源线、照明线、电话线。电源线以选用4mm2线为宜。考虑电热水器、电加热器等大电流设备，电源线接口最好安装在不易受到水浸泡的部位，如在电热水器上侧，或在吊顶上侧。电加热器，目前看好的是浴霸，同时可解决照明、加热、排风等问题，浴霸开关应放在室内。而照明灯光或镜灯开关，应放在门外侧。在相对干燥的地方欲留一个电话接口，最好选在坐便器左右为宜，电话接口应注意要选用防水型的。最好在坐便器旁再安个排风扇开关。
（6）客厅：
客厅布线一般应为8支路线：包括电源线（2.5mm2铜线）照明线（2.5mm2铜线）、空调线（4mm2
铜线）、电视线（馈线）、电话线（4芯护套线）、电脑线（5类双脚线）、对讲器或门铃线（可选用4芯护套线，备用2芯）、报警线（指烟感，红外报警线，选用8芯护套线）。 客厅各线终端欲留分布：在电视柜上方欲留电源（5孔面板）、电视、电脑线终端。空调线终端欲留孔应按照空调专业安装人员测定的部位欲留空调线（16A面板）、照明线开关。单头或吸顶灯，可采用单联开关；多头吊灯，可在吊灯上安装灯光分控器，根据需要调节亮度。在沙发的边沿处欲留电话线口。在户门内侧欲留对讲器或门铃线口。在顶部欲留报警线口。客厅如果需要摆放冰箱、饮水机、加湿器等设备，根据摆放位置欲留电源口，一般情况客厅至少应留5个电源线口。
（7）书房：
应为7支线路；包括电源线、照明线、电视线、电话线、电脑线、空调线、报警线。
书房内的写字台或电脑台，在台面上方应装电源线、电脑线、电话线、电视线终端接口，从安全角
度应在写字台或电脑下方装电源插口1-2个，以备电脑配套设备电源用。照明灯光若为多头灯应增加分控器，开关可安装在书房门内侧。空调欲留口，应按专业安装人员要求欲留。报警线应在顶部欲留接线口。
（8）阳台：
应为2支线路：包括电源线、照明线。电源线终端欲留1—2个接口。照明灯光应设在不影响晾衣物的墙壁上或暗装在挡板下方，开关应装在与阳台门相联的室内，不应安装在阳台内。
7．方案实施：
布线的时候的特别要求：
强电和弱电的管槽之间距离30厘米以上，因为并排走线强电和弱电之间会有干扰。
（1）插座多装，宁滥勿缺。楼梯间一定要有插座。炉灶旁边不要设插座，有安全隐患。
（2）开关不要放在门背后等距离狭小的地方。（3）走道里最好设计一个双控灯，这头打开，那头关闭。
（4）插头最好买带有面板的，一些长时间不用的插座不容易损坏。
（5）餐厅灯要考虑餐桌摆放的位置，否则灯不在餐桌正中。
（6）小的射灯一定要装变压器，没有变压器，灯就像随时会爆炸的小炸弹，最后的结果是永远不
（7）多买2眼的插座，3眼的电器少。 （8）有线插座要买宽频的。
（9）原有的下水管、地漏的位置最好别改变。改不好的话，最容易泛水。
（10）电工管线铺完没封槽之前，画出走线图。
（11）为了省电，请精确规划平时微弱耗电电器(如电视、DVD机、微波炉、空调，DVD机等)的插座。不拔插头都处于待机状态的DVD最好装有开关的插座面板，因为待机所耗的电在普通电表里读不出来，但分时电表会读出来。
（12）穿好线管后要把线槽里的管道封闭起来，用水泥砂浆把线盒等封装牢固，其合口要略低于墙面
0.5cm左右，并保持端正。走暗线时通信线不仅不能和电源线的管路一起走，并且还要保持50厘米
以上的间距，否则会产生电磁干扰。
(三) 课堂小结
1)系统的设计的涵义：
2)系统设计应考虑的主要问题：
3)系统设计的一般步骤
（四）教学反思
第五课时 控制的手段与应用
一、教学目标
1. 知识与技能目标
（1）理解控制的含义。
（2）理解生活中的控制现象，明确其控制对象，控制目的及控制手段。
（3）理解控制在生产和生活中的应用。
2. 过程与方法目标
通过案例分析体会控制在生活、生产中的应用，以及人在其过程中所起的作用。
3. 情感态度和价值观目标
通过介绍现在控制技术的发展,使同学们感受对控制技术对人类生活的影响，升华情感。
二、教学重点：理解控制的涵义、手动控制、自动控制。
三、教学难点：理解生活中的控制现象，明确其控制对象、控制目的及控制手段；学会控制系统的分类。
四、教学方法：教授、任务驱动、小组合作。
五、设计思想
1. 教材分析
“了解控制”是通用技术必修模块“技术与设计2”第四章第一节的内容。本意主要通过一定的事例让学生感受什么是控制，以及控制的概念和控制的分类，着重介绍手动控制、自动控制，它是学习控制与设计的一个导入与基础。通过对事例的分析，让同学们明白，控制在设计中的重要性。从一开始就让学生对控制产生一种好奇，想学习的念头。为我们的教学做下更好的铺垫。而控制本身就是一个充满新奇和挑战的话题。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认识，同时感受控制技术与生活、生产的密切关系。
教学以培养学生富有个性的发展为前提，根据本节课中各个知识点的联系，采用“主题任务”的教学模式。通过任务驱动法，得用多媒体教学系统和投影设备以及加入一些身边的游戏活动，使学生在任务中学习，在游戏实践中探究。在探究中总结归纳知识规律和方法，加强知识的实际应用。
2. 教学思路
在本节的教学中，通过分析生活中的事例，以及渗入一定的游戏，引导学生讨论、自主探究、自动构建知识，实现学生能力拓展，开阔学生视野，达到知识迁移目的。总体教学流程为：“创设情境（整体回顾）——相互交流——游戏导入——讲授新课、归纳知识点——能力拓展——开阔视野——情感升华——总结”。 首先从一个电动（手动发电）小猪来引出“控制”一词，并对技术与设计的四大模块进行回忆。让同学们亲身感受到控制在日常生活中的重要性。再次让师生相互交流，学生说出一些身边的控制事例，老师进行总结并不断升华。接着三个游戏活动，指出在控制涵义中的三个最主要的方面。师生一起来总结出控制的涵义，并对一些典型事例进行分析，提高学生的能力。最后结合书中内容和多媒体的展示，了解手动控制和自动控制。以及控制在生活、生产中的应用，提出来一些问题让学生们思考，学生进行小组讨，从而提升学生的情感思想。最后，对本节课进行小结。
3. 学情分析
学生在日常生活中，早就对控制有所了解，他们需要通过一个途径从中了解真正的原因，从而更加清楚的体会到控制普遍存在于当今社会的各个方面。并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。本节课内容多半以概念为主，可能引起学生的兴趣不是很大，需要通过一定的事例讲解“概念”内涵，而不要只是单纯的进行传统的传授式教学，以免使学生对教学内容感到枯燥乏味。
六、教学准备
1. 相关学科知识：本单元要求学生具有初中物理学科电学基础知识。 2. 教学器材和材料：多媒体、相关图片资料、飞镖、手动发电机、小米老鼠、接力棒等。
七、教学过程
教学内容
教学环节
教学活动
设计意图
教师活动
学生活动
一、创设情境，引出主题
整 体 回 顾
问：同学们，老师给大学展示一个小物体，看完以后，哪位同学能告诉老师，你都是从哪些角度来观察它的呢？你最感光趣的是哪一部分呢？（展示发电小猪。）
学生回忆、再现、回答
知识准备
通过整体回顾本书的内容，从而为引出“控制”一词做出铺垫。
回顾技术与设计的四大典型模块，从而引出控制技术在日常生活中的重要性。为下面的内容做个铺垫。
二、新课导入
相互交流
1.其实我们在日常生活中，都有意无意地进行着控制。如：骑自行车、打开电灯，学习成绩等等。 问：在你的生活当中，控制技术存在于哪些方面呢？（学生回答）
根据教师的提示，带着问题进行思考并作好记录。
从简单情况开始，循序渐进，引导学生利用旧知识去解决问题。 希望学生从生活中感受到控制技术的作用。
过渡：同学们,可见在我们的生活当中,无时不刻应用着控制技术,无论是你们之前提到的,还是老师为你们举到的一些例子,我们都感觉到它的重要性,既然它如此重要你们想不想去感受一下它的魅力呢?
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三、布置游戏和任务，体现问题解决步骤
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控制的涵义
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组织游戏1
飞镖游戏：请二、三个同学来完成这个游戏。 问：你在整个过程中是如何操作的呢？ 特点：目的性 对学生完成的结果进行评价.
让同学亲身感受到控制存在于我们的身边。并对控制的定义有个更深入的了解。
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通过接力比赛的游戏，使同学们亲身感受在控制过程中，关于运用何种手段，对完成某一任务的作用是非常重要的。
游戏导入
记忆深刻
目的
游戏2导入
过渡:看来只确定好目标还是不行的,为了完成任务,在确定好了目标后,更重要的就是什么呢?请学生回答,并进行分析. 那就让我们游戏一下,看看你们能不能发现答案呢?
手段
游戏2:如果同学们觉的你还没有体会到控制的魅力的话，下面我们就做一个现实的游戏，让同学们一起来亲身感觉一下什么是控制？（运动游戏） 问:1.你能告诉老师你最终的目的是什么吗？ ?? 2.那你又是如何完成这个任务的呢？ ? 请学生完成,并对其结果进行分析.
提问:
既然有了目标,又有了一定解决的方法,同学们想一想,我们还缺什么呢?
学生根据已有的知识进行思考回答。
加深记忆，理解控制的内涵。
手段
组织游戏3
导入；同学们和老师一起欣赏一张图片，看完后请同学们来回答老师的问题？ 展示图片1：ppt演示
提问:
同学们来设想一下,图中右边的那个人为什么要掐住左边那个人的脖子呢?
通过游戏和观看图片,我们已经对控制有所了解,那位同学能来总结一下控制的涵义呢?
学生根据已有的知识进行思考回答。
事物
教师讲授新课、归纳知识点
控制的涵义并进行分析(从古至今)其实在我们的祖先早很久就能够很好的运动控制技术了？——大禹治水
理解控制的涵义
活动一：课堂能力拓展
ppt演示,学生举例讨论
过渡：同学们都知道,对待任务事物时,都是仁者见仁,智者见智,不同的人所采用的手段也不同,那么最终达到的效果也不一样,同学们都知道控制的实现需要通过一定的手段，同学们也看到了，在好多的控制当中，少不了人的干预。既然是这样，我们就可以把控制分为手动控制和自动控制。
手动控制和自动控制
活动二
请说说你所了解的人工控制和自动控制的事例
学生回答
?? 从身边的事例来讲解一些控制技术的运用。
开阔 视 野
手动控制/人工控制
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。ppt展示图片（手动发电机）视频 问:在汽车下坡过程中,你是如何控制的呢?
同学们可以通过图片看到哪些是人工控制的事例
自动控制
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。ppt展示和视频 问:为什么视频中擦玻璃的那个人的表情会如此茫然? 你能帮他解释一下这是为什么吗? 如果让你来擦玻璃,你将对如何控制这个门呢?
同学们可以通过图片看到哪些是自动控制的事例
思考： 通过上述的讲解同学们是不是已经理解了什么是控制，了感觉到控制存在于当今社会的各个方面，那么下面我们就一起从不同的角度去感受一下控制技术的作用，看一看我们能不能离开它？同学们也想一想，一旦我们离开了它，我们的生活将变成什么样子呢？
小 结
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1.控制的涵义
2.手动控制和自动控制
? 本节课小结，知识复习
围绕“控制”这个主题，本节课共设计了二个游戏和两个任务以及一个探究活动和能力拓展活动
? 1.游戏：第一个游戏是投飞镖，这个游戏是同学们都很熟悉的活动，通过投飞镖时的目标设定从而引出控制中第一个重要因素首先要确定目标。第二个游戏是接力比赛游戏，让学生亲自示范从而达到设计的最终目的引导出控制的第二个重要因素要选择合适的手段。最后通过对一张图片的观察，从而引出在有了目标、选取了手段，还要选择合适的对象。通过二个游戏和一张图片，从而总结也控制的涵义。
2.课堂作业（能力拓展活动）
控制事例
控制的对象
控制的目的
控制的手段
用喷雾器喷洒农药
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音响的音量控制
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人力三轮车转弯中的方向控制
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?? 学生举例，并进行讨论。
?? 通过本活动的进行，使同学对控制的理解更深一步，并且同学们也能自己来分析某一事例的控制过程。
3.二个任务：第一个任务是在看完一段汽车下坡的视频后，对其内容的解释，一个目的是让学生们再次了解到控制技术在我们日常生活中的应用。另一方面是让同学们了解到人工控制的含义。第二个任务是看完一段自动门的视频，让同学们帮助视频中那位迷茫的男士。通过学生的回答和老师的总结，从而理解到自动控制含义以及自动控制在我们生活中的应用，最后让同学们帮助那位男士来解决这个问题，不断的升华学生们的理念与思想。
4.探究活动：通过老师给学生们展示一些图片，让同学们了解解到控制技术在我们的生活、生产、农业、军事等其它方面的应用。从而来思考，技术的发展对人类的影响？升华情感。
?八、教学反思
优点：把教学的案例情景设置在学生身边经常遇到的例子，如自行车、飞镖等生活常用工具和产品，根据目标对教学内容进行筛选，尽量去掉教材中易使学生厌烦的信息，留下学生能够参与和感兴趣的信息，激发学生的学习热情。如果有可能，就尽量减少教师的课堂讲解，要给学生充足的时间和空间来思考和发展，使学生有时间和空间进行自我调控、自主学习、自我分析、互相评价、促进学生学会学习。
第六课时 控制系统的工作过程与方式
教 材：通用技术（必修2）
文档内容：控制系统的工作过程与方式
章 节：第四单元 控制与设计 第二节 控制系统的工作过程与方式
课 时：1课时
一、教学目标
1. 知识与技能目标
(1)分析典型案例，熟悉闭环控制系统的基本组成。
(2)能画出一个简单的闭环控制系统的方框图。
(3)熟悉闭环控制系统在日常生活中的应用。
2. 过程与方法目标
(1)通过典型闭环控制系统的分析，熟悉闭环控制系统的基本组成及工作过程。
(2)逐步形成理解和分析闭环控制系统的一般方法。
3. 情感态度和价值观目标
(1)提高对生活中技术问题的敏感度和引发出探究欲望。
(2)通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索敢于创造优良品质。
二、教学重点：(1)闭环控制系统的构成与判断。 (2)闭环控制系统在日常生活中的应用。
三、教学难点：闭环控制系统与开环控制系统的判别。
四、教学方法：讲授法、任务驱动法、小组合作法、演示法、逆推分析法、游戏法
五、设计思想
1. 教材分析
“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。
本课从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对闭环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。
2. 教学策略设计
(1) 让学生自发地、主动地学习。本课教学中以生活中最常见的“杆称”控制系统等问题解决闭环控制系统的工作控制流程，激发学生的认知，引导学生自发地把生活中碰到的闭环控制系统的问题解决。
(2)创设情境。生活中闭环控制系统的例子很多，如电冰箱的温度控制系统、抽水马桶的水位控制系统等，引导学生分析生活中的闭环控制系统工作过程和方框，加强学生工作过程和方框图的理解和应用能力。
(3) 对学生进行现代技术思想和高科技思想方法的指导，使学生获得新信息。
3. 学情分析
学生已学开环控制系统的基础知识和系统、控制等基本概念，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些已知知识和经验为教学中提供了条件，同时也为本节顺利进行闭环控制系统的学习提供了可能。
六、教学准备：电饭煲，台灯，多媒体等。
七、教学过程
1.复习：
（1）我们把控制系统分为：开环控制制系统和闭环控制系统
（2）什么是开环控制系统？ 控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，称为开环控制系统。
(3) 开环控制系统方框图是:
2.引入新课
（1）案例分析：炮弹的控制系统
下面是一个故事
在解放战争时期,有一次战役中，有两个士兵，一个是老兵，一个是新兵，他们坐在防空洞外休息，突然有火炮攻击，那新士兵马上……
在这炮弹的控制系统中有两种情况:
一种是不进行调整只是按设定的距离开炮,没有因素影响可以打中对方,但要是有干扰或者有其它因素影响那就打不中对方了,达不到目的.
