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1、1 (科教版)十一年级劳动技术教学设计第四章自动控制技术第一节自动控制方式继光高级中学田良根一、教学设计思路学情分析：学生在初中8 年级已经学习了电子基础知识，具备了电子技术中的一些基本动手实践能力。高二第一学期也已经学习了数字电路基础、传感器的知识和应用。另外，学生的信息技术水平也已经初步达到了学习单片机中所要求的能力和知识、经验。这些都为学生学习本章节奠定了基础。另外，单片机在现代电子控制和电子产品中无处不在的神奇、强大的功能，以及在学习和开发过程中蕴含的实践和创新活动，强烈地吸引着学生的求知欲。伴随着素质教育的逐步落实，青少年科技创新活动和科技竞赛活动中，许多工程类项目都在急切地盼望着单
2、片机技术的嵌入。以上这些都为单片机学习创造了良好氛围和机会，也正是单片机学习作为劳技课程中的一大亮点。本教学设计的基本思路：是以教师结合多媒体讲解和演示实验为主线，使学生理解和领悟本节中的一些核心概念并形成学习兴趣；通过师生、生生的技术活动，来初步了解先进工具的使用方法并突破本节难点；通过调查分析自己和他人的需求，运用简单单片机的技术原理和方法进行初步设计，养成勇于技术创新的精神并认识到技术对社会、经济发展的意义。单片机控制中软硬件的协调工作是教学中的难点，通过演示流水灯程序通过输入、编译、写入单片机后再安插到电路板上并实现自动控制功能的全过程。以使学生对单片机自动控制全过程有一个感性的认识，
3、消除单片机自动控制装置开发的神秘感和畏难情绪，帮助学生走向成功。最后，引导学生学习课本中的出租车的计价器、电子秤的工作原理，以培养学生的自主学习能力。同时播放自动加工中心、青少年科技竞赛活动中同学们制作的各种机器人和自动控制的实物或录像资料，以进一步激发学生学习单片机的兴趣。本节内容建议安排2 课时。二、教学目标1、知识和技能（1）了解各种自动控制在生活和生产中的广泛应用（2）知道应用单片机自动控制的优点（3）初步学会分析由单片机组成的简单自动控制电路的工作原理2、过程与方法（1）通过自动单路门窗报警器任务活动，初步学会运用简单电子技术原理和方法设计控制电路，并依据电路图，按照面包板搭建电路的
4、方法完成作品的制作名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 8 页 -2（2）通过探究型实验，初步了解单片机构成的自动控制系统的基本工作过程和开发过程3、情感态度与价值观（1）通过单片机自动控制方式广泛应用的媒体呈现和丰富的实例演示，形成学习单片机技术的兴趣和愿望和关注技术对社会发展的影响（2）通过设计实验和讨论电路的搭建，养成相互合作的习惯和严谨的科学实验精神三、教学重点和难点重点：单片机在生活和生产的自动控制领域中的应用单片机自动控制系统的工作原理以及开发方法难点：单片机自动控制的工作原理和开发方法四、教学器材教具：多媒体课件、计算机、编程器、多媒体投影设备、单片机自动
5、控制演示装置学具：接插电路实验板、少量电子元器件和传感器、连接导线和学生电源五、教学流程图六、教学过程（一）、各种各样的自动控制方式（概述）（1）创设情景利用多媒体投影播放录制的各种各样自动控制装置在我们日常生活中的使用情景。并提出自动控制和自动控制系统的概念定义。(2)拓展和联想根据自动控制定义与学生展开交流和讨论，在生活和生产中还有哪些显而易见运用自动控制的例子。（3）归纳自动控制方式根据以上媒体展示和实物演示：请学生从不同角度归纳自动控制的几种方式：机械自动控教具演示，原理讲解，引入单片机自动控制方式利用多媒体平台和教具指导学生自主学习教材中的相关文本材利用多媒体讨论和阐述几种自动控制实
