福州市林立东名师工作室
 

控制系统方案的初步设计说课稿

2019-01-08 22:27

这一章,是通用技术必修课的难点章节,不仅学生对这一章的接受感到有难度,说实在话,老师对这一章的教学也有难度,因为这一章的内容比较难于理清,难于分析,难于说准确。

控制系统的设计与实施,控制系统方案的设计,这两个知识点按照知识层次属于应用层次,是需要学生对此有更多的了解与体验,有更多的动手与实践,因此,在这节课堂的教学过程中,我主要是让学生来动手操作,激发他们的兴趣与探索欲望。实践证明,学生在探索过程中,所反应出来的表现,真是让我增长见识,这就是真正的教学相长。

我对这节课的处理采用了三个大的过程,一是教学准备,二是教学过程,三是教学总结。

一、说教学准备

教学准备包含1、教材分析;2、学情分析;3、教学目标;4、教学策略;5、教具与学具准备。

1、教材分析

本节课是通用技术(地质出版社)必修2《技术与设计2》第四章第五节的内容。这一节的目标是让学生体验控制系统设计的实际过程,并以二个实例——声控灯系统(开环)和棚室温度控制系统(闭环)两个案例展开教学,一般学校通用技术实验室提供的工具,对用于本节教学发挥不了多大作用,如果用简易的实验器材进行实验教学,可以起到事半功倍的效果,有利于教学处于轻松、直观的情境下顺利进行,以学生为主体的课堂教学,亲自参与、切身体会,有利于学生对本章节的理解和掌握。

2、学情分析

①、通过本章前面学习过的内容,了解到学生对控制内容基本能掌握,但学生对尝试设计、制作控制系统实践时,一部分同学还不清楚是怎么一回事,大部分同学则表示需要通过具体的实践来进行通用技术课的学习,有机会进行操作实践或有可供动手的制作设计,就更能将这些内容溶化成自己的东西。

②、声控灯对于高二学生,可以说每一个学生都见过,但声控灯的结构是如何的,它是如何控制灯的亮与灭,还不是太清楚,同时,现在的学生或者说现在的教育是重理论轻实践,学生对声控灯里的电子元件不认识,学生所学电学知识根本不能在实践中应用,这是我们中国学生普遍存在的问题,也是中国教育现状普遍存在的问题。

3、教学目标

知识技能目标(国家课标):(6)能根据开环控制系统的设计方案,制作一个控制装置;或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施,学会调试运行,提出改进方案。

具体分解为通过互动或者实践操作让学生在实践过程中,领悟知识,提高技能,得到新的具有创意的设计方案:

①、了解控制系统设计所经历的几个阶段和每个阶段的各种任务。

②、经历简单的控制系统设计过程,体验控制系统设计的实际过程及其方法。并能画出这个设计方案中的系统方框图,形成初步设计方案,并尝试得到新的发明方案。

③、能设计制作一个控制方法,尝试对声控灯的结构进行改进,得到具有可调时间功能的模型,并进行模拟控制和调试。

④、培养勇于实践、勇于思考、勇于创新的精神和素质。

过程与方法

通过控制系统方案的设计、制作与改进的过程,创设情景,发挥学生自主学习的积极性,让学生在做中学,学中做。经历思考、实践与创新的过程,让学生在实践中提高分析问题、解决问题的能力,锻炼学生的逻辑思维能力和动手操作能力,让学生在这样的过程中,不仅培养了技术素养,还培养创新意识,培养创新能力,更能获得技术素养之外综合能力的提升。

情感、态度和价值观

通过有针对性的教学活动,力求提高学生对学习技术课的兴趣,提升学生的技术素养。体会团队合作精神和使用技术的责任感、使命感和快乐感。体验科学探究的过程,激发学生对科学的求知欲和探究科学的勇气。培养勇于实践、勇于思考、勇于创新的精神和品质。

教学重点

主要体现控制系统方案初步设计的一般思路,并通过对声控灯的拆分与改进的实践任务,让学生在合作学习的基础上,发挥团队的作用,并自主设计,共同分析问题、解决问题,争取经历一次得到创新作品的实践过程。

