資源簡介

《控制中的干擾》教學設計
姓名：周熙
工作單位：廣東省東莞中學
2006年4月20日
《控制中的干擾》教學設計
廣東省東莞中學 周熙
【課標要求】
能結合案例找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素，并作分析。
【教學設計思想】
依據建構主義理論，實行情境教學。按照課標的設計思想，立足實踐，以學生的親手操作、親歷情境、親身體驗為基礎，強調學生的全員參與和全程參與；引導學生融入技術世界，發展學生的實踐能力，教學中注意從學生現實生活所接觸的技術內容向現代技術和高新技術延伸，采取情境教學法和研究探討式教學方法，重視認知主體的經驗和需求，突出學生在技術課程學習中的自主體驗和師生在課程教學中的動態生成，尤其是對于較抽象的技術，情境的創立很重要，情境在教學中創立恰當會帶來較好的教學效果，可以采用一定技術手段，再現技術實驗過程，從而提高學生對通用技術的探索興趣。本節的目的是通過干擾對控制系統的影響，了解簡單控制系統的工作情況，同時也引導學生認識在進行控制系統的設計活動中，需要考慮的其他因素還有很多，通過探討研究的方法促進認知主體的學習主動性。在本課中第一部分內容由控制游戲引入，在得到學生的認可后，游戲中隱含的知識目標轉化為學生的經驗，學生在后面的過程中會不自覺的遵從已有的經驗，同時在教學中注意整體把握，做到前后呼應，第一部分的實例有必要在第二部分內容中相呼應的提出克服的基本方法，但是也不能照搬，因為對于船的抗波浪技術屬于比較專業的內容，輪船采用減搖鰭技術的解析超出了一般教師和學生對技術的理解程度，因為這種技術涉及到輪船的長寬比和船艏消除興波阻力的技術，所以為了拓寬學生的思路，沒有為輪船行使中的干擾限定為波浪的阻力，這樣的編排有助于充分利用學生的認知規律，為了更形象的顯示控制中的干擾，在第一個內容中采用了風扇吹風來形象的表現風的干擾。在安排克服干擾的基本方法的教學中，為了減少學生分析結果的同質化，在設計兩個控制實例時我沒有將干擾的范圍和方法限制得太多，采用每兩個大組討論單獨的一種抗干擾方法，同時可以對另一個小組提出的抗干擾方法加以質疑，以達到拓展學生思維，引導學生創新思維的目的。
對于實例的選擇，我選擇了看起來比較復雜的系統，這種例子是對于東莞的學生來說就是身邊的控制，學生比較有感受，討論起來也不會出現分析結果同質化的現象，復雜與簡單是相對的，教學策略的選擇需要考慮到學生的生活環境和學生對技術的感受水平。考慮到課程的必要性，也由于客觀條件的限制在設計時沒有采用學生動手操作的方式。
【教材分析】
“控制中的干擾”在廣東版教材中的編排是基于前面章節對于控制系統的介紹的基礎上的，與江蘇版不同的是沒有把“反饋”和“干擾”作為一個平行內容，這樣編排的好處在于可以在這個內容中教師可以有更大的余地和空間提升學生對教材的理解，教材力圖在介紹干擾的同時兼顧綜合開環與閉環，以達到加深學生對控制理論的理解。控制理論從美國科學家維納創立到現在已經被廣泛的應用在多個方面，作為一門艱深的專業理論對現代社會的發展起到了非常大的作用，現代學生的生活就充滿著控制，在學習技術的課程中是很有必要了解控制理論，但是與此相矛盾的是即便是通用技術教師對于控制的理解也是限于皮毛，根據教材和教參中的內容，教師容易做到的是介紹單個的環節，但是面對學生綜合各個控制理論的提問，很容易在教學過程中出錯，所以對于本節課的教學很有必要參照課程標準來把握這個度，教材中引用的軋鋼中的干擾的問題，經過多方查證，軋輥的速度明顯減慢應該是人為的控制過程，而不是因為干擾的原因，這個論據我也沒有經過權威專家的證實，為了避免在教學中遇到糾纏不清的問題，在進行教學設計中我避開了這個實例。