另一种是加了一个(侦察兵)把控制系统的输出量(炮弹落的位置)返回到输入端(大炮到对方距离)进行比较,并对控制进行调整的环节,使能准确打中对方.
（2）案例分析
请同学们来试一试这两台台灯在控制中有什么不同?
①可充电台灯的控制系统
可充电台灯只是开灯就亮 ,非常简单,但是亮度不能调节。
②可调台灯的控制系统
可调台灯亮度可调,(它经过人的眼睛不断检测灯的亮度与人眼睛感觉舒适的亮度进行对比而进行调整,使达到人想要的亮度).
（3）案例分析
请问同学们在前面所学的游泳池的定时注水控制系统中有没有不足地方?
有,当多人用水时进水管水压小,进水流量变小,时间到了还没有加到设定的水位。
解决办法是: 增加一个检测游泳池水位的装置，把测量到的游泳池当前水位返回到该控制系统的输入端，通过与输入量对比，当实际水位比设定水位低时，控制器控制进水阀门继续注水；当实际水位达到设定水位时，控制器发出信号关闭进水阀门。
从以上控制系统案例可以看出，在系统的输入端和输出端之间,除了输入到输出传递信息外,还有从输出端返回到输入端的传递信息,(即控制系统把输出量返回到输入端与给定值进行比较,构成一条闭合回路。)
3.闭环控制系统
（1）闭环控制系统是：把控制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。
（2）闭环控制系统的方框图:
（3）扩展思考(可调台灯的控制系统)
可调台灯亮度是经过人的眼睛不断检测灯的亮度与人眼睛感觉舒适的亮度进行对比而进行调整,使达到人想要的亮度,但不方便,一定要有人调节才行。
思考：能不能设计出不用人调节就能达到目的的控制？
（4）体验闭环控制在日常生活中应用
例如：家用电饭煲的做饭和保温的控制系统
①电饭煲的做饭工作过程
普通电饭煲的做饭控制中，首先输入“做饭指令”，按下开关按钮,电热盘工作,煮饭开始,当内锅温度上升到限制温度（103℃）时,感温磁体失去了磁性, (感温磁铁在常温下具有铁磁性，但温度升高到103℃时便失去了铁磁性，这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”)感温磁体和永磁体在弹簧作用下分开,触点开关分离,电热盘停止工作,电饭煲的做饭工作过程结束,电饭煲进入保温控制。
思考与讨论：
●若用电饭煲烧水，水在沸腾以后是否会自动断电？
●若是电饭煲内，感温磁体和永磁体之间的弹簧断了,做饭过程中会是怎么样?
②电饭煲的保温工作过程
当内锅温度下降到保温点（65℃）时，实施保温控制,内锅温度继续下降时,双金片发生变形,触点开关接通,电热盘工作,内锅温度上升,当内锅温度到升保温点（65℃）时,双金片又发生变形,触点又分离,电热盘停止工作,这样电饭煲就达到了保温的目的。
思考与讨论：
●常温下两触点是接触还是分离？
●电饭煲的做饭控制系统和保温控制系统分别是开环控制还是闭环控制?
●写出它们的控制系统方框图?
闭环控制在日常生活中应用还有很多:
例如：(1)电热水壶的温度控制
(2)电热器的温度控制
(3)饮水机的温度控制
(4)马桶水位控制
(5)空调器的温度控制
(6)太阳能热水器的温度控制
(7)电冰箱的温度控制
八、 教学反思
由于学生缺少生活生产的经验，教师如何去弥补这一缺憾很重要。我用了生活中常见的控制事例，学生听起来能接受，因而就有兴趣，接受的效果就好一些。有些控制案例我给学生进行了控制系统的组成分析，让学生知道组成系统的零部件，按功能分这些零部件的作用有什么不同，然后学生自己去分清控制器、执行器、被控对象是什么。
第七课时 闭环控制系统的干扰与反馈
一、教学目标
1. 知识与技能目标
(1) 知道功能模拟方法与黑箱方法都是研究控制系统的常用方法。
(2) 了解功能模拟方法与黑箱方法在控制系统中的应用。
2. 过程与方法目标
(1) 通过“汽车全自动驾驶”与“人工驾驶”的类比分析理解功能模拟方法。
(2) 通过“挑椰子”“判别计算机性能”等案例的分析，了解黑箱方法的应用。
3. 情感态度和价值观目标
(1) 懂得功能模拟方法与黑箱方法在控制领域的重要作用。
(2) 将功能模拟方法特别是黑箱方法有意识的渗透到今后的问题分析当中。
二、教学重点：功能模拟方法与黑箱方法在控制系统的设计与分析中应用。
三、教学难点：1. 功能模拟方法的理解。
2. 功能模拟方法与黑箱方法在控制系统的设计与分析中应用。。
四、教学方法：教授、案例分析、任务驱动。
五、设计思想
1. 教材分析
本课是《技术与设计2》的第四单元“控制与设计”的第三节“闭环控制系统的干扰与反馈”中的第三课时的内容，包括 “功能模拟方法”和“黑箱方法”两部分内容。功能模拟方法是以功能行为的相似性为基础建立模型，用模型模拟原型的功能和行为的一种方法。教材首先以“加热炉温度的手工控制与自动控制”的比对案例来说明功能模拟方法。温度能自动控制的加热炉系统在上一课时是已经分析探讨过的案例。在这里重提就可以很好的与“手工控制加热炉”配对比较。但考虑到“加热炉”对学生来说还是比较陌生，所以在上课时不采用这个案例，而是改用“人工驾驶与自动驾驶汽车”的案例做比对。教材在后面又举了根据模型与人脑在功能行为上相似而实现对人脑的模拟的“国际象棋人机对弈”案例，从而使功能模拟方法更清晰的展现在我们面前。在“黑箱方法”部分教材使用“中医看病”“挑西瓜”等贴切生活的案例把黑箱方法分析得非常的清晰明了。教材引用这些生活化的案例就一子就把理论与人的距离拉近了，陌生感也没有了。利用黑箱方法事物进行分析，可使许多繁杂的问题简单化，它是认识事物的一种有效方法。
教材内容的顺序编排也是比较合理的。在前几课时分别介绍了“控制”“开环控制系统”“闭环控制系统”“干扰因素”“反馈”等内容，而这些都是学习探讨功能模拟方法与黑箱方法的前提基础。
2. 设计理念
功能模拟方法是仿生学中的一种常用研究方法，在控制领域应用广泛，它也为人工智能研究的提供了科学方法。在平时进行方案构思时采用的模仿法与本课探讨的功能模拟法很相近，模仿法的范畴更大一些，这一点在上课时是一定要学生清楚的。本节教学的主体任务是使学生理解并掌握两种分析、设计控制系统的思想方法，最终能对两种方法做简单的应用。为了让学生易于理解就必须尽可能的多使用案例，且是学生熟悉的案例，案例既有文字性也有图片式的。
3. 学情分析
在此前，学生学过了开环与闭环控制系统，对开环与闭环控制系统的组成也都有了一定的认识，这些再加上学生的生活经历都是学习本节的前提基础。“人工驾驶汽车”“中医看病”“挑选西瓜、椰子、电视机”以及“机器人”都是学生熟悉的案例，正是以这些熟悉的案例做分析铺垫，才有可能降低理解难度。本课主要通过大量的生活案例让学生在分析案例的过程中逐步掌握功能模拟方法与黑箱方法的思想的，但对于功能模拟方法的理解还是有一定难度的，所以在实施教学时需要想办法去突破。
4.教学策略设计
先以“人工驾驶汽车”的方向控制问题做导入，分析汽车的行驶方向是如何受到控制的，接着投影“全自动驾驶汽车”案例，比较前后两种行驶方向的控制，知道“全自动驾驶汽车”中控制器代替了人脑的转向控制功能，执行器代替了人手实现车把转向功能，检测装置代替了人眼实现路况识别功能。说明象这种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方法。之后再介绍教材举的“下象棋机器人”，也请学生试列举类似的案例，（会骑自行车的机器人、会拉提琴的机器人……）接着让学生阅读第115页的“阅读”材料，以加深对“功能模拟方法”的认识。接着设置一道与功能模拟方法相关的练习题试做。
在“黑箱方法”部分用教材的“挑西瓜”“中医看病”案例做简单分析，可得知不用打开事物直接看内部结构，也可以通过观察外部或试验等方法就可以认识事物，这种方法就是黑箱方法。接着请三位同学上台试判别两个椰子的老嫩情况，这是跟挑西瓜类似的一个试验，旨在提升学生的感性认识。之后再请全体同学一起讨论“如何简单判别一台计算机的性能”、“试判别教室中的扩音机的扩音是否正常”，这都是黑箱方法的具体应用。最后的再安排教材P116页的“马上行动”作为课后作业。
六、教学准备
1. 教学资源的准备：多媒体教学设备、教学课件PPT、椰子（2个）、（教室的）扩音设备等。
2. 教学课件的准备：教学课件力求简洁，抓住关键知识点，突出中心。
七、教学过程
1.引入
教师：上一课我们专门探讨过闭环控制系统的反馈问题，反馈可以使控制系统的控制精度更高、稳定性更好。下面我们来看两个案例：
（投影：手动驾驶汽车和自动驾驶汽车图片）
a. 手动驾驶汽车 b. “斯坦利”无人自动驾驶汽车
大家说说这两种驾驶汽车的方式中，汽车的行驶方向分别是怎样实现控制的？
学生：（在手动驾驶的案例中，人眼检查路面的信息反馈给大脑处理，大脑控制手去把转方向盘；在自动驾驶案例中，检测装置检测路面信息并将信息送给控制器，控制器控制执行器去调整方向盘从而实现行驶方向的控制）
2.新课
教师：在这两案例中，相应的自动驾驶系统的检测装置代替人眼检测路面状况的功能，控制器代替了大脑的功能，执行器代替了人手的功能。象这个有用有相似功能的机器模块代替了人来实现对汽车行驶方向的控制就是一种功能模拟方法。
（投影：功能模拟方法----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。）
这里说的“模型”是比较笼统的，但它一定是以功能行为的相似性为基础的。就如雷达和蝙蝠，雷达就具有可发射并可接收电磁波功能模块，这些模块就是模型，它具有与蝙蝠相似的功能和行为。
历史上曾经有过能模拟人的动作行为的各种模型，却没有解决从结构上模拟人的大脑进行思考的问题，因为人的大脑太复杂了。在没有彻底弄清人脑内部结构和机理的情况下，必须另辟一新的模拟途径，这条途径不要求从结构上去模拟人脑，而只是要求模型在功能行为上与人脑相似。也就是说，仅仅根据模型与人脑在功能行为上相似，实现对人脑的模拟。
我们来看一则报道（投影）
“据俄罗斯《莫斯科时报》6月10日报道，俄罗斯总统的首席经济顾问达瓦科维奇9日晚上战平国际象棋机器人，比赛结果为1胜1负。 达瓦科维奇同时也是俄罗斯国际象棋协会主席，他承认这是他第一次有勇气和机器人比赛。参赛机器人是俄罗斯工程师用最先进的技术制作的，它能用一只长约1米的手臂移动象棋，并同时与3个人比赛。设计师很自信地说，从理论上来说它是无法被击败的。
这次机器人同时与达瓦科维奇、国际象棋大师伊戈尔和7岁的象棋女神童阿琳娜一起下5分钟的快棋赛。达瓦科维奇赛前和现场的观众及记者说：‘这个机器看起来不像人类，但棋下得比人好。’”
教师：国际象棋机器人具有与人脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维、动作与人下棋。工程师在设计这些机器人时就使用了功能模拟法。
3.学生任务一
（1）用一分钟阅读P115页的“阅读”材料。
（2）判别下列案例是否涉及到功能模拟方法。
会骑自行车的机器人 会拉提琴的机器人 机器人保姆
4.新课继续
教师：假如你要去选购西瓜，你有什么办法在不切开西瓜的情况下就可以选到好的西瓜？
学生：（看、摸、敲、听、掂……）
教师：很好！现在我就想请大家试一下，尽管我手头没有西瓜，但却有两个椰子。（展示）请几位同学过来帮我判别一下哪个椰子可能会好吃一些?你是根据什么来差别的？
学生：（试辨别……）
教师：说明大家的生活经验是非常丰富的！这是好事！
这里我们不需要把西瓜、椰子打开就可以判别它的内部情况。像这种不需要把事物打开观看其内部结构，而是通过观察或试验等方式来认识事物的内部结构及功能的方法就是黑箱方法。
（投影：黑箱方法---把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断系统内部结构及其功能的方法。）
我们生活当中也有很多用黑箱方法来解决问题的案例，就如中医看病。中医是我国几千年传承与发展下来的一门独特医学，是我们的国粹。中医看病是通过什么方式来完成的呢？
学生：（望、闻、问、切……）
教师：说得好! 了解了什么黑箱方法及其作用后，下面就让我们试用黑箱方法去分析某些案例。
5.学生任务二
（1）怎样简单判断一台计算机的性能？
学生：（安装一些大型软件，如图像处理软件、音视频处理软件、3D设计软件、大型游戏等……观察计算机的运行情况）
（2）试判别教室中的扩音机的扩音是否正常？
学生：（请学生到讲台试操作再回答）
<用影碟机或mp3播放器播放音乐，把音乐信号输送给扩音器，调节扩音器音量，辨听从音箱输出的音质；或是将扩音器的音量调到比较大的位置，用手或钥匙碰触音频输入线，细听音箱中是否有杂音出现，如有则说明扩音器是好，否则是有问题的。>
八. 教学反思
通过对大量的生活化案例的分析来突破重难点是本课的一个设计要点，在案例选择上除了教材的“加热炉的温度控制”案例外其余的案例全部使用到，此外还增设了“会骑自行车的机器人”、“会拉提琴的机器人”、“机器人保姆”、“选椰子”、“简单判断计算机的性能”、“判别扩音器扩音功能的好坏”等案例，从而使本课内容充实有加。
第九课时 控制系统的设计与实施
一、教学目标
1.了解简单的被控对象的基本特性。
2.能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图。
3.形成初步的控制系统设计的方案。
4.能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；学会调试运行，提出改进方案。
