《鸡蛋孵化温度控制器的设计和应用（第1课时）》教学设计

《鸡蛋孵化温度控制器的设计和应用》教学设计（第1课时） 梅鑫华 一、学习目标 以鸡蛋孵化器的设计制作为项目，将其细化为各子任务。通过完成任务，了解电子控制系统设计的一般过程。 能设计和安装简单的闭环电子控制系统，并进行调试和改进。 二、核心素养目标 通过设计控制电路，培养学生的创新设计素养与工程思维 通过简单的电路绘制与制作，培养学生的图样表达和物化能力 三、重点难点 独立完成简单温控电路的设计与原理分析、制作电路是本节课的重点，也是难点。 四、教学设计思路 图1 教学设计路线图 五、新课教学 （一）情境导入、确定项目 小明家乡在山村，鸡的繁殖还依靠母鸡的孵化，效率较低。为了改变家乡这种情况，发展农副业生产，小明等同学决定利用学到的电子技术，动手设计一个简易的温度电子控制系统，以解决鸡蛋孵化问题。 设计要求如下： （1）设计一个鸡蛋孵化室温度控制系统 （2）要求孵化器温度控制在37~390C范围内 （3）提供的元器件主要有NPN三极管、二极管、继电器、负系数热敏电阻、电热丝等。 【设计意图】通过真实化的情境引入，一方面激发学生兴趣，吸引学生注意力。另一方面，将所学的电控知识用于解决真实问题，有利于学生今后在工作生活中解决相关问题，也有利于核心素养的培养。 （二）项目设计、任务驱动 【任务一】根据设计要求，做出方案设计分析，并画出控制系统框图。 ? 1.确定被控对象、被控量 被控对象：孵化室；被控量：孵化室温度 2.确定控制系统的控制方式 由于设计要求中严格规定温度允许变化的范围，所以必须使用闭环电子控制系统。 3.写出闭环控制系统方框图 【设计意图】控制系统的设计，一般都先确定控制系统的基本工作过程与原理，即画出方框图。通过这一过程，学生学会用方框图表达控制系统的设计框架，渗透工程思维的核心素养。 【任务二】根据控制系统方框图及提供的元器件，完成电路设计。 1.元器件选择及其电路符号 表1 电子元器件选择及其符号 控制系统 电子元器件 电路符号 控制器 三极管 执行器 继电器、电热丝 检测装置 热敏电阻 输入装置 可调电阻 2.设计的电路 图1 图1中，负系数热敏电阻串联在Rp下方，J-1为继电器的常开触点。 图2 图2中，负系数热敏电阻串联在Rp上方，J-1为继电器的常闭触点。 3.电路工作过程分析 以图1电路为例： （1）当温度低于设定的温度时（鸡蛋孵化温度37.8），热敏电阻阻值较大，三极管导通，继电器吸合，触点闭合，加热丝加热，温度升高。 （2）当温度达到或高于设定温度时，热敏电阻阻值较小，三极管截止，继电器释放，触点断开，加热丝停止加热，温度降低。之后重复上述过程。 【电路工作过程分析的一般方法】将工作过程分段进行分析。 【设计意图】此温控电路的设计较为简单，一方面适合学生实际，另外一方面，学生学会用电路符号，设计具有一定功能的电路图。在这一过程中，可渗透图样表达核心素养。 【任务三】根据设计的简单温控电路，制作电路与测试。 学生搭接制作如图所示的电路，测试电路设计是否合理等。 【注】正如教材指出，若没有低压加热器，建议采用模拟方法代替。由于实验条件的限制，本实验的电路中用风扇代替加热丝，不妨将风扇理解为电吹风，可加热。 【设计意图】通过电路的实际搭建，培养学生的动手实践能力，以及将电路图物化为实物的能力，即渗透物化能力这一核心素养。 【拓展】若电路的控制器需采用运放IC（CF741），并用三极管驱动继电器，采用共射极接法。请在下图虚线框内将电路补画完整（电阻数量不限）？其中IC的输入输出关系为：当U+>U- , 6脚输出高电平，当U+