教學重點：1、了解實際控制系統中會存在干擾影響控制；
2、讓學生能夠分析簡單控制系統中的干擾，理解克服干擾的基本原則，分析克服干擾的具體方法，并結合開環和閉環控制進行對比；
教學難點：1、分析克服干擾的具體方法；
2、綜合理解開環與閉環的優劣只是相對的，理解干擾不是全有害的。
【學生分析】
高二年級的學生有了一定的物理知識基礎，能感知干擾的存在，但是沒有針對控制系統中的干擾作具體的分析，部分學生能夠作獨立的深層次的思考，但是在其他主要學科的學習壓力下，相當一部分的學生可能會只愿意停留在教師給定的實例上，這樣這部分學生也就難以形成技術素養，在學習了控制的相關概念后，學生對控制系統的知識有了一定的了解，也具備了一定的分析能力，但是由于對于控制理論還不具備專業知識，在缺乏足夠時間消化教材內容的情況下，學生的課堂表現會具體表現為似懂非懂，在教師的引導下可以對簡單的控制系統進行分析，但不能有意識的進行不同控制系統之間的綜合對比。
【教學目標】
知識與技能
1、了解控制中存在干擾；
2、學生能理解干擾的概念，歸納克服干擾的基本方法；
3、運用基本方法提出克服控制中的干擾的具體方案，綜合所學的有關控制的知識，比較不同控制系統克服干擾的方法的優劣。
過程與方法
1、引導學生體驗簡單控制系統中的干擾；
2、激發出學生對于克服控制中的干擾的創新思維；
3、促使學生積極參與討論和分析。
情感、態度、價值觀
通過對干擾實驗的體驗和觀察，獲得對干擾的感性認識；
學生能在體驗干擾的基礎上，能進一步討論控制中的干擾并在交流的過程中形成對拘束的探究欲望；
通過內化干擾的知識，形成正確的對系統中干擾的認識，并建立穩定的控制系統認識態度，找合作中培養學生的團隊互助精神。
【教學流程圖】
【教學過程】
步驟 教師活動 學生活動 設計意圖
一、回顧 導入 【課件演示】簡單回顧控制的分類和組成：1、控制系統的分類是什么？2、控制系統有哪幾部分組成？ 【游戲引入】 真正的控制系統在運行的過程中還會存在很多的因素影響：控制羽毛球降落游戲：1、在正常條件下降落。2、在有側風的條件下降落。問題：如果不按正常條件下的降落方式 還能正中目標嗎？為什么？ 對比兩種情況的異同：受外界影響，控制的行為受到影響。 復習上節課的內容體驗干擾對控制造成的影響 引導學生回憶控制的知識將側風形成的對羽毛球的干擾放大形象化有利于學生加深認識
二、新課 一、干擾的概念【干擾涵義】：干擾就是對控制系統的行為造成影響的有害的信號及擾動，即除給定量外，引起被控量量值變化的各種因素。要點：系統行為、被控量量值變化；引起變化的各種因素。二、干擾對控制功能的影響【課件演示】 1、現實生活中的干擾的例子A、外界光線對投影效果的干擾（對周圍的控制系統的分析，就近對課室投影的干擾分析，學生更有體驗）B、輪船行使中的干擾（錄像演示波浪對輪船的干擾）C、汽車駕駛的干擾（錄像演示干擾的一個方面）（汽車行使中的干擾，比較常見，引導學生引發對交通控制的進一步思考，為后面的內容拓展到社會大環境設下伏筆）2、思考與分析（1）在出現干擾的情況下，開環控制系統和閉環控制系統哪種受干擾的影響小？為什么？閉環控制系統受影響較小，因為閉環控制系統能不斷修正控制效果。（2）舉出一些由于干擾而使控制系統受到影響的例子。雨天交通 病毒攻擊 手機干擾飛機【課件演示】三、克服干擾的基本方法如何消除側風對羽毛球下落的干擾？