二、教学重点
1.运用控制系统设计分析方法确定控制系统各部件，形成初步的设计方案。
2.确定被控量和控制量并能画出控制系统的方框图。
三、教学难点： 被控量和控制量的确定。
四、教学方法：讲授、讨论、小组合作。
五、设计思想
1.教材分析
本节课内容为本单元的第四节，是前几节知识的总结与应用。可通过教师的引导和实例，结合学生生活经验，探究控制系统设计与实施的含义，归纳总结控制系统设计与实施的方法。通过设计实践活动，让学生感受和领悟，引导学生思考实现合理的控制设计要考虑的因素。
2.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的生活经历，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。
学法设计：
引导学生进行“问题式学习”，通过尝试——发现，探索——研究的过程来掌握本节课的知识，在老师的帮助下，把生活中的经验逐步与控制系统联系起来，通过动手实践、改造，亲身体会控制系统的实施方法，体验成就感。
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。
（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）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《电吹风》《电暧气》（有开环与闭环两种）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。
（4）老师起到引导的作用，把课堂交给学生。让学生进行设计。
六、教学准备：电吹风等实物，课件、方框图。
七、教学过程
引入：
（一）问题的提出
程同学家的住房面积比较小，卫生间和客厅紧密相连，家里来客人时，使用卫生间厕所马桶时所发出的声音和气味常常使人很尴尬。程同学想如果在马桶内安装一个抽气机，将马桶内的气体直接抽到水箱内的水中，通过水的过滤，消除臭气。这样，由于马桶内的空气流向发生变化，如厕时马桶内发出的声音也可得到控制。
要实现这个想法，抽气机的控制系统部分如何设计呢？
新课：
（二）控制系统设计的一般思路：
1.要设计好一个控制系统，需要：
（1）明确这个系统要达到的目的是什么？
（2）所要控制的对象是什么？
（3)被控对象有哪些重要特征？被控量和控制量分别是什么？
被控对象的特征往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式。
（4)外界的主要干扰因素有哪些？
一个控制系统中可能同时存在若干个干扰因素，需要分清主次，找出对系统影响最大的干扰因素。
（5)选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、又易于实现。
为达到实现控制的目的，应采用易于实现的控制方式，降低控制成本、减少对环境的负面影响等。
（6）选择控制系统的设备和元件。
注意在选择元器件时要优先考虑标准件的使用。
2.在以上问题都确定后，再考虑：
（1）要根据实际设计对控制精度的要求以及条件的可行性来确定是用开环控制系统还是闭环控制系统来实现所要最终达到的目的。
（2）画出控制方框流程图。
（3）画出必要的设计图纸（控制电路设计或系统结构设计）和实施图纸，撰写设计说明书等。
（三）开环控制系统的设计案例分析
◇ 案例分析1（教师引导）：
电吹风控制系统的设计（先介绍一下电吹风的工作原理）。阅读书中“开环系统的设计”，从“电吹风控制系统的设计”体会开环控制系统设计的一般过程。
设计要求：
电吹风能根据不同档位输出不同种类的风。
设计分析：
被控对象——电吹风；
被控量——风的速度和温度；
控制量——电机的电压；
干扰因素——房间温度、电源电压的波动；
工作过程：
这个开环控制系统设计的案例，用以说明开环控制系统设计的过程与方法，体现控制系统设计的一般思路。
◇ 案例分析2（分组讨论）：
电风扇风速控制设计。
1.电风扇风速控制这个系统要达到的目的是什么？
2.控制的对象是什么？被控对象有哪些特性？
3.需要哪些零部件组成控制系统？被控量的控制量分别是什么？
4.外界的干扰因素是什么？影响的程度有多大？
5.怎样做到经济实用？设计更安全？
6.你认为该控制系统各部件的设计还与什么有关?
◇ 案例分析3：
抽水马桶水位自动控制
设计要求：当水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。
设计分析：根据设计要求，选择闭环控制系统。被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进进水量），水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系，主要干扰因素是水箱的出水流量。
方案构思：采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱进水；当水箱水位达到水箱的某个高度时，水位差为零，进水阀关闭。
控制系统方框图：略
控制过程：转动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，直到指定水位时，进水阀关闭。
（四）“马桶内抽气控制系统”的方案设计
设计要求：
抽气机能根据不同的档位（如电风扇的风速控制器）改变抽风量的大小。
提问：针对“马桶内抽气系统”，是选择开环控制系统还是闭环控制系统？
教师总结：采用开环控制系统实现马桶内抽气。同学们在学习控制系统设计之初，要从尝试进行简单的开环控制系统的设计做起。
1.明确马桶内抽气系统的设计要求、被控对象、被控量和控制量。
2.阅读书中119页“开环系统的设计”，从“电吹风控制系统的设计”体会开环控制系统设计的一般过程。
设计分析：
抽气机控制系统的的被控对象是抽气机装置，被控对象是抽气量的大小，控制量是电机的电压，干扰因素是电源电压的波动。
抽气机控制的工作过程：抽气机是通过电动机带动真空泵将气体从马桶内抽到水箱之中的。
分组讨论：1.设计“马桶内抽气控制系统”，画出流程方框图。 2.共同讨论设计还存在哪些问题，如何改进。
方案构思：设定抽气机的挡位就设定了电动机电压，接通电源后，电动机带动真空泵，将马桶内的气体抽到水箱中，输出的就是预设定抽气大小的量。
（五）作业：马桶内抽气装置的模型制作
1.确定了抽气机控制系统的设计方案后，画出必要的电气线路图。
2.选择适当型号的元件和配件，进行组装。（老师提供相应的配件和原材料，学生现场制作）
3.进行调试，测试能否实现设计目标，提出改进意见。
八．教学反思
尝试引导学生进行“问题式学习”的过程来掌握本节课的知识，在老师的帮助下，把生活中的经验逐步与控制系统联系起来，通过动手实践、改造，亲身体会这种控制实施方法，体验成就感。
一、教学目标
1. 知识与技能
理解系统的含义和基本类型。
理解系统的基本特征。
2. 过程与方法
能对简单系统的进行应用案例分析。
3.情感态度和价值观
学会用整体的、互相联系的系统的观点看待和解决问题。
二、教学重点：系统的含义，系统的构成
三、教学难点：系统的基本特性。
四、教学方法：讲授、讨论、辩论。
回忆所学过系统的知识→指导学生阅读→教师总结→案例分析→复习巩固
五、设计思想
1. 教材分析
本单元以“系统”为研究对象，集中了“系统、子系统、优化、系统分析、系统思维”等许多核心概念和“结构决定功能、系统优化”等重要的思想和方法。本单元分三节来组织教材内容，它们分别是系统的结构、系统的分析、系统的设计。本节系统的结构包括什么是系统、系统的类型和系统的基本特性三个部分；同学们学完本节后，从应用的角度理解系统的含义。通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性。建立系统意识，学会运用系统的思想和方法处理问题。
第一节系统的结构包括什么是系统、系统的类型和系统的基本特性三个部分。本节的重要概念是：系统、子系统、整体性。
系统的结构是与系统的功能相对应的，用系统的结构主要基于以下两点：一是系统的结构可以从空间上架构系统的定义、类型和基本特性，涵盖本节的内容；二是系统本身的组成具有一定的结构，其结构是功能的基础，前者决定了后者，结构的变化必然引起功能的变化。
2. 学情分析
学生虽然接触过系统，知道系统这个名词（如人体系统），但实际上并不知道什么是系统。因此，本节是系统教学的入门知识，学习系统的概念、含义及其特性，了解学习系统知识的价值。而对于学生来说较难的是运用理论进行具体的案例分析。因此，如何用系统的基本特性解决有关问题是本节的难点。在教学过程中应多列举学生身边的事例，并加以说明。有条件时可让学生通过讨论（或辩论）的方法解决有关问题。
有人认为，“系统”对于中学生太深奥、枯燥，其实这是误解，本单元尽可能地回避生涩概念，从学生的生活经验出发，通俗地引出系统概念，通过对 “一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”“三个臭皮匠顶个诸葛亮”等谚语的理解，以及很多有趣的案例分析，循序渐进地探讨系统的基本特性、系统的分析、优化和设计，进而培养学生运用系统的思想分析和解决问题的思维方式和能力。
本节从同学们最熟悉的自行车着手，通过认识自行车的组成部分、相互间的联系和它们的功能，学习一些关于系统的基本知识，了解有关系统的基本概念。同时通过多个案例与小试验，帮助同学们理解系统的整体性、相关性、目的性、动态性和环境适应性等基本特性。
六、教学准备：相关的挂图、自行车等实物或模型、课件。
七、教学过程：
（一）引入
“系统”一词是一个经常使用的词汇。课前可请同学们从各大搜索引擎对“系统”一词进行搜索统计，查阅概念、定义。
我们发现，系统似乎看不清，摸不透，有些神秘。那么，什么是系统？它有什么特性？
（从学生日常生活中常见的事情入手，引导学生回想自己的生活体验，让学生谈谈自己的生活经历，他们是如何理解的，要注意引导学生更多的思考和回忆，要渗透“利用情景学习”的教学设计思想。问题的提出是为了激发学生进一步学习的欲望和兴趣。）
在理解系统的含义前，先给学生们讲个故事：我国古代《申鉴时事》中记载的有关用网眼捕鸟的故事。
课堂讨论：
（1）上述故事说明了什么？分别造成了什么后果？
（引导学生从多方面去思考和举例来说明故事体现出来的什么思想。）
（2）展示汽车图片，让学生大致了解汽车四大组成部分，教师得出答案，汽车四大组成部分：
①发动机系统 ②底盘系统 ③车身系统 ④电气系统
教师分析汽车组成部分相关系统，缺少其中任何一部分都无法正常行驶。提问：
a.有人说汽车行驶时是车轮在路上滚动，才能行驶，所以人就可以坐在车轮走。
b.有人说汽车行驶时是发动机动力驱驶汽车行驶，所以人可以坐发动机走。
通过对汽车结构的简单分析，得出：汽车行驶不是单一组成部分能完成，各组成部分间要相互作用和依赖，才能使汽车能正常行驶，这就是我们技术中所要学的：用整体的系统的、观点去处理问题。
（二）新课
第一节 系统的结构
1. 系统
教师：系统是什么？如何更深入理解系统？根据学生的知识水平，下面以对“自行车”的结构分析，来更深理解系统和子系统的概念。
展示自行车实物。
教师：自行车是同学们最常用的交通工具，提问学生，自行车由哪些构件组成。
学生：（略）
总结学生回答问题的基础上，由教师照实物再详细讲解。 并在讲解过程中重点分析各组成构件间的关系（相互作用、相互联系、相互制约）然后得出“课件”中系统的定义。由此提出相互概念：
系统：相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。
子系统：子系统是相对于大系统而言的，它是大系统中相对独立且具有一定功能的组成部分。
要素：指构成系统的最主要的元素。
教师介绍了相关概念后，让学生回过头来进一步对自行车进行分析，并能区分出自行车整车系统中的各子系统（最好让学生按照实物进行子系统分析）。
学生分析：（略）
教师根据部分同学的分析进行总结，强调对系统正确分析的重要性，要改进产品、提高产品的质量就必须正确分析系统的结构及其在整个系统中的作用。
形成系统必备的三个条件：
（1）至少要有两个或两个以上的要素（部分），这些要素（部分）可以是组件、零件、个体，也可能是子系统。
（2）各要素之间相互联系、相互作用，有一定的结构。
（3）任何系统都有特定的功能，系统的功能是组成要素所不具备的。
课堂练习：
自行车的子系统：传动系统；制动系统；承重系统；方向控制系统等等。
（对系统的含义进一步拓展，关键在于让学生能举一反三，能举出更多的实例和案例，让学生的生活体验进一步提升，由感性的认识向理性分析转化。）
展示“电动自行车”，使学生加深对子系统的理解。
2. 系统的分类
系统可按不同的标准和需要来分类：
（1）自然系统和人造系统 如：人体系统是自然系统；城市系统是人造系统
（2）实体系统和抽象系统 如：自行车的传动系统是实体系统；计算机的操作系统是抽象系统
（3）静态系统和动态系统 如：静态和动态是相对的。
（4）开放系统和封闭系统 如：氨气的合成系统是封闭的，生态系统是开发的系统。
（5）简单系统和复杂系统（拓展） （6）黑色系统和白色系统（拓展）
（教师举例，让学生举相似的案例来补充。）
3. 系统的基本特性