6、例自动控制设计需求一：简易门窗防盗报警器学生作品评价和交流自动控制设计需求二：二路警音门窗防盗报警器单片机自动控制装置开发条件和过程演示课 后 作 业布置：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 8 页 -3 制方式和电子自动控制方式。其中，电子自动控制方式又可分为能根据被控对象的物理、化学、生物等参数变化来实现的自动控制和根据事先人为设定的程序进行的自动控制。根据自动控制的难易程度又可分为简单自动控制和复杂自动控制。（二）、单片机自动控制方式（重点）（1）、创设活动情景，引出单片机自动控制的设计需求。多媒体播放录像：市场上极为常见的一个门磁报警器的工作过程。多媒体说明门
7、磁传感器的工作机理：用flash 动画说明。设计和搭建一个单路门窗报警器：看了录像，根据已有的电路知识鼓励学生合作设计一个简单的门磁报警器。（2）、完成设计和制作：4 人为一组讨论设计方案，教师提供常用的电子元器件，包括4011 和555 集成电路等。然后每位学生根据组内讨论的方案在面包板上完成作品的搭建和调试。（3）、评价和交流：从制作的工艺、质量、效果进行评价。参考电路图：说明：1、通过自动控制的多媒体播放和实物演示，了解了自动控制的广泛应用和重要性，引导学生关注生活中的科技。并形成强烈学习兴趣。2、教师启发学生根据已有的知识对生活中的自动控制进行简单分析和阐述，有助于培养学生的分析问题的
8、能力，对自动控制和自动控制系统的概念有系统全面的理解。3、自动控制方式的分类讨论有助于学生对自动控制方式有个整体清晰的了解，培养了学生的分类能力，有助于知识的记忆和梳理。说明：第二部分：单片机自动控制方式的初步认识和了解是本节的重点，也是难点，同时又是本章内容的引子，按照传统教法往往是要作很多知识和技能的铺垫，如要讲清单片机的内部结构、外部引脚功能、理解并熟记发挥单片机硬件功能的特殊功能寄存器的使用、理解并记忆多条汇编指令、编写程序的技巧，即各种算法、软件开发环境的熟悉和编程器的使用等等，最后再来完成一个作品的制作或开发。整个学习过程充满挫折和失败，到最后学生云里雾里不知所云，使大部分学生失去
9、了学习的兴趣，这也是单片机难学的一个重要原因。考虑到本章节以后即将要发生的问题，本节的一个重要任务就是要突破传统教法中的只见树木不见森林的教法和学法，试图以一个较简单的单片机自动控制系统实例较完整地呈现单片机的一个工作原理和基本开发过程，以消除单片机的神秘感。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 8 页 -4（4）、新实际设计需求：两路门窗报警器。要求声光提示有强烈的警示效果。教师演示一个由pic12F629 单片机组成的能达到以上要求和效果的门窗报警器。引出单片机自动控制方式的内容。（5）、单片机自动控制方式两路门窗自动防盗报警器：参考电路图：两路门窗自动防盗报警器，
10、这部分内容建议由教师实验演示VCC1G P 5/O S C 1/C L KI N2G P 4/O S C 2/C L KO UT3G P 3/MCL R4VS S8G P 07G P 16G P 2/T 0 CKI/I NT5U1PIC1 2F6 29/SPR11 00kR21 00 kVCC12NSL1GHGA7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14U24 51112NSL2GHGabfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDS1DPY_7-SEGR41 0kR31 0k教师利用信息技术平台简单分析和阐述其硬件电路工作原理。教师通过多媒体播放上海
11、夜景中的各种变化漂亮的霓虹灯并说明它们中的很多控制电路也是由单片机来实现的。然后教师用由pic16F629 单片机组成的3 路流水灯电路来模拟霓虹灯的变化，通过开关的切换来改变花样，并简单分析其工作原理。（三）、单片机的应用和发展1、学生自主学习教材中单片机自动控制应用的文本材料。教师可让学生自学课本中关于单片机自动控制的两个实例，重点读懂出租车计程计价器的电路工作方框图的原理。师生可利用多媒体针对电路方框图进行释疑、解惑等。说明：教师通过 12 个简单实用的单片机自动控制实例的呈现和阐述使学生对单片机工作原理有了初步的了解和认识，为即将要学习的单片机硬件、指令等较为抽象的内容提供了很好的实物
