实化技术提高课堂有效性——以“开环控制系统”教学为例

文福建省三明市第一中学 杨 翠

控制在我们日常生活中随处可见，具有十分重要的实践意义。通过对控制的过程和机理等知识的学习，有助于学生运用相关方法解决现实生活中遇到的问题，提高学生的逻辑思维能力。

开环控制系统是生活和生产中最常用的方式，本文主要探讨《开环控制系统》的教学，通过把课堂教学实化，提高课堂教学的有效性。

实物导入，激趣设疑

导入新课是课堂教学的一个重要环节，好的开头是成功的一半，教师新课导入时吸人眼球，课堂上就能唤起学生的求知欲。实物具有形象、直观的特点，能最快进入我们的感知世界，又与实际生活紧密相关，是一种极佳的教具。

对于《开环控制系统》这节课，笔者用声控鸟导入新课。课前向学生介绍一位新朋友，让大家鼓掌欢迎。声控鸟感应到响声，就开始摆动身躯，发出欢快的叫声，学生的注意力快速被吸引。接着教师让学生保持安静，由于没有声音，声控鸟也安静下来。学生再次鼓掌，声控鸟又发出叫声。通过这样一个有趣的声控系统，让学生感知什么是控制，引出新课。

任何一种控制的实现都要通过若干个环节，这些环节的有机组合便构成了一个控制系统。例如通过声音控制鸟的叫声就是一个声控系统。控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。

这时可让学生列举教室中这种一一对应的关系。引导学生充分利用教室中的实物，如灯具开关的控制、投影幕升降的控制、电风扇风速的控制等，让学生感受到控制就在身边，并归纳出控制系统的基本特征。

视频添趣，活跃课堂

视频具有集成性、多元化、多样化的特点，能为学生提供生动活泼、丰富多彩的学习资源，激发学生的学习兴趣和主观能动性。在《开环控制系统》一节中，笔者借助精彩有趣的“搞笑自动门”视频，把学生带进丰富的控制系统世界。

视频中，一位服务员要清洁自动门，由于一靠近门便打开，无法顺利擦洗。该服务员用尽了各种方法，甚至经历了手被门夹等各种悲剧后仍束手无策。该视频虽然夸张，但也体现了开环控制系统的特点：只要有输入便有输出，是一种“不计后果”的控制。

通过视频，让学生感知“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”的知识点，引导学生用理性思维看待控制系统及其基本特征。

学生从感性上升到理性，进一步分析自动门的原理，同时教师启发学生从设计者的角度进行思考。当门口没有人时，门是关着的；当有人来门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。

然后引导学生用逆推法分析，自动门靠什么力量实现开和关？电动机的转动由谁指挥？控制电路如何根据人的走动指挥电动机转动？怎样用更简洁的方框图描述这一控制过程？

功能模拟，亲身体验

功能模拟法是一种不要求系统结构相同而只要求系统的行为和功能相似的方法，它在技术课程中的应用十分广泛。

笔者让学生体验“闭上眼睛写字”。如果把人和笔纸作为一个系统，可将其视为一个开环控制系统。让学生把这个过程用方框图表示出来，耳朵相当于传感器，控制器就是大脑，它根据输入信号（老师的命令）来确定控制信号。手在这个系统中相当于执行器，对笔即被控对象进行控制。

通过这样一个系统，让学生类比传感器、控制器、执行器和被控对象的作用，加深印象。对于画方框图，重点不在于教学生怎样画，而是要教学生怎样利用方框图分析、理解控制系统，把复杂问题简单化，更简洁地表达自己的设计想法。

技术试验，改进创新

控制系统的设计是重点也是难点，课堂上可设计一些简便易行的探索性试验活动，体验解决问题的过程，领略技术的魅力。笔者采用电子百拼作为试验活动。

电子百拼是把各类电子元器件固定在塑料片上，用独特的字母扣将各种元器件按照规范电路图直观地拼接在塑料底板上，成为各种各样的电子作品。学生可将技术学科与电学、物理学等其他学科结合，创造出自己想要的电子控制系统作品。

试验前可结合控制方框图讲解电子百拼中的元件对应的控制环节，如电子百拼中的光敏电阻、干簧管可作传感器，报警集成电路、功率放大集成电路、音乐集成电路、太空大战集成电路等可作控制器，电动机可作为执行器，话筒、蜂鸣片、二极管、灯泡、喇叭、飞碟可作为被控对象。学生在理解控制工作过程的前提下，选择不同元件进行系统的设计和创新就容易多了。

根据给定的元件，有学生设计出光控音乐——合上开关，只要有光线照在光敏电阻上，音乐声就会响起；用手挡住光敏电阻上的光线，音乐停止。如果把被控对象中的喇叭换成二极管，这个控制系统就变成了光控灯。

这一试验让学生进一步了解控制系统的工作过程和原理，使他们的创新实践能力得到有效锻炼。

通过以上几点将技术课题实化，为学生提供了发挥创造潜力的机会，让学生自主创新成为可能，大大提高了课堂的有效性。