（1）整体性：系统的整体功能大于组成系统的各部分功能之和
分组辩论：在一个系统中，各要素好，则整体性能是否好？
（2）相关性：
相关性：组成系统的要素是相关的并不是独立的，它们相互作用相互联系。
案例分析：厨具的安装
学生分组阐述“厨房装修”案例所体现的系统相关性。
（3）目的性：任何系统都具有某种目的。
实现一定的功能
案例：分析企业管理系统 P71
（4）动态性：系统处于运动变化之中
例：生病、看病 P72
（5）环境适应性：对环境变化的适应能力
视频案例：观看“挑战者航天飞机发射爆炸”
事物都是不断变化，系统是一个动态的系统。系统要适应环境的变化而变化。
复习巩固：
用系统的基本特性解决相关问题，解释“木桶理论”
八．教学反思
在内容设计上选用了大量案例，依照学生从具体到抽象的学习进程来组织学习内容，有利于学生把系统方面的知识与技能整合到已有认知结构中。在教学过程中，以基本特性作为教学主线，并进一步展开。以案例为载体完成教学任务，达到教学目的。教学资源不等于教学设备，它包含学生身边所有的事物，因此，充分利用教学资源，可以使教学效果更加完美。
第二课时 系统的分析
一、教学目标
1. 知识与技能目标
能结合生产生活中的实例，理解系统优化的意义，并能结合实例分析影响系统优化的因素。
2. 过程与方法目标
能运用系统分析的基本方法对生活、学习、工作中遇到的问题进行科学合理的分析，并提出优化的方案。
3. 情感态度和价值观目标
(1) 树立系统分析问题的观念，培养系统分析的观点。
(1) 增强学生面对技术世界的信心以及个人、社会、环境的责任心。
二、教学重点：系统优化的方法和一般步骤。
三、教学难点：系统优化的方法和一般步骤。
四、教学方法：讲授法、案例分析教学法、探究式教学法、小组学习法。
五、设计思想
1. 教材分析
系统优化是系统分析的深入，也是系统的结构和系统分析的综合，又是系统设计的基础，更是系统设计过程中的重要环节，它是是本书的重要内容之一。本内容是让学生“理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素”。
2. 设计理念
本内容是要求学生通过“观察、分析、比较、核实”等方法做出正确的决策，从而理解系统分析的含义，学会系统分析的方法，体会系统分析在生活中的作用，形成初步的系统观。
3. 教学策略设计
（1）通过搭建模具引导学生自己进行研究探讨性学习。
（2）通过案例分析，使学生明白系统分析的一般步骤及其原则性。
（3）运用马上行动让学生做出决策，学以致用。
4. 学情分析
进入系统的内容，学生的兴趣明显比前期活跃，显然系统分析的深入符合高二学生的智力发展需求。但是，学生在对某个系统的分析容易陷入原有的逻辑思维，而不能很好地应用系统的思想和方法分析和解决问题，不能很好理解系统优化的约束条件和影响系统优化的因素。因此，系统优化的约束条件和影响系统优化的因素成了本节教学内容上的难点。
六、教学准备：旋转木马的搭建模具、多媒体
七、教学过程
（一）引入新课（系统分析，承上启下）
情景设置：有一个农夫带一条狼、一只羊和一筐白菜过河。如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，只够农夫带一样东西过河。请你帮农夫解决难题？
学生 ：1.农夫带着羊首先过河，农夫回来； 2.农夫与狼过河，农夫与羊回来；
3.农夫搬白菜过河，农夫回来； 4.农夫与羊一起过河。
教师提问：说说你们对该系统分析的过程？
学生：问题的突破口在——狼与白菜能够共存！农夫、狼、羊、白菜和船组成了这个系统。系统中各要素是一个整体，都依赖农夫过河；最大的问题是“船很小，只够农夫带一样东西过河”和“没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜”的冲突。我们联系已知条件，做了一系列的分析实验，但是比较其他方案不能实现所有要素都安全过河。最后得出以上方案。
教师：你们的思维过程很有价值，很清晰。而且在系统分析的过程中抓住了系统分析的三大原则——整体性、科学性、综合性。
现实生活中，有很多产品在不断更新，系统在不断的升级。做任何事情我们都追求更好，希望投入尽可能少，回报越多越好。为了使系统达到最优的目标所提出的各种解决方法，称为最优方法。但是有很多复杂系统，实施方案五花八门、干扰因素四面八方，我们不可能的逐个比较权衡，或者漫无目的瞎蒙。因此我们有必要进行定性定量的科学分析，寻找系统最优值。
（二）新课教学
1．案例分析：
案例一 ：“农作物种植系统的优化——农作物间作套种” 槟榔林套种香草兰收益高
香草兰——香料之王，是藤本植物，需要有支柱攀缘，并要求适度的荫蔽。测定结果表明50%的荫蔽度有利于香草兰的生长发育。荫蔽有两种，一种是死荫蔽，通过修建人工荫棚的办法(用遮光网)达到控制荫蔽度的目的。这种方式需要水泥柱或石柱作为香草兰棚架或攀缘的支柱。另一种是活荫蔽：可选择天然树木或人工种植的椰子、槟榔等作物为活支柱，以控制活支柱树冠来调节种植园的荫蔽度。园地的选择要选择近水源且排水良好、有机质含量高、比较肥沃疏松的微酸性土壤；台风主风方向有良好屏障比较静风的向阳缓坡地或平地。
2002年，符良接受了中国热带农业科学院香料饮料研究所专家的建议，在槟榔林下套种了20亩香草兰种苗，通过对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量较纯槟榔林提高15-20%。经过精心培育，现在棵棵香草兰上挂满了沉甸甸的豆荚。预计20亩香草兰到11月份总收入可达285000元。现场一位管理人员给记者算了一笔帐，40亩槟榔园年收入72万元左右，间种可使槟榔增收8万，再加上香草兰的收入，每亩土地较单纯种槟榔增收约9000元！经发酵生香的商品香草兰豆荚含有250多种发挥性芳香族成分及有机酸、糖、树脂、矿物质等丰富成分，香气独特，留香时间长达2～3年，被广泛用于高档食品和饮料的配香原料，在发酵业、化妆及医药等领域均有应用，具有用途广、经济价值高的特点。目前国内售价为1000～1200元人民币/千克。
教师提问：符良为什么选择活荫蔽种植，而不采纳传统的死隐蔽种植？
学生A：一块地种槟榔又种香草兰，提高了土地利用率；
学生B：对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量较纯槟榔林提高；
学生C：槟榔可作为活支柱供香草兰攀爬，节省了石柱的费用；
学生D：槟榔叶子还可以遮光，节省遮光网的费用；
教师总结：活荫蔽的改良不仅增产、增收还提高了土地利用率，可见活荫蔽系统比死荫蔽系统，功能更强大，效果更优。
教师提问：香草兰套种的收益如此诱人，我们为何不把香草兰套种到稻田里、麦田里，甚至套种到沙漠中与杨树为友呢？
讨论交流，小组汇报……
X组：香草兰与水稻的生长土壤环境不同，不能套种；小麦的生长气候要求又有差异也不能套种；沙漠风沙大且土壤也不适合香草兰生长。香草兰种植受生长特性、地理环境、气候和天气等条件的约束，并不适宜随处种植，而且与矮个植物种植也没有体现出遮阳的优势或者节约石柱费用等优势，另外由于营养需求的差异，即使能共存在一块地如果没有实现增产目的，套种的系统优化没也就没有太大的意义……
教师总结：系统优化的效果是理想的，但是不同情况的系统优化会遇到不同的约束条件，应该采取不同的手段和方法应对，使系统的目标在一定的条件中达到最大值。系统的优化都是为了发掘有限资源的无限潜能，使资源获得充分的利用，体现更高的价值，实现投入最小，效果最佳的目的。
又例如：云南一些山区农民的甘蔗生长缓慢,减产已成定局.为了减少旱灾损失,乘雨水来临之际,在甘蔗田套种玉米。
例如：建筑材料的改进也是一项优化技术，以往建筑物的墙体多采用实心砖，现在采用了空心砖，在保证强度、隔热隔音效果的同时，节省了材料。
教师：案例中，目标与土地的单位面积农作物收益和之间的关系在技术中我们称为——目标函数；农作物的生长特性、条件、气候等因素对作物套种起着限制作用，并且是不能人为解决的，称为——约束条件；套种的技术水平、田间管理、病虫防治等对产量产值有直接影响，即影响因素，可见影响因素是可以人为调节的。最优方法通常是在一定人力、物力、财力资源条件下，使经济效果（如产值、利润等）达到最大，并使投入的人力、物力达到最小的方法。
教师：在生活中，我们经常会遇到一些复杂的数字问题，纯定量分析是不够的，我们常常是借助数学手段定量与定性结合的分析比较，寻求最优方案。这种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学模型。它是真实系统的一种抽象。
案例二：利润问题
某家具厂要安排一周的计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需4平方木板及20小时工时，制作一张椅子需6平方木板及18小时工时；每周拥有木材板料600平方，可用工时400小时；每张桌子利润50元，每只椅子利润60元。按合同每周至少要交付8张桌子和5张椅子。假定所有产品都能销售，那么该每周生产桌子和椅子分别为多少时，利润最大？
教师提问：这里，系统需要进行最优化的目标是什么？
学生：获得利润最大值。
教师提问：利润受到哪些人为可调节的因素影响？
学生：每周生产桌子和椅子的数目。
教师提问：在这个利润问题的系统中，又存在哪些不能人为解决的约束条件呢？
学生：制作一张桌子需4平方木板及20小时工时，制作一张椅子需6平方木板及18小时工时；每张桌子利润50元，每只椅子利润60元。
教师：若把利润最大值用表示，变量每周生产桌子数用表示,每周生产椅子数用表示，请你根据已知条件，列出求解最优化问题的有关数学式子。
其中(1)式体现了目标与产量、利润总和之间的关系,也就是目标函数。（2）（3）（4）（5）式则体现了约束条件。
教师：数学思维很清晰！下面就请大家算一算的解，找出最大利润值。
学生：算不出来！
教师引导：仔细观察这四个约束条件的式子，找出数据中体现出受限最大的约束条件是哪个？
学生：工时！
教师：好，请你将最主要的约束条件（3）与目标函数式（1）联系起来，看看你能不能发现影响因素与最优值的关系。
学生：生产椅子所需工时少利润大，生产桌子所需工时多利润反而小！生产的椅子越多利润越大。
教师：那我们干脆不生产桌子了，专门生产椅子，可不可以？
学生：不行，至少要生产8张桌子！
教师：哦，原来还有约束条件（3）的限制。那好我们就生产8张桌子，算一算椅子最多可以生产多少张？
学生：13张！
教师：8张桌子，13张椅子。把你们经过一番分析计算选择的这两个变量的解代入约束条件看看是否超出了约束条件的限制范围。
学生：都在约束条件范围内。
教师：再利用这两个变量的解，算一算利润最大值是多少？
学生：1180元。
教师：我们再随意找几对满足约束条件的的解带入目标函数检验一下，1180是不是利润最大值。如：（每个小组分别用一对计算）
学生交流：
教师总结：以上计算表明，我们找到经过数学方法求出的就是最优值！回忆我们求解的过程，最优化方法解决问题的一般步骤：
（1）提出系统需要进行最优化的问题，收集有关资料和数据；
（2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，建立有关约束条件，分析模型；
（3）选择合适的最优化方法； （4）求解方程； （5）最优解的验证和实施。
这种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学模型。数学模型是研究和掌握系统运动规律的有力工具，它是分析、设计、预报或预测、控制实际系统的基础。是我们在解决问题时，常用的一种方法。
2．应用：学生探究（2人一个小组）
要求学生分组利用提供的大、中、小三个大小不同的齿轮将上节课完成的旋转木马进行系统优化，看谁的木马转的又快又稳。
学生进行探究……
A组：将传送带传送改为大齿轮带动，三个齿轮传送；
B组：将传送带传送改为中齿轮带动，三个齿轮传送；
C组：将传送带传送改为小齿轮传送，三个齿轮传送；
D组：齿轮与传送带一起赞成传送系统……
小组比赛交流。
学生体会：皮带传送系统在木马旋转时，皮带容易出轨，同时因为速度太大使系统容易散架。针对这个问题，利用有限的资源，将皮带传送换成齿轮传送后，发现齿轮传送比皮带传送速度更快更牢固；再更换三种齿轮的带动比较，又发现大齿轮带动时，动力更足速度加大了稳固性能也增强了。
八．教学反思
教材的案例选择切题，但是有部分案例离我们海南的实际甚远。在教学的过程中我选用了教材中技术类的案例，拓展了我们对技术的视野；但是生活案例我倾向于改用我们身边的例子，大家熟悉，分析起来有亲切感、简单易懂又激发了学生自主参与的乐趣。故在本案例中将“麦、棉、瓜、玉米套种”案例换成“槟榔与香草兰套种”，实践证明效果很好，学生很感兴趣。本节课内容较多，学生探究活动时间就比较紧。
第三课时 系统的设计(1)
一、教学目标
1. 知识与技能目标
（1）通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
（2）确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计。
2. 过程与方法目标
(1) 通过案例进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系, 进行系统分析和优化.