12、载体，克服了本章节中的一个难点。其次，通过实物的演示也更激发了学生学习单片机自动控制的兴趣。说明：1、这一部分的教学设计为下面的单片机电路原理的分析和理解作了知识上的铺垫。2、通过学生间共同设计实验和讨论电路的搭建，使学生养成相互合作的习惯，提高动手实践能力。3、通过评价和交流，养成质量意识、养成勇于技术创新的习惯。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 8 页 -5 2、单片机应用资料宣讲教师可收集家电、汽车、电信、工业、武器、机器人、青少年科技项目等相关单片机应用的资料如照片、工作原理、电路图等为学生进行讲解。说明单片机自动控制技术的广泛性和重要性。并展望其应用前景。
13、以此激励学生进一步学习。3、单片机的学习条件和开发过程硬件学习条件：电脑、实验板、编程器。软件学习条件：集成开发环境。开发过程演示：教师可对二路防盗报警器和霓虹灯程序的输入、编译、下载等过程进行两次演示。并把单片机安插到应用电路上去，完成功能显示效果。（四）、课后作业布置调查和了解生活中你接触过哪些自动控制实例，并收集和了解哪些是用单片机来实现自动控制的。另外，思考用单片机来设计和完成一项作品的初步设想。七、教学参考资料Pic 单片机相关网址：http:/http:/教具电路图：1.霓虹灯流水灯电路图一：下图为自制的由pic12f629 单片机控制的流水灯静态实物照片和动态工作照片以及电路原理
14、图，供教师参考制作。说明：培养学生关注生活、重视科技、提高收集信息的能力和养成创新思维的习惯说明：单片机学习和开发过程是计算机信息技术和电子技术的高度融合。实践证明给学生呈现软件程序的输入、编译、下载到单片片然后把单片机安装到电路上产生效果是非常有必要的，可以给学生一个完整的过程，使其先见森林再见树木。有利于单片机的学习并引起学习兴趣。另外，学习条件的介绍可以让学生利用家中的电脑和简单实验板以及编成器进行个性化学习，有利于优化学生的学习方式，并使学生建立学习信心。时间够可以做名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 8 页 -6 VCC1GP5/OSC1/CLKIN2GP4
15、/OSC23GP3/MCLR/Vpp4GN D8GP0/ICSPDAT7GP1/ISCPCLK6GP2/T0CKI5U1PIC1 2 F5 08D2WHITED3BL UED4GREE ND5ORANGED6RE DR61 KR71 KR81 KR91 KR101 KQ19 01 3Q29 01 3Q39 01 3Q49 01 3Q59 01 3GN DR14 0R23 0R34 0R44 0R54 012J1PO WERACAC1V+ACAC2V-D1KBP206GN DVin1GND2+5V3U2MC7 8 05 T+5GN DVCCGN DS1SW-SPDTVCC+5AC2AC2AC1A
16、C1VCCVCCGN D2、单片机控制的巡迹小车实物照片。单片机应用的一些照片名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 8 页 -7 机器蛇：由多个舵机控制蛇关节的运动；而蛇的前行、倒退、侧行等动作则由单片机中的软件程序来控制这些舵机的运动方向、角度、时间等。由日本富士通公司研发的人形机器人，该机器人能完成二足前行、倒退、侧步走、翻斤斗等动作。其内部由16 位单片机控制机器人的动作。机器鱼：由单片机来控制鱼的尾巴等身体各部分的运动从而使机器鱼能模仿真鱼在水中的游动。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 8 页 -8 六足爬行机器人：有触觉能红外避障、能前行、转弯、倒退。该机器人的动作控制由PIC单片机执行。且能在线编程。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 8 页 -