資源簡介

第四章 控制與設計
第二節 控制的分類
說明：通過對“第一節 控制的歷史及應用”的教學的觀察，發現學生對于過于專業的知識接受效果并不理想，他們需要的是通俗易懂的科普類知識，因此本節教學設計的出發點是經過對課本內容的重新組織，把過于專業化的教材內容轉化成貼近生活的、易于被學生接受的“控制系統科普知識課”。
一、學習者分析
學生在經過了“控制的歷史及應用”的學習之后，對控制的歷史和應用有了一定感性認識并產生了興趣。在此基礎上，本節進一步講解控制的分類，使學生在感性認識的基礎上升華到理性認識。
由于這些內容涉及到很多專業知識和概念，因此照本宣科地講學生會覺得枯燥、乏味，必須結合大量的實例。但學生的機械工程領域的知識背景幾乎是空白的，因此舉工程控制的例子學生很難理解，也沒有興趣，這就需要教師找來貼近生活的、淺顯易懂例子再結合概念講解才容易被學生接受。
二、教材內容分析
1、本節的主要內容及在本章的地位
本節的主要內容是介紹控制的分類，即開環控制、閉環控制和手動控制、自動控制及控制中的干擾。它們是學習控制與設計的基礎，為今后的深造打下興趣基礎。
2、教學重點與難點
（1）重點：理解開環控制和閉環控制的含義及兩種控制的一般表達方法；理解反饋的概念，懂得用反饋區分開、閉環控制；懂得根據定義區分手動、自動控制。
（2）難點：理解反饋的概念；控制的分類
3、課時安排
1課時
三、教學目標
1、知識與技能
（1）了解開、閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程，并能根據定義判斷二者的區別及各自優缺點。
（2）能根據定義區分手動控制和自動控制各自優缺點。
2、過程與方法
通過讓學生在畫臉游戲中親身體驗及教師對幾個案例的分析，讓學生知道開、閉環控制及手動與自動控制的區別及優缺點。
3、情感、態度與價值觀
根據本節所講知識總結出不同控制系統各自的優缺點，就可理解任何事物都有兩面性。在實際應用中我們應該根據實際情況做出選擇，而不是盲目地追求自動化和復雜化。
四、教學理念和方法
本節內容基本涉及到與控制有關的所有知識，很多都涉及比較專業的機械控制和電子控制。由于學生缺乏相關知識背景，因此學習起來有很大困難且感覺枯燥。因此在教學設計的處理上采用實例教學，盡可能地把復雜、專業的東西轉化成貼近生活的，淺顯易懂的例子呈現給學生，以減少他們學習過程中的排斥和畏難情緒。
五、教學過程設計
1、教學內容的組織與呈現方式
本節內容采用實例教學。從開始的游戲引入到后面的幾個實例都舉了和學生生活息息相關的身邊事。以生動的游戲和圖片方式呈現并輔以小組討論，有利于學生接受和主動建構知識。
2、教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
新課導入：畫臉游戲 教師用投影打出一張娃娃臉，并在黑板上畫兩個圓圈，請兩位同學上來畫臉。并把其中一個同學的眼睛蒙上。 兩