(2)通过手电筒进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系, 进行系统分析和优化.
3. 情感态度和价值观目标
(1)学会把系统思想和方法运用到自己的生活、工作和学习中去进行设计
(2)培养学生动手动脑实践能力。
二、教学重点：(1)系统设计中要考虑的主要问题；系统设计的一般过程及思想方法。
(2)系统设计中要考虑的主要问题分析。
三、教学难点：简单系统的设计的实现。
四、教学方法：讲授法、任务驱动、小组合作。
五、设计思想
1. 教材分析
系统设计是研究和认识系统的目的，本节教学内容应围绕系统设计展开。根据系统的目的和要求、各子系统之间的相互关系，对系统进行整体设计、评价和优化，就是系统设计。通过分析系统设计应考虑的主要问题，根据系统设计的一般步骤，应能进行简单的系统项目设计。可结合具体实例让学生分析系统设计应考虑哪些主要的问题，并组织讨论活动。
本节由“1.系统的设计”、“2.简单系统的设计的实现”等2小节组成。
本部分教材编写突出连个特点：首先，突出技术的思想方法。教学内容体现了科技发展的先进成果和先进文化，是当代技术思想和方法重要的基础组成部分，具有丰富的思想内涵和方法论意义，对所有学生的发展都具有教育价值，是技术的学习真正超越技能主义的局限，使技术成为“有思想的技术”，拓展学生对技术的认识，促使学生认识上的迁移和共通能力的发展。其次，强调运用理论和方法解决实际问题。这里更多的是注重学生从理论到实践的第二次认识飞跃，在编写安排上是从理论入手，最后回到设计的实践。
２. 学情分析
通过上节课的学习，学生对系统的优化已经有了初步的了解，通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
3. 教学策略设计
在教学实践中让学生分成学习小组进行设计并给出设计方案，让学生在技术实践中学会系统设计的方法，教师引导学生进行总结和提升。通过案例简单系统进行设计，把系统的思想贯穿于整个设计当中，初步学会简单的系统设计的基本方法，学习如何进行系统设计
六、教学准备：玩具电动机、灯泡、齿轮、手摇柄、导线等
七、教学过程：
一）引入：
我们每个人都会在日常生活中遇到系统设计，系统设计运用的案例比比皆是：
家庭室内装修设计 假期旅游行程设计 个人形象设计 班级管理系统设计
学校田径运动会竞赛日程表设计等等
二）新课教学：
阅读课文第76到90页，思考以下三个问题：
1.什么是系统设计？ 2.系统设计应考虑的主要问题有哪些？ 3.系统设计的一般步骤是什么？
抽学生回答，检查阅读结果。加深其他学生印象。
（一）系统的设计
1．系统的设计的涵义：
系统设计：在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。
2．系统设计应考虑的主要问题：
（1）系统设计的目的与要求。
理解：从系统的整体出发，以系统整体功能的最优为目的
（2）系统各部分之间的相互联系与相互作用。
理解：运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。依据系统的基本特性，既要考虑当前，也要考虑长远。
（3）系统设计方案的优化。
理解：从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善个部分的设计。
马上行动：
思考：从系统设计的思路出发，怎样理顺这些关系？
学生：路向选择——地质勘探——资金分配——人员调配——材料购置——施工进度
（1）要实现筑路工程的总体目标是：经济、快速、安全、方便地选择路向。
（2）进行地质勘探，哪些路段适合筑路，哪些路段不适合筑路，哪些地段适合架桥，哪些地段要避开耕地。
（3）选择筑路技术方案，不同的地段实施不同技术方案，如公路要越过两座山坡，是穿隧道还是绕道行。
（4）进行资金合理的分配
（5）考虑工期、人员、材料安排方案，合理安排人员，各段工程同时进行，实行并行施工，在不增加总资金的情况下，降低材料成本，减少材料的浪费，就近取材，就地取材，选择合理路线购置材料。 在不增加过多人工的前提下，提高工程进度，提高劳动生产率。
3．系统设计的一般步骤：
（1）将系统分解为若干子系统； （2）确定各子系统的目标、功能及其相互关系；
（3）对子系统进行技术设计和评价； （4）对系统进行总体设计和评价。
可以概括为“总——分——总”。就是当我们要设计一个系统对象时，可以先将对象分解为一个子系统，分析和确定各个子系统的目标、功能以及它们之间的相互关系和结构组成，然后单独对每个子系统进行技术设计、评价及优化，然后对由完成的子系统作为构件的系统整体进行总体技术设计和评价。
4. 系统设计的基本方法要点：
1)遵守设计的一般过程、方法和原则（见《技术与设计1》P35～P39）
2)遵守系统设计中特有的两条原则：
（1）设计好系统中的每一个元素或子系统。 （2）设计好各元素或子系统之间的协调关系。
（二）简单系统的设计的实现：
系统设计多用于比较复杂的社会系统工程、经济系统工程、规划系统工程、生态系统工程、能源系统工程、交通运输系统工程、农业系统工程、工业及企业系统工程、军事系统工程等方面（讲解课本上两个案例）。
案例分析：手电筒照明供电部分的设计
讲解：王丹遇到了照明问题，想解决这个问题就要用到系统设计
（一）王丹的目的：用所学过的知识，设计并制作一只简易的手电筒。
（二）设计要求：可照明的手电筒，携带方便，使用安全。
（三）设计分析：
1．手电筒的结构：
（1）可把手电筒看成一个整体
（2）再把手电筒照明供电部分分为两个子系统，一个是照明子系统；另一个是供电子系统。
（3）照明子系统的要素是灯泡、导线。 （4）供电子系统的要素是电源、开关。
2．手电筒的功能
（1）手电筒的功能就是照明，取决于各个组成要素
（2）供电装置电源是通过导线的连接驱动灯泡的发光，这些是基本要素，缺少任何一个，手电筒都不能正常工作。
3．手电筒的组装
（1）将手电筒的各个要素按照一定的要求进行匹配，组装才能达到目的功能
（2）合理选择元器件
（四）设计方案：方案C
1．设计目标：设计一个自动发电手电筒，用发电机代替干电池进行供电。
2．手电筒系统的各要素：
3．工作原理：
用手摇动手柄，使齿轮转动，带动由磁铁和线圈组成的发电机旋转，线圈在磁场中转动时切割磁感线产生感应电流，将机械能转化为电能，输出电流，使小灯泡发光。
（五）方案制作：
试验：测试玩具电动机能否改装为发电机
试验器材：玩具电动机、小灯泡、粗棉线、导线。
试验过程：
（1）在电动机的接头上连接小灯泡。 （2）在电动机的转轴上绕十几圈的棉线。
（3）用力快速抽动棉线，使电动机的转子迅速转动，观察小灯泡发光情况。
试验总结：
当外力使电动机转子迅速旋转时，转子线圈中产生感应电流，小灯泡发光。玩具电动机经改装可以发电。
讲解：试验获得成功后，他们开始动手制作。
（1）?设计简单电路，画出电路图。
（2）?根据电路图，选择元器件，2．5V的灯泡、导线、发电机、大齿轮、小齿轮、发电机座子、手柄等。
（3）?通过手摇柄控制灯泡发光。
工作原理：手柄的轴与大齿轮轴连接，利用轮轴原理，把手运动带动大齿轮转动，大齿轮与小齿轮啮合提高小齿轮的转速，带动发电机的转子高速旋转，快速切割磁感线引起磁通量的变化，产生感应电动势，有了感应电流，使小灯泡持续发光。
学生动手试验制作：
问：你们在设计和制作时遇到哪些问题？
学生：小玩具电动机选择，大小齿轮的匹配。
问：对手电筒的设计方案怎样进行优化的？
案例分析：“室内住宅电气系统设计”
现在人们最大消费就是购房，当房子买下后，面临的就是装修问题了。在装修过程中，许多业主和装修公司都十分重视“木工活”、“瓦工活”的施工质量和效果，人们容易忽视住宅的室内电气设计，导致装潢完成后才发现有设计不合理之处，或住户对每条线路的走向一无所知，殊不知，对将来的使用影响最大的，既不是地上的砖铺得平不平，也不是墙壁上的涂料刷得是否牢固，而是室内电线、电话线、有线电视光缆的铺设是否安全合理，使用后出现了故障能不能检修，所以进行住宅室内电气线路设计很重要。
随着住户各类家用电器的逐渐增多，特别是空调、电热水器等大功率电器的使用，住宅电气设计由原来的纯照明向多功能的方向发展。为避免住户使用过程中的电气线路过载等状况的发生，运用系统的思想整体地进行电气线路的设计是非常必要的。
下面我们就对杨辉购买的一套135.6m2的三室二厅的新房室内电气线路进行系统的设计.
组织学生讨论并分析教材第89页案例: “室内住宅电气系统设计”明确室内住宅电气系统的设计从以下方面考虑。
（一）系统设计的目的与要求：
1．分析室内照明的功能需求，书房、卧室、客厅、厨房、卫生间和凉台的照明要求是如何的？
2．系统组成部分之间的相互联系和作用：针对不同的照明需求来选择怎样的灯具？
3．如何计算家居总用电量？ 4．室内照明的电线敷设的安全标准？ 5．系统设计方案及其优化：
（二）设计要求:
1.用电负荷:照明用电负荷800w，娱乐用电负荷1500w，厨房用电负荷1300w，空调用电负荷3000w。最大功率P=800w+1500w+1300w+3000w=11100w
2．照明和各种家用电器使用安全、方便，相互之间影响小，便于维修。
（三）设计分析；
1．设计的目的方便住户使用，满足住户的舒适和审美要求，便于维修，安装规范，确保室内电气线路的安全。
2．室内配电系统由电源配电箱和若干个回路组成，它们构成了室内电器线路系统的子系统。
3．当某一回路发生故障时，不影响其他回路的正常工作。
（四）设计方案：
1．电源配电箱
电源通过住宅的专用配电箱再进入室内房间，配电箱中应有短路、过载和漏电保护，具有过负载、
过电压和漏电保护功能。每户应设置强弱电箱，配电箱内应设动作电流30MA的漏电保护器，分路经过控开后，分别控制照明，空调，插座等。控开的工作电流应与终端电器的最大工作电流相匹配，一般情况下，照明10A，插座16A，柜式空调20A，进户40-60A。
2．电路的设计
杨挥家用电负荷最大值约为11.1kw，通过安全电流11.1kw/220v=21A,电流过大各线路必须采用单独的电路回路。室内配电系统采用多回路形式，本例设计有照明回路、插座回路、空调回路，对于厨房、浴室设立单独回路。
3．导线与电器设备选择
（1）导线:为了防火、维修及安全，最好选用有长城标志的“国标” 塑料或橡胶绝缘保护层的单股铜芯电线，线材槽载面积一般是：照明用线选用1.5平方毫米，插座用线选用2.5平方毫米，空调用线不得小于4平方毫米，接线选用绿黄双色线，接开关线(火线)用红、白、黑、紫等任一种。但在同一家装工程中用线的颜色用途应一致。
（2）电器设备：电源配电箱、电表、控制开关漏电保护开关、电源插座、开关面板、插座的选材面板的尺寸应与预埋的接线盒的尺寸一致；表面光洁、品牌标志明显，有防伪标志和国家电工安全认证的长城标志；开关开启时手感灵活，插座稳固，铜片要有一定的厚度；面板的材料应有阻燃性和坚固性。
三）教学反思：
第四课时 系统的设计(2)
一、教学目标
1. 知识与技能目标
（1）通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
（2）确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计。
2. 过程与方法目标
(1) 通过案例进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系, 进行系统分析和优化.
(2)通过手电筒进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系, 进行系统分析和优化.