（呼應前面舉的干擾，進一步思考克服干擾的方法）克服的基本方法1、消除干擾2、減弱干擾3、提高控制系統性能【任務驅動】小組討論分析下列控制中的干擾，請同學們以小組為單位，討論如何克服該控制系統中的干擾并對對方組的抗干擾方法發表自己的看法：第1、2大組：汽車駕駛第3、4大組：輪船行使（在學生講解的同時演示教師對問題的解釋）汽車駕駛1、控制系統的克服措施： 剎車、轉向、鳴喇叭；2、針對干擾源的措施： 加強國民交通意識；3、管理措施： 交通部門設立道路隔離帶、交通法加 重對違章的處罰；輪船行使1、環境因素： 選擇風平浪靜的天氣；2、輪船本身設計： 改變輪船的長寬比、 增加減搖鰭、 船艏設計； 觀察身邊的控制，思考干擾的實際體現觀看錄像分析兩種控制中的干擾的影響根據克服干擾的基本方法提出自己的方法，質疑同學的方法的可行性 講解基本概念，綜合了廣東版和江蘇版兩種教材的描述以波浪對輪船行使的干擾引導學生作積極的發散思維，部分學生的知識面可以對其他學生的知識提升起到拓展的作用呼應小游戲的例子思考對抗干擾的方法，為后面的討論提供思路在討論過程中給學生以專業知識和分析方法的提示，提高學生對問題的參與度
三、鞏固提高 【課件演示】綜合分析：閉環控制系統比開環控制系統具有更好的抗干擾能力，那么是否都應該用閉環控制代替開環控制？是否采用閉環控制主要看對控制系統的要求（如成本、控制要求） 如空調和風扇的使用選擇 結合兩種控制綜合考慮，認識開環不是沒有用處
四、小結 1、干擾的概念2、克服干擾的基本方法
評價指標
評價項 自我評價（20%） 小組評價（50%） 教師評價（30%）
學習態度 積極參與學習活動，完成分配的任務
具有協助精神，能與其他同學共同合作交流，積極與小組成員交流克服干擾的方法
學習過程 積極參與討論
根據給定的任務，與同學一起思考分析干擾的體現和克服干擾的方法
自我反思 能獨立思考干擾的特征，提出并分析本小組的克服方法的科學性和可行性
能反思互相過程中存在的誤區并做出相應的調整
創新能力 根據任務有創造性的提出更多的干擾
根據干擾提出創新的克服措施
備注
【教學反思】
作為一門基礎技術教育課程，在相關的教學參考資料匱乏的情況下，這節課的備課過程中，我就體驗到了很多的困惑，在進行教學設計的時候經常覺得自己的編排自相矛盾，尤其是對于控制系統這種理論性比較強的內容來說，從一開始就有很多的疑惑難以求解，既要考慮到能夠真正貫徹課程標準的精神，又要考慮到課堂氣氛的提升，兩者的統一點難以把握，這節課中設計的討論與分析課堂氣氛比較好，學生給出了很多有創新意義的克服方法，但是對于教師如何評價學生對于克服干擾的思維這一方面，感覺很難以量化的標準來具體給以衡量，因為學生對于干擾的分析出現多樣性時，自己對于出現自身原來思考意料之外的問題感覺沒有給學生一個滿意的應對，雖然在設計這節課時就有意識的將對學生的限制條件放寬以達到拓寬學生思維的目的。在實際的操作過程中我主要以肯定的態度來評價學生，學生在分析的過程中也在課程形成的經驗上有了更多的發揮。
在實例的選擇上也是經過很長時間的思考，因為課標要求是簡單的控制，我在選擇的時候認為如果設計中的例子以模塊來劃分也可認為是簡單的例子，汽車的實例還是引起了較好的討論，但是在處理第一部分的內容時，感覺比較束縛，因為講解得稍微多一點就會摻入第二部分的內容。
給定值
被控量
干擾
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
控制器
被控對象
執行器
干擾
反饋
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