教学难点

运用声控灯多种方案的设计,体会开环控制系统设计,如何在声控灯中确定被控量与控制量。

4、教学策略

声控灯从理论上讲内容较难,学生理解起来也比较困难,为了能有较好的课堂教学效果,设计如下:

①、利用小盒子模拟夜晚环境,利用带插头声控灯插入电源,尝试发声后得到控制系统的开环模型,并且将小盒子取掉,发出声响而灯不亮的过程引入课题。

②、通过自主活动,引领回忆前面学习过的知识,使学生了解开环控制系统并画出控制系统框图。

③、通过提出控制时间长短的问题,让学生了解被控对象的基本特性,并尝试自主设计实验活动过程。如果将声控灯通过实践操作过程,较为详细分解给学生,让学生亲自参与到其中来,用实践的方式探索声控灯的控制过程,能激发学生的好奇心和动手做的欲望,让学生懂得控制系统的初步设计概念,将所学知识上升到一定的理论认识高度。

④、通过每个小组简单的动手实践,得到“确定被控量与控制量”的知识。

⑤、通过分析引导,让学生进行“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,把课本上的知识、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,体验成就感与创新意识,并达到突破重点与难点的教学过程。

5、教具与学具准备

教学器材

每个小组一套带插头且绝缘性能好的声控灯、一些构成声控灯的各种电子元件,不同阻值的电阻、电压值(50V)符合要求的不同容值的电容元件若干。灯泡、铬铁、尖嘴钳或斜口钳、镊子、小刀,焊锡丝、能罩住声控灯的小盒子、秒表各一,电源。

教师用灯具(一个带插头的灯头与灯泡)。

教学媒体运用

多媒体平台及课件。

教学课程设计

活动过程中,46人为一组,采用合作式学习的教学方式,以问题为先导,任务驱动为动力,让学生自己实验、发现、自己探索。

课前准备

学生课前对声控灯的原理进行初步了解,并学会简单的焊接技术(一个小组至少有一个人比较熟练)

二、说教法、学法

本节课以分析、总结,通过实验的手段突破难点,学生总结、归纳和通过实验验证,在兴趣中获得知识的掌握。


三、说教学过程

教学过程按照教材程序来实现,基本上按以下方案进行。1、提问引入课堂;2、提出问题;3、了解被控对象的基本特征;4、确定被控量与控制量;5、确定控制系统构成的方案;6、绘制系统框图。

1、提问引入课堂

通过一个演示实验,利用小盒子模拟夜晚环境,利用带插头声控灯插入电源,尝试发声后得到控制系统的开环模型,并且将小盒子取掉,发出声响而灯不亮的过程引入课题。

2、提出问题

问:声控灯是如何控制灯的亮与灭?

这一过程主要是让学生有思考,并引领学生通过分析,获得声控灯的系统组成框图。

   3、了解被控对象的基本特征

本过程主要以分析、思考为主,教师分析照明灯与声控灯

的工作状态:并提出电网电压波动对灯的亮度有什么影响?

总结出被控对象,在正常工作状态下,输出与输入、输出与干扰的关系,从而得到“被控对象的基本特征”。

4、确定被控量与控制量

这是本节的重点,更是难点,学生对它的理解只停留在混淆的状态之中。先提出一些问题:被控对象是什么?被控量实质上是什么?输出量与被控量是什么关系?被控量可以分为哪些方面?

在这里,要引导学生分析,除课本上提到的输出量与被控量之外,还应思考被控量不仅可以分为电流,还应该有点亮的时间,这也是本节课突破难点所在。

通过分析点亮时间的长短,引导学生回忆物理课上所学的电容或电阻是控制电路中电流大小的关键元件,提出是不是可以改变电阻或电容来改变被点亮的时间呢?