3. 情感态度和价值观目标
(1)学会把系统思想和方法运用到自己的生活、工作和学习中去进行设计
(2)培养学生动手动脑实践能力。
二、教学重点：(1)系统设计中要考虑的主要问题；系统设计的一般过程及思想方法。
(2)系统设计中要考虑的主要问题分析。
三、教学难点：简单系统的设计的实现。
四、教学方法：讲授法、任务驱动、小组合作。
五、设计思想
1. 教材分析
系统设计是研究和认识系统的目的，本节教学内容应围绕系统设计展开。根据系统的目的和要求、各子系统之间的相互关系，对系统进行整体设计、评价和优化，就是系统设计。通过分析系统设计应考虑的主要问题，根据系统设计的一般步骤，应能进行简单的系统项目设计。可结合具体实例让学生分析系统设计应考虑哪些主要的问题，并组织讨论活动。
本节由“1.系统的设计”、“2.简单系统的设计的实现”等2小节组成。
本部分教材编写突出连个特点：首先，突出技术的思想方法。教学内容体现了科技发展的先进成果和先进文化，是当代技术思想和方法重要的基础组成部分，具有丰富的思想内涵和方法论意义，对所有学生的发展都具有教育价值，是技术的学习真正超越技能主义的局限，使技术成为“有思想的技术”，拓展学生对技术的认识，促使学生认识上的迁移和共通能力的发展。其次，强调运用理论和方法解决实际问题。这里更多的是注重学生从理论到实践的第二次认识飞跃，在编写安排上是从理论入手，最后回到设计的实践。
２. 学情分析
通过上节课的学习，学生对系统的优化已经有了初步的了解，通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
3. 教学策略设计
在教学实践中让学生分成学习小组进行设计并给出设计方案，让学生在技术实践中学会系统设计的方法，教师引导学生进行总结和提升。通过案例简单系统进行设计，把系统的思想贯穿于整个设计当中，初步学会简单的系统设计的基本方法，学习如何进行系统设计
六、教学准备：玩具电动机、灯泡、齿轮、手摇柄、导线等
七、教学过程：
（一）回顾旧课
在上节课里，我们已经设计出了方案，这节课我们将主要进行线路布置。
（二）线路布置
1．智能系统：在住宅电气线路设计中应预埋电话线、有线电视信号线、视频线、网络线，在客厅和三间睡房预埋电话线、有线电视信号线、视频线、选择其中一间睡房作为书房，预埋网络线。
2．照明回路：在睡房、客厅、饭厅、厨房、浴室、凉台室安装一个主光源吊灯，在睡房和客厅的墙壁上安装辅助光源壁灯。
3．功能电路：厨房放置冰箱、电饭堡、电热水器，排气扇电源插座，浴室安装淋浴器、洗衣机的电源插座，睡房和客厅安装空调的电源插座，书房安装娱乐电视机、音响、电脑等的电源插座都是独立的电源回路。
4．线路布置图：在形成了住宅的电气线路设计方案后，绘制出线路走向位置尺寸图和线路布线图，编写《电气线路设计说明书》草拟布线图。
（1）划线。确定线路终端插座，开关，面板的位置，在墙面标画出准确的位置和尺寸。
（2）开槽。 （3）电源线配线 （4）埋设暗盒及敷设PVC电线管。 （5）穿线。
（6）安装开关，面板，各种插座，强弱电箱和灯具。 （7）检查。
（8）完成电路布线图，并向住户反馈设计方案，根据住户的意见进行修正。提交设计单位备案。
5．布线要求原则：
（1）设计布线时，执行强电走上，弱电在下，横平竖直，避免交叉，美观实用的原则。
（2）开槽深度应一致，一般是PVC管直径+10MM。
（3）电源线配线时，所用导线截面积应满足用电设备的最大输出功率。一般情况，照明1.5平方空调挂机及插座2.5平方，柜机4.0平方，进户线10.0平方。
（4）暗线敷设必须配阻燃PVC管。插座用SG20管，照明用SG16管。当管线长度超过15m或有两个直角弯时，应增设拉线盒。天棚上的灯具设拉线盒固定。
（5）PVC管应用管卡固定。PVC管接头均用配套接头，用PVC胶水粘牢，弯头均用弹簧弯曲。
（6）PVC管安装好后，统一穿电线，同一回路电线应穿入同一根管内，但管内总根数不应超过8根，电线总截面积（包括绝缘外皮）不应超过管内截面积的40％。
（7）电源线与通讯线不得穿入同一根管内。
（8）电源线及插座与电视线及插座的水平间距不应小于500mm。
（9）电线与暖气、热水、煤气管之间的平行距离不应小于300mm，交叉距离不应小于100mm。
（10）穿入配管导线的接头应设在接线盒内，线头要留有余量150mm，接头搭接应牢固，绝缘带包缠应均匀紧密。
（11）安装电源插座时，面向插座的左侧应接零线（N），右侧应接相线（L），中间上方应接保护地线（PE）。保护地线为2.5平方的双色软线。
（12）当吊灯自重在3kg及以上时，应先在顶板上安装后置埋件，然后将灯具固定在后置埋件上。严禁安装在木楔、木砖上。
（13）连接开关、螺口灯具导线时，相线应先接开关，开关引出的相线应接在灯中心的端子上，零线应接在螺纹的端于上。
（14）导线间和导线对地间电阻必须大于0.5MΩ。
（15）电源插座底边距地宜为300mm，平开关板底边距地宜为1300mm。挂壁空调插座的高度1900MM。脱排插座高2100MM，厨房插座高950MM，挂式消毒柜1900MM，洗衣机1000MM。电视机650MM。
（16）同一室内的电源、电话、电视等插座面板应在同一水平标高上，高差应小于5mm.
（17）安装开关，面板，插座及灯具时应注意清洁，宜安排在最后一涂乳胶漆之前。
6．各房间的布线：
（1）卧室：
一般应为6支路线：包括电源线、照明线、空调线、电视馈线、电话线、电脑线。
卧室各线终端欲留：床头柜的上方欲留电源线口，还应欲留电话线口。写字台或电脑台上方应
装电源线、电视馈线、电脑线、电话线接口。照明灯光采用单头灯或吸顶灯，多头灯应加装分控器，重点是开关，采用双控开关，单联，空调线终端接口欲留。
（2）走廊、过厅：
应为2支路线：包括电源线、照明线。电源终端接口欲留1—2个。灯光应根据走廊长度、面积而定、如果较宽可安装顶灯、壁灯；如果狭窄，只能安装顶灯或透光玻璃顶，在户外内侧安装开关。
（3）厨房：
应为2支路线：包括电源线、照明线。电源线部分尤为重要，最好选用4mm2线，因为随着厨房设备的更新，目前使用如微波炉、抽油烟机、洗碗机、消毒柜、食品加工机、电烤箱、电冰箱等设备增多，所以应根据客户要求在不同部位欲留电源接口，并稍有富余，以备日后所增添的厨房设备使用，电源接口距地不得低于50cm，避免因潮湿造成短路。照明灯光的开关，最好安装在厨房门的外侧。
（4）餐厅：
应为3支路线：包括电源线、照明线、空调线。电源线尽量欲留2至3个电源接线口。灯光照明最好选用暖色光源，开关选在门内侧。空调也需按专业人员要求欲留接口。
（5）卫生间：
应为3支线路：电源线、照明线、电话线。电源线以选用4mm2线为宜。考虑电热水器、电加热器等大电流设备，电源线接口最好安装在不易受到水浸泡的部位，如在电热水器上侧，或在吊顶上侧。电加热器，目前看好的是浴霸，同时可解决照明、加热、排风等问题，浴霸开关应放在室内。而照明灯光或镜灯开关，应放在门外侧。在相对干燥的地方欲留一个电话接口，最好选在坐便器左右为宜，电话接口应注意要选用防水型的。最好在坐便器旁再安个排风扇开关。
（6）客厅：
客厅布线一般应为8支路线：包括电源线（2.5mm2铜线）照明线（2.5mm2铜线）、空调线（4mm2
铜线）、电视线（馈线）、电话线（4芯护套线）、电脑线（5类双脚线）、对讲器或门铃线（可选用4芯护套线，备用2芯）、报警线（指烟感，红外报警线，选用8芯护套线）。 客厅各线终端欲留分布：在电视柜上方欲留电源（5孔面板）、电视、电脑线终端。空调线终端欲留孔应按照空调专业安装人员测定的部位欲留空调线（16A面板）、照明线开关。单头或吸顶灯，可采用单联开关；多头吊灯，可在吊灯上安装灯光分控器，根据需要调节亮度。在沙发的边沿处欲留电话线口。在户门内侧欲留对讲器或门铃线口。在顶部欲留报警线口。客厅如果需要摆放冰箱、饮水机、加湿器等设备，根据摆放位置欲留电源口，一般情况客厅至少应留5个电源线口。
（7）书房：
应为7支线路；包括电源线、照明线、电视线、电话线、电脑线、空调线、报警线。
书房内的写字台或电脑台，在台面上方应装电源线、电脑线、电话线、电视线终端接口，从安全角
度应在写字台或电脑下方装电源插口1-2个，以备电脑配套设备电源用。照明灯光若为多头灯应增加分控器，开关可安装在书房门内侧。空调欲留口，应按专业安装人员要求欲留。报警线应在顶部欲留接线口。
（8）阳台：
应为2支线路：包括电源线、照明线。电源线终端欲留1—2个接口。照明灯光应设在不影响晾衣物的墙壁上或暗装在挡板下方，开关应装在与阳台门相联的室内，不应安装在阳台内。
7．方案实施：
布线的时候的特别要求：
强电和弱电的管槽之间距离30厘米以上，因为并排走线强电和弱电之间会有干扰。
（1）插座多装，宁滥勿缺。楼梯间一定要有插座。炉灶旁边不要设插座，有安全隐患。
（2）开关不要放在门背后等距离狭小的地方。（3）走道里最好设计一个双控灯，这头打开，那头关闭。
（4）插头最好买带有面板的，一些长时间不用的插座不容易损坏。
（5）餐厅灯要考虑餐桌摆放的位置，否则灯不在餐桌正中。
（6）小的射灯一定要装变压器，没有变压器，灯就像随时会爆炸的小炸弹，最后的结果是永远不
（7）多买2眼的插座，3眼的电器少。 （8）有线插座要买宽频的。
（9）原有的下水管、地漏的位置最好别改变。改不好的话，最容易泛水。
（10）电工管线铺完没封槽之前，画出走线图。
（11）为了省电，请精确规划平时微弱耗电电器(如电视、DVD机、微波炉、空调，DVD机等)的插座。不拔插头都处于待机状态的DVD最好装有开关的插座面板，因为待机所耗的电在普通电表里读不出来，但分时电表会读出来。
（12）穿好线管后要把线槽里的管道封闭起来，用水泥砂浆把线盒等封装牢固，其合口要略低于墙面
0.5cm左右，并保持端正。走暗线时通信线不仅不能和电源线的管路一起走，并且还要保持50厘米
以上的间距，否则会产生电磁干扰。
(三) 课堂小结
1)系统的设计的涵义：
2)系统设计应考虑的主要问题：
3)系统设计的一般步骤
（四）教学反思
第五课时 控制的手段与应用
一、教学目标
1. 知识与技能目标
（1）理解控制的含义。
（2）理解生活中的控制现象，明确其控制对象，控制目的及控制手段。
（3）理解控制在生产和生活中的应用。
2. 过程与方法目标
通过案例分析体会控制在生活、生产中的应用，以及人在其过程中所起的作用。
3. 情感态度和价值观目标
通过介绍现在控制技术的发展,使同学们感受对控制技术对人类生活的影响，升华情感。
二、教学重点：理解控制的涵义、手动控制、自动控制。
三、教学难点：理解生活中的控制现象，明确其控制对象、控制目的及控制手段；学会控制系统的分类。
四、教学方法：教授、任务驱动、小组合作。
五、设计思想
1. 教材分析
“了解控制”是通用技术必修模块“技术与设计2”第四章第一节的内容。本意主要通过一定的事例让学生感受什么是控制，以及控制的概念和控制的分类，着重介绍手动控制、自动控制，它是学习控制与设计的一个导入与基础。通过对事例的分析，让同学们明白，控制在设计中的重要性。从一开始就让学生对控制产生一种好奇，想学习的念头。为我们的教学做下更好的铺垫。而控制本身就是一个充满新奇和挑战的话题。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认识，同时感受控制技术与生活、生产的密切关系。
教学以培养学生富有个性的发展为前提，根据本节课中各个知识点的联系，采用“主题任务”的教学模式。通过任务驱动法，得用多媒体教学系统和投影设备以及加入一些身边的游戏活动，使学生在任务中学习，在游戏实践中探究。在探究中总结归纳知识规律和方法，加强知识的实际应用。
2. 教学思路
在本节的教学中，通过分析生活中的事例，以及渗入一定的游戏，引导学生讨论、自主探究、自动构建知识，实现学生能力拓展，开阔学生视野，达到知识迁移目的。总体教学流程为：“创设情境（整体回顾）——相互交流——游戏导入——讲授新课、归纳知识点——能力拓展——开阔视野——情感升华——总结”。 首先从一个电动（手动发电）小猪来引出“控制”一词，并对技术与设计的四大模块进行回忆。让同学们亲身感受到控制在日常生活中的重要性。再次让师生相互交流，学生说出一些身边的控制事例，老师进行总结并不断升华。接着三个游戏活动，指出在控制涵义中的三个最主要的方面。师生一起来总结出控制的涵义，并对一些典型事例进行分析，提高学生的能力。最后结合书中内容和多媒体的展示，了解手动控制和自动控制。以及控制在生活、生产中的应用，提出来一些问题让学生们思考，学生进行小组讨，从而提升学生的情感思想。最后，对本节课进行小结。
3. 学情分析
学生在日常生活中，早就对控制有所了解，他们需要通过一个途径从中了解真正的原因，从而更加清楚的体会到控制普遍存在于当今社会的各个方面。并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。本节课内容多半以概念为主，可能引起学生的兴趣不是很大，需要通过一定的事例讲解“概念”内涵，而不要只是单纯的进行传统的传授式教学，以免使学生对教学内容感到枯燥乏味。
六、教学准备
1. 相关学科知识：本单元要求学生具有初中物理学科电学基础知识。 2. 教学器材和材料：多媒体、相关图片资料、飞镖、手动发电机、小米老鼠、接力棒等。
七、教学过程
教学内容
教学环节
教学活动
设计意图
教师活动
学生活动
一、创设情境，引出主题
整 体 回 顾
问：同学们，老师给大学展示一个小物体，看完以后，哪位同学能告诉老师，你都是从哪些角度来观察它的呢？你最感光趣的是哪一部分呢？（展示发电小猪。）
学生回忆、再现、回答
知识准备
通过整体回顾本书的内容，从而为引出“控制”一词做出铺垫。
回顾技术与设计的四大典型模块，从而引出控制技术在日常生活中的重要性。为下面的内容做个铺垫。
二、新课导入
相互交流
1.其实我们在日常生活中，都有意无意地进行着控制。如：骑自行车、打开电灯，学习成绩等等。 问：在你的生活当中，控制技术存在于哪些方面呢？（学生回答）
根据教师的提示，带着问题进行思考并作好记录。
从简单情况开始，循序渐进，引导学生利用旧知识去解决问题。 希望学生从生活中感受到控制技术的作用。
过渡：同学们,可见在我们的生活当中,无时不刻应用着控制技术,无论是你们之前提到的,还是老师为你们举到的一些例子,我们都感觉到它的重要性,既然它如此重要你们想不想去感受一下它的魅力呢?
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三、布置游戏和任务，体现问题解决步骤
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控制的涵义
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组织游戏1
飞镖游戏：请二、三个同学来完成这个游戏。 问：你在整个过程中是如何操作的呢？ 特点：目的性 对学生完成的结果进行评价.
