苏教2003课标版《3、功能模拟方法》优质课教案下载

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教学重点

功能模拟方法在控制系统的设计与分析中应用。

教学难点

1. 功能模拟方法的理解。

2. 功能模拟方法在控制系统的设计与分析中应用。。

设计思想

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。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的前提基础。

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功能模拟方法分析、设计控制系统的思想方法，最终能对功能模拟方法做简单的应用。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。

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”“恒温箱”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思想的，但还是有一定难度的，所以在实施教学时需要想办法去突破。

教学策略

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，提问学生复习控制系统、开环控制系统与闭环控制系统知识点，然后是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。然后再次以书本上的案例“加热炉自动与手段作比较”，让学生划出相关系统方框图，巩固对功能模拟方法的理解。之后再介绍教材列举的“下象棋机器人”，也请学生试列举类似的案例，（人工智能阿尔法狗、刀削面机器人、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。下来就是对功能模拟方法与模仿法的区分，深刻领会该方法的思想意义重要性，接着设置一道与功能模拟方法相关的练习题试做。

教学准备

1. 教学资源的准备

多媒体教学设备、教学课件PPT、（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。

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。下面我们来看一个视频案例：

（投影：无人自动驾驶汽车视频）

看了这个视频，结合前边所学内容，请同学们回答以下问题：

无人自动驾驶汽车是一个控制系统吧？

它是闭环控制？还是开环控制？

师生共同分析案例，讨论得出答案。无人自动驾驶汽车是一个控制系统，它是由多个环节构成的组成来实现对汽车的控制，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统。它是一个闭环控制系统，无人自动驾驶汽车，要对路面情况做出判断，然后根据反馈回的信息来及时改变航行路线，这是一个有检测装置有反馈的闭环控制系统。

a. 手动驾驶汽车 b. “斯坦利”无人自动驾驶汽车