要学生用实验来验证。这个过程以各小组中在声控灯的电路板上取下一个电阻或电容,注意此时要用多媒体提示出电路板上控制时间长短的电阻或电容编号和位置,以减少学生寻找的时间。

学生实验中,如将市场上买来的声控灯电路板上50vV 10μF的电容,换成50V 1μF的电容后,其点亮时间可以缩短为23秒钟。说明将控制量(电阻或电容大小)改变,被控量(灯的点亮时间)也发生改变,从而得到一种逻辑关系,也使学生知道在控制过程中的相互作用,我在教学中发现,这个实验过程是达到突破难点的一种很好方式。

这个实验所需器材不多,总共不到100元钱,而且多个班级可以重复使用,学生兴趣大,教学效果显著。它不仅能培养学生的动手动脑能力,而且能将学生所学的电子元件理论与实际联系起来,不仅能在实验中认识实际生产中的电阻、电容、电感,还能获得物理课中没有提到的声敏电阻和光敏电阻的学习与实践,以及在实践过程中,学生还会问及声控灯电路板上其他电子元件,如三极管、二极管、压电陶瓷等、甚至有兴趣的同学还会进一步向教师了解COMS电路、延时电路、与非门电路等相关概念,引领他们对电子领域的兴趣,让其得到进一步探索电子元件领域的欲望。

实验中要绝对保证用电安全。

5、确定控制系统构成的方案

在上述实验的基础上,教师分析开环控制与闭环控制的区别:主要是有没有反馈。开环控制,被控对象是声控灯,输入是否有声音,输出是否灯亮,干扰因素是外界声源和电源电压的波动等。系统具体构成,包括声传感器、控制器和常开接点。

6、绘制系统框图

作出总结,要求学生绘制出系统框图。

四、说教学总结

在本节课中,地质版本安排了两个案例,声控灯系统和棚室温度控制系统。这节课按教学安排,需要用二个课时来完成,第一个教学案例用一节课完成,另一节课为闭环控制系统加上归纳、总结。

作为高二的学生,电学中的电阻与电容的知识早已学习过,电阻的知识是从初中九年级开始学习起,到高二已三年了,而电容知识在高二也已学习,可要学生认出电路板上的电阻、电容、电感等元件,从教学的过程中来看,绝大部分学生根本不认识,更不要说什么是声敏电阻和光敏电阻,他们只知道理念上的一些概念、公式、符号,这是我们中国学生普遍存在的一个共同特点,这就是中国学生的学习是理念与实践脱节的,而通过我们通用技术的教学,就能将这些知识与实践结合在一起。

在我的教学中,我倡导的就是这种理论与实践相结合的原则,凡是能让学生有动手的机会,就一定让学生自己去动手,让学生去实践,而且在这个过程中,我还鼓励学生去发现问题,解决问题,并提出新的发明方案,以达到知识与实践能力的结合,知识与创新的结合。近三年来,我辅导的学生的二十多个创新发明作品,分别在省、市、县获奖,其中学生已获得了四个国家专利,还有几个专利在申报中。

在这一节课中,每一个小组学生动手改变的只有一个零件。因为控制电灯点亮时间长度的元件是电阻和电容,而且不同值的电阻与电容,对改变电灯点亮时间长度都不相同。实验中每一个小组利用不同阻值的电阻与不同容值的电容,会得到不同点亮时长的声控灯。当然,教师要关注动手能力差一些的小组。

我在这本节课的教学中,为了突破“被控量”与“控制量”这个难点,教学过程中,我拓宽了教材的内容,引深了另一个学生可以理解但教材没有提到的被控量与控制量,即通过改变不同电阻值与不同电容值这个控制量,来达到改变声控灯点亮时间长短的这个被控量,既能让学生感兴趣,又能培养学生动手动脑的能力,同时拓展了知识,进一步培养了学生的技术素养。它不仅突破了难点,也让教学重点得到体现。

通过分析、实验、总结,使学生获得了以声控灯为例的开环控制系统设计的思考与方法、过程与结果。

  我认为,通用技术课的主要目标就是培养学生的技术素养,同时还要利用我们的课堂培养学生创新精神与创新能力,让学生将所学知识与实践相结合,提高学生综合素质与能力。同时,通用技术课也体现了通用技术教师的综合素质与能力,体现了一个通用技术课的教师对该课程的态度与工作方式,通用技术课的教师的综合素质越高,在课堂上所表现出来的激情与情感表达就越具有技术素养,就越能让学生在这样的教师教学中得到更多的技术素养,

祝愿通用技术课程在中国大地上茁壮成长,更想让通用技术课程对改变中国教育的现状贡献出我们微薄的力量。