让同学亲身感受到控制存在于我们的身边。并对控制的定义有个更深入的了解。
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通过接力比赛的游戏，使同学们亲身感受在控制过程中，关于运用何种手段，对完成某一任务的作用是非常重要的。
游戏导入
记忆深刻
目的
游戏2导入
过渡:看来只确定好目标还是不行的,为了完成任务,在确定好了目标后,更重要的就是什么呢?请学生回答,并进行分析. 那就让我们游戏一下,看看你们能不能发现答案呢?
手段
游戏2:如果同学们觉的你还没有体会到控制的魅力的话，下面我们就做一个现实的游戏，让同学们一起来亲身感觉一下什么是控制？（运动游戏） 问:1.你能告诉老师你最终的目的是什么吗？ ?? 2.那你又是如何完成这个任务的呢？ ? 请学生完成,并对其结果进行分析.
提问:
既然有了目标,又有了一定解决的方法,同学们想一想,我们还缺什么呢?
学生根据已有的知识进行思考回答。
加深记忆，理解控制的内涵。
手段
组织游戏3
导入；同学们和老师一起欣赏一张图片，看完后请同学们来回答老师的问题？ 展示图片1：ppt演示
提问:
同学们来设想一下,图中右边的那个人为什么要掐住左边那个人的脖子呢?
通过游戏和观看图片,我们已经对控制有所了解,那位同学能来总结一下控制的涵义呢?
学生根据已有的知识进行思考回答。
事物
教师讲授新课、归纳知识点
控制的涵义并进行分析(从古至今)其实在我们的祖先早很久就能够很好的运动控制技术了？——大禹治水
理解控制的涵义
活动一：课堂能力拓展
ppt演示,学生举例讨论
过渡：同学们都知道,对待任务事物时,都是仁者见仁,智者见智,不同的人所采用的手段也不同,那么最终达到的效果也不一样,同学们都知道控制的实现需要通过一定的手段，同学们也看到了，在好多的控制当中，少不了人的干预。既然是这样，我们就可以把控制分为手动控制和自动控制。
手动控制和自动控制
活动二
请说说你所了解的人工控制和自动控制的事例
学生回答
?? 从身边的事例来讲解一些控制技术的运用。
开阔 视 野
手动控制/人工控制
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。ppt展示图片（手动发电机）视频 问:在汽车下坡过程中,你是如何控制的呢?
同学们可以通过图片看到哪些是人工控制的事例
自动控制
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。ppt展示和视频 问:为什么视频中擦玻璃的那个人的表情会如此茫然? 你能帮他解释一下这是为什么吗? 如果让你来擦玻璃,你将对如何控制这个门呢?
同学们可以通过图片看到哪些是自动控制的事例
思考： 通过上述的讲解同学们是不是已经理解了什么是控制，了感觉到控制存在于当今社会的各个方面，那么下面我们就一起从不同的角度去感受一下控制技术的作用，看一看我们能不能离开它？同学们也想一想，一旦我们离开了它，我们的生活将变成什么样子呢？
小 结
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1.控制的涵义
2.手动控制和自动控制
? 本节课小结，知识复习
围绕“控制”这个主题，本节课共设计了二个游戏和两个任务以及一个探究活动和能力拓展活动
? 1.游戏：第一个游戏是投飞镖，这个游戏是同学们都很熟悉的活动，通过投飞镖时的目标设定从而引出控制中第一个重要因素首先要确定目标。第二个游戏是接力比赛游戏，让学生亲自示范从而达到设计的最终目的引导出控制的第二个重要因素要选择合适的手段。最后通过对一张图片的观察，从而引出在有了目标、选取了手段，还要选择合适的对象。通过二个游戏和一张图片，从而总结也控制的涵义。
2.课堂作业（能力拓展活动）
控制事例
控制的对象
控制的目的
控制的手段
用喷雾器喷洒农药
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音响的音量控制
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人力三轮车转弯中的方向控制
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?? 学生举例，并进行讨论。
?? 通过本活动的进行，使同学对控制的理解更深一步，并且同学们也能自己来分析某一事例的控制过程。
3.二个任务：第一个任务是在看完一段汽车下坡的视频后，对其内容的解释，一个目的是让学生们再次了解到控制技术在我们日常生活中的应用。另一方面是让同学们了解到人工控制的含义。第二个任务是看完一段自动门的视频，让同学们帮助视频中那位迷茫的男士。通过学生的回答和老师的总结，从而理解到自动控制含义以及自动控制在我们生活中的应用，最后让同学们帮助那位男士来解决这个问题，不断的升华学生们的理念与思想。
4.探究活动：通过老师给学生们展示一些图片，让同学们了解解到控制技术在我们的生活、生产、农业、军事等其它方面的应用。从而来思考，技术的发展对人类的影响？升华情感。
?八、教学反思
优点：把教学的案例情景设置在学生身边经常遇到的例子，如自行车、飞镖等生活常用工具和产品，根据目标对教学内容进行筛选，尽量去掉教材中易使学生厌烦的信息，留下学生能够参与和感兴趣的信息，激发学生的学习热情。如果有可能，就尽量减少教师的课堂讲解，要给学生充足的时间和空间来思考和发展，使学生有时间和空间进行自我调控、自主学习、自我分析、互相评价、促进学生学会学习。
第六课时 控制系统的工作过程与方式
教 材：通用技术（必修2）
文档内容：控制系统的工作过程与方式
章 节：第四单元 控制与设计 第二节 控制系统的工作过程与方式
课 时：1课时
一、教学目标
1. 知识与技能目标
(1)分析典型案例，熟悉闭环控制系统的基本组成。
(2)能画出一个简单的闭环控制系统的方框图。
(3)熟悉闭环控制系统在日常生活中的应用。
2. 过程与方法目标
(1)通过典型闭环控制系统的分析，熟悉闭环控制系统的基本组成及工作过程。
(2)逐步形成理解和分析闭环控制系统的一般方法。
3. 情感态度和价值观目标
(1)提高对生活中技术问题的敏感度和引发出探究欲望。
(2)通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索敢于创造优良品质。
二、教学重点：(1)闭环控制系统的构成与判断。 (2)闭环控制系统在日常生活中的应用。
三、教学难点：闭环控制系统与开环控制系统的判别。
四、教学方法：讲授法、任务驱动法、小组合作法、演示法、逆推分析法、游戏法
五、设计思想
1. 教材分析
“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。
本课从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对闭环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。
2. 教学策略设计
(1) 让学生自发地、主动地学习。本课教学中以生活中最常见的“杆称”控制系统等问题解决闭环控制系统的工作控制流程，激发学生的认知，引导学生自发地把生活中碰到的闭环控制系统的问题解决。
(2)创设情境。生活中闭环控制系统的例子很多，如电冰箱的温度控制系统、抽水马桶的水位控制系统等，引导学生分析生活中的闭环控制系统工作过程和方框，加强学生工作过程和方框图的理解和应用能力。
(3) 对学生进行现代技术思想和高科技思想方法的指导，使学生获得新信息。
3. 学情分析
学生已学开环控制系统的基础知识和系统、控制等基本概念，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些已知知识和经验为教学中提供了条件，同时也为本节顺利进行闭环控制系统的学习提供了可能。
六、教学准备：电饭煲，台灯，多媒体等。
七、教学过程
1.复习：
（1）我们把控制系统分为：开环控制制系统和闭环控制系统
（2）什么是开环控制系统？ 控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，称为开环控制系统。
(3) 开环控制系统方框图是:
2.引入新课
（1）案例分析：炮弹的控制系统
下面是一个故事
在解放战争时期,有一次战役中，有两个士兵，一个是老兵，一个是新兵，他们坐在防空洞外休息，突然有火炮攻击，那新士兵马上……
在这炮弹的控制系统中有两种情况:
一种是不进行调整只是按设定的距离开炮,没有因素影响可以打中对方,但要是有干扰或者有其它因素影响那就打不中对方了,达不到目的.
另一种是加了一个(侦察兵)把控制系统的输出量(炮弹落的位置)返回到输入端(大炮到对方距离)进行比较,并对控制进行调整的环节,使能准确打中对方.
（2）案例分析
请同学们来试一试这两台台灯在控制中有什么不同?
①可充电台灯的控制系统
可充电台灯只是开灯就亮 ,非常简单,但是亮度不能调节。
②可调台灯的控制系统
可调台灯亮度可调,(它经过人的眼睛不断检测灯的亮度与人眼睛感觉舒适的亮度进行对比而进行调整,使达到人想要的亮度).
（3）案例分析
请问同学们在前面所学的游泳池的定时注水控制系统中有没有不足地方?
有,当多人用水时进水管水压小,进水流量变小,时间到了还没有加到设定的水位。
解决办法是: 增加一个检测游泳池水位的装置，把测量到的游泳池当前水位返回到该控制系统的输入端，通过与输入量对比，当实际水位比设定水位低时，控制器控制进水阀门继续注水；当实际水位达到设定水位时，控制器发出信号关闭进水阀门。
从以上控制系统案例可以看出，在系统的输入端和输出端之间,除了输入到输出传递信息外,还有从输出端返回到输入端的传递信息,(即控制系统把输出量返回到输入端与给定值进行比较,构成一条闭合回路。)
3.闭环控制系统
（1）闭环控制系统是：把控制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。
（2）闭环控制系统的方框图:
（3）扩展思考(可调台灯的控制系统)
可调台灯亮度是经过人的眼睛不断检测灯的亮度与人眼睛感觉舒适的亮度进行对比而进行调整,使达到人想要的亮度,但不方便,一定要有人调节才行。
思考：能不能设计出不用人调节就能达到目的的控制？
（4）体验闭环控制在日常生活中应用
例如：家用电饭煲的做饭和保温的控制系统
①电饭煲的做饭工作过程
普通电饭煲的做饭控制中，首先输入“做饭指令”，按下开关按钮,电热盘工作,煮饭开始,当内锅温度上升到限制温度（103℃）时,感温磁体失去了磁性, (感温磁铁在常温下具有铁磁性，但温度升高到103℃时便失去了铁磁性，这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”)感温磁体和永磁体在弹簧作用下分开,触点开关分离,电热盘停止工作,电饭煲的做饭工作过程结束,电饭煲进入保温控制。
思考与讨论：
●若用电饭煲烧水，水在沸腾以后是否会自动断电？
●若是电饭煲内，感温磁体和永磁体之间的弹簧断了,做饭过程中会是怎么样?
②电饭煲的保温工作过程
当内锅温度下降到保温点（65℃）时，实施保温控制,内锅温度继续下降时,双金片发生变形,触点开关接通,电热盘工作,内锅温度上升,当内锅温度到升保温点（65℃）时,双金片又发生变形,触点又分离,电热盘停止工作,这样电饭煲就达到了保温的目的。
思考与讨论：
●常温下两触点是接触还是分离？
●电饭煲的做饭控制系统和保温控制系统分别是开环控制还是闭环控制?
●写出它们的控制系统方框图?
闭环控制在日常生活中应用还有很多:
例如：(1)电热水壶的温度控制
(2)电热器的温度控制
(3)饮水机的温度控制
(4)马桶水位控制
(5)空调器的温度控制
(6)太阳能热水器的温度控制
(7)电冰箱的温度控制
八、 教学反思
由于学生缺少生活生产的经验，教师如何去弥补这一缺憾很重要。我用了生活中常见的控制事例，学生听起来能接受，因而就有兴趣，接受的效果就好一些。有些控制案例我给学生进行了控制系统的组成分析，让学生知道组成系统的零部件，按功能分这些零部件的作用有什么不同，然后学生自己去分清控制器、执行器、被控对象是什么。
第七课时 闭环控制系统的干扰与反馈
一、教学目标
1. 知识与技能目标
(1) 知道功能模拟方法与黑箱方法都是研究控制系统的常用方法。
(2) 了解功能模拟方法与黑箱方法在控制系统中的应用。
2. 过程与方法目标
(1) 通过“汽车全自动驾驶”与“人工驾驶”的类比分析理解功能模拟方法。
(2) 通过“挑椰子”“判别计算机性能”等案例的分析，了解黑箱方法的应用。
3. 情感态度和价值观目标
(1) 懂得功能模拟方法与黑箱方法在控制领域的重要作用。
(2) 将功能模拟方法特别是黑箱方法有意识的渗透到今后的问题分析当中。
二、教学重点：功能模拟方法与黑箱方法在控制系统的设计与分析中应用。
三、教学难点：1. 功能模拟方法的理解。
2. 功能模拟方法与黑箱方法在控制系统的设计与分析中应用。。
四、教学方法：教授、案例分析、任务驱动。
五、设计思想
1. 教材分析
本课是《技术与设计2》的第四单元“控制与设计”的第三节“闭环控制系统的干扰与反馈”中的第三课时的内容，包括 “功能模拟方法”和“黑箱方法”两部分内容。功能模拟方法是以功能行为的相似性为基础建立模型，用模型模拟原型的功能和行为的一种方法。教材首先以“加热炉温度的手工控制与自动控制”的比对案例来说明功能模拟方法。温度能自动控制的加热炉系统在上一课时是已经分析探讨过的案例。在这里重提就可以很好的与“手工控制加热炉”配对比较。但考虑到“加热炉”对学生来说还是比较陌生，所以在上课时不采用这个案例，而是改用“人工驾驶与自动驾驶汽车”的案例做比对。教材在后面又举了根据模型与人脑在功能行为上相似而实现对人脑的模拟的“国际象棋人机对弈”案例，从而使功能模拟方法更清晰的展现在我们面前。在“黑箱方法”部分教材使用“中医看病”“挑西瓜”等贴切生活的案例把黑箱方法分析得非常的清晰明了。教材引用这些生活化的案例就一子就把理论与人的距离拉近了，陌生感也没有了。利用黑箱方法事物进行分析，可使许多繁杂的问题简单化，它是认识事物的一种有效方法。
教材内容的顺序编排也是比较合理的。在前几课时分别介绍了“控制”“开环控制系统”“闭环控制系统”“干扰因素”“反馈”等内容，而这些都是学习探讨功能模拟方法与黑箱方法的前提基础。
2. 设计理念
功能模拟方法是仿生学中的一种常用研究方法，在控制领域应用广泛，它也为人工智能研究的提供了科学方法。在平时进行方案构思时采用的模仿法与本课探讨的功能模拟法很相近，模仿法的范畴更大一些，这一点在上课时是一定要学生清楚的。本节教学的主体任务是使学生理解并掌握两种分析、设计控制系统的思想方法，最终能对两种方法做简单的应用。为了让学生易于理解就必须尽可能的多使用案例，且是学生熟悉的案例，案例既有文字性也有图片式的。
3. 学情分析
在此前，学生学过了开环与闭环控制系统，对开环与闭环控制系统的组成也都有了一定的认识，这些再加上学生的生活经历都是学习本节的前提基础。“人工驾驶汽车”“中医看病”“挑选西瓜、椰子、电视机”以及“机器人”都是学生熟悉的案例，正是以这些熟悉的案例做分析铺垫，才有可能降低理解难度。本课主要通过大量的生活案例让学生在分析案例的过程中逐步掌握功能模拟方法与黑箱方法的思想的，但对于功能模拟方法的理解还是有一定难度的，所以在实施教学时需要想办法去突破。
4.教学策略设计
先以“人工驾驶汽车”的方向控制问题做导入，分析汽车的行驶方向是如何受到控制的，接着投影“全自动驾驶汽车”案例，比较前后两种行驶方向的控制，知道“全自动驾驶汽车”中控制器代替了人脑的转向控制功能，执行器代替了人手实现车把转向功能，检测装置代替了人眼实现路况识别功能。说明象这种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方法。之后再介绍教材举的“下象棋机器人”，也请学生试列举类似的案例，（会骑自行车的机器人、会拉提琴的机器人……）接着让学生阅读第115页的“阅读”材料，以加深对“功能模拟方法”的认识。接着设置一道与功能模拟方法相关的练习题试做。
在“黑箱方法”部分用教材的“挑西瓜”“中医看病”案例做简单分析，可得知不用打开事物直接看内部结构，也可以通过观察外部或试验等方法就可以认识事物，这种方法就是黑箱方法。接着请三位同学上台试判别两个椰子的老嫩情况，这是跟挑西瓜类似的一个试验，旨在提升学生的感性认识。之后再请全体同学一起讨论“如何简单判别一台计算机的性能”、“试判别教室中的扩音机的扩音是否正常”，这都是黑箱方法的具体应用。最后的再安排教材P116页的“马上行动”作为课后作业。
六、教学准备
1. 教学资源的准备：多媒体教学设备、教学课件PPT、椰子（2个）、（教室的）扩音设备等。
2. 教学课件的准备：教学课件力求简洁，抓住关键知识点，突出中心。
七、教学过程
1.引入
教师：上一课我们专门探讨过闭环控制系统的反馈问题，反馈可以使控制系统的控制精度更高、稳定性更好。下面我们来看两个案例：
（投影：手动驾驶汽车和自动驾驶汽车图片）
a. 手动驾驶汽车 b. “斯坦利”无人自动驾驶汽车
大家说说这两种驾驶汽车的方式中，汽车的行驶方向分别是怎样实现控制的？
学生：（在手动驾驶的案例中，人眼检查路面的信息反馈给大脑处理，大脑控制手去把转方向盘；在自动驾驶案例中，检测装置检测路面信息并将信息送给控制器，控制器控制执行器去调整方向盘从而实现行驶方向的控制）
2.新课
教师：在这两案例中，相应的自动驾驶系统的检测装置代替人眼检测路面状况的功能，控制器代替了大脑的功能，执行器代替了人手的功能。象这个有用有相似功能的机器模块代替了人来实现对汽车行驶方向的控制就是一种功能模拟方法。
（投影：功能模拟方法----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。）
这里说的“模型”是比较笼统的，但它一定是以功能行为的相似性为基础的。就如雷达和蝙蝠，雷达就具有可发射并可接收电磁波功能模块，这些模块就是模型，它具有与蝙蝠相似的功能和行为。
历史上曾经有过能模拟人的动作行为的各种模型，却没有解决从结构上模拟人的大脑进行思考的问题，因为人的大脑太复杂了。在没有彻底弄清人脑内部结构和机理的情况下，必须另辟一新的模拟途径，这条途径不要求从结构上去模拟人脑，而只是要求模型在功能行为上与人脑相似。也就是说，仅仅根据模型与人脑在功能行为上相似，实现对人脑的模拟。
我们来看一则报道（投影）
“据俄罗斯《莫斯科时报》6月10日报道，俄罗斯总统的首席经济顾问达瓦科维奇9日晚上战平国际象棋机器人，比赛结果为1胜1负。 达瓦科维奇同时也是俄罗斯国际象棋协会主席，他承认这是他第一次有勇气和机器人比赛。参赛机器人是俄罗斯工程师用最先进的技术制作的，它能用一只长约1米的手臂移动象棋，并同时与3个人比赛。设计师很自信地说，从理论上来说它是无法被击败的。
这次机器人同时与达瓦科维奇、国际象棋大师伊戈尔和7岁的象棋女神童阿琳娜一起下5分钟的快棋赛。达瓦科维奇赛前和现场的观众及记者说：‘这个机器看起来不像人类，但棋下得比人好。’”
教师：国际象棋机器人具有与人脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维、动作与人下棋。工程师在设计这些机器人时就使用了功能模拟法。
3.学生任务一
（1）用一分钟阅读P115页的“阅读”材料。
（2）判别下列案例是否涉及到功能模拟方法。
会骑自行车的机器人 会拉提琴的机器人 机器人保姆
4.新课继续
教师：假如你要去选购西瓜，你有什么办法在不切开西瓜的情况下就可以选到好的西瓜？
学生：（看、摸、敲、听、掂……）
教师：很好！现在我就想请大家试一下，尽管我手头没有西瓜，但却有两个椰子。（展示）请几位同学过来帮我判别一下哪个椰子可能会好吃一些?你是根据什么来差别的？
学生：（试辨别……）
教师：说明大家的生活经验是非常丰富的！这是好事！
这里我们不需要把西瓜、椰子打开就可以判别它的内部情况。像这种不需要把事物打开观看其内部结构，而是通过观察或试验等方式来认识事物的内部结构及功能的方法就是黑箱方法。
（投影：黑箱方法---把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断系统内部结构及其功能的方法。）
我们生活当中也有很多用黑箱方法来解决问题的案例，就如中医看病。中医是我国几千年传承与发展下来的一门独特医学，是我们的国粹。中医看病是通过什么方式来完成的呢？
学生：（望、闻、问、切……）
教师：说得好! 了解了什么黑箱方法及其作用后，下面就让我们试用黑箱方法去分析某些案例。
5.学生任务二
（1）怎样简单判断一台计算机的性能？
学生：（安装一些大型软件，如图像处理软件、音视频处理软件、3D设计软件、大型游戏等……观察计算机的运行情况）
（2）试判别教室中的扩音机的扩音是否正常？
学生：（请学生到讲台试操作再回答）
<用影碟机或mp3播放器播放音乐，把音乐信号输送给扩音器，调节扩音器音量，辨听从音箱输出的音质；或是将扩音器的音量调到比较大的位置，用手或钥匙碰触音频输入线，细听音箱中是否有杂音出现，如有则说明扩音器是好，否则是有问题的。>
八. 教学反思
通过对大量的生活化案例的分析来突破重难点是本课的一个设计要点，在案例选择上除了教材的“加热炉的温度控制”案例外其余的案例全部使用到，此外还增设了“会骑自行车的机器人”、“会拉提琴的机器人”、“机器人保姆”、“选椰子”、“简单判断计算机的性能”、“判别扩音器扩音功能的好坏”等案例，从而使本课内容充实有加。
第九课时 控制系统的设计与实施
一、教学目标
1.了解简单的被控对象的基本特性。
2.能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图。
3.形成初步的控制系统设计的方案。
4.能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；学会调试运行，提出改进方案。
二、教学重点
1.运用控制系统设计分析方法确定控制系统各部件，形成初步的设计方案。
2.确定被控量和控制量并能画出控制系统的方框图。
三、教学难点： 被控量和控制量的确定。
四、教学方法：讲授、讨论、小组合作。
五、设计思想
1.教材分析
本节课内容为本单元的第四节，是前几节知识的总结与应用。可通过教师的引导和实例，结合学生生活经验，探究控制系统设计与实施的含义，归纳总结控制系统设计与实施的方法。通过设计实践活动，让学生感受和领悟，引导学生思考实现合理的控制设计要考虑的因素。
2.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的生活经历，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。
学法设计：
引导学生进行“问题式学习”，通过尝试——发现，探索——研究的过程来掌握本节课的知识，在老师的帮助下，把生活中的经验逐步与控制系统联系起来，通过动手实践、改造，亲身体会控制系统的实施方法，体验成就感。
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。
（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）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《电吹风》《电暧气》（有开环与闭环两种）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。
（4）老师起到引导的作用，把课堂交给学生。让学生进行设计。
六、教学准备：电吹风等实物，课件、方框图。
七、教学过程
引入：
（一）问题的提出
程同学家的住房面积比较小，卫生间和客厅紧密相连，家里来客人时，使用卫生间厕所马桶时所发出的声音和气味常常使人很尴尬。程同学想如果在马桶内安装一个抽气机，将马桶内的气体直接抽到水箱内的水中，通过水的过滤，消除臭气。这样，由于马桶内的空气流向发生变化，如厕时马桶内发出的声音也可得到控制。
要实现这个想法，抽气机的控制系统部分如何设计呢？
新课：
（二）控制系统设计的一般思路：
1.要设计好一个控制系统，需要：
（1）明确这个系统要达到的目的是什么？
（2）所要控制的对象是什么？
（3)被控对象有哪些重要特征？被控量和控制量分别是什么？
被控对象的特征往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式。
（4)外界的主要干扰因素有哪些？
一个控制系统中可能同时存在若干个干扰因素，需要分清主次，找出对系统影响最大的干扰因素。
（5)选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、又易于实现。
为达到实现控制的目的，应采用易于实现的控制方式，降低控制成本、减少对环境的负面影响等。
（6）选择控制系统的设备和元件。
注意在选择元器件时要优先考虑标准件的使用。
2.在以上问题都确定后，再考虑：
（1）要根据实际设计对控制精度的要求以及条件的可行性来确定是用开环控制系统还是闭环控制系统来实现所要最终达到的目的。
（2）画出控制方框流程图。
（3）画出必要的设计图纸（控制电路设计或系统结构设计）和实施图纸，撰写设计说明书等。
（三）开环控制系统的设计案例分析
◇ 案例分析1（教师引导）：
电吹风控制系统的设计（先介绍一下电吹风的工作原理）。阅读书中“开环系统的设计”，从“电吹风控制系统的设计”体会开环控制系统设计的一般过程。
设计要求：
电吹风能根据不同档位输出不同种类的风。
设计分析：
被控对象——电吹风；
被控量——风的速度和温度；
控制量——电机的电压；
干扰因素——房间温度、电源电压的波动；
工作过程：
这个开环控制系统设计的案例，用以说明开环控制系统设计的过程与方法，体现控制系统设计的一般思路。
◇ 案例分析2（分组讨论）：
电风扇风速控制设计。
1.电风扇风速控制这个系统要达到的目的是什么？
2.控制的对象是什么？被控对象有哪些特性？
3.需要哪些零部件组成控制系统？被控量的控制量分别是什么？
4.外界的干扰因素是什么？影响的程度有多大？
5.怎样做到经济实用？设计更安全？
6.你认为该控制系统各部件的设计还与什么有关?
◇ 案例分析3：
抽水马桶水位自动控制
设计要求：当水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。
设计分析：根据设计要求，选择闭环控制系统。被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进进水量），水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系，主要干扰因素是水箱的出水流量。
方案构思：采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱进水；当水箱水位达到水箱的某个高度时，水位差为零，进水阀关闭。
控制系统方框图：略
控制过程：转动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，直到指定水位时，进水阀关闭。
（四）“马桶内抽气控制系统”的方案设计
设计要求：
抽气机能根据不同的档位（如电风扇的风速控制器）改变抽风量的大小。
提问：针对“马桶内抽气系统”，是选择开环控制系统还是闭环控制系统？
教师总结：采用开环控制系统实现马桶内抽气。同学们在学习控制系统设计之初，要从尝试进行简单的开环控制系统的设计做起。
1.明确马桶内抽气系统的设计要求、被控对象、被控量和控制量。
2.阅读书中119页“开环系统的设计”，从“电吹风控制系统的设计”体会开环控制系统设计的一般过程。
设计分析：
抽气机控制系统的的被控对象是抽气机装置，被控对象是抽气量的大小，控制量是电机的电压，干扰因素是电源电压的波动。
抽气机控制的工作过程：抽气机是通过电动机带动真空泵将气体从马桶内抽到水箱之中的。
分组讨论：1.设计“马桶内抽气控制系统”，画出流程方框图。 2.共同讨论设计还存在哪些问题，如何改进。
方案构思：设定抽气机的挡位就设定了电动机电压，接通电源后，电动机带动真空泵，将马桶内的气体抽到水箱中，输出的就是预设定抽气大小的量。
（五）作业：马桶内抽气装置的模型制作
1.确定了抽气机控制系统的设计方案后，画出必要的电气线路图。
2.选择适当型号的元件和配件，进行组装。（老师提供相应的配件和原材料，学生现场制作）
3.进行调试，测试能否实现设计目标，提出改进意见。
八．教学反思
尝试引导学生进行“问题式学习”的过程来掌握本节课的知识，在老师的帮助下，把生活中的经验逐步与控制系统联系起来，通过动手实践、改造，亲身体会这种控制实施方法，体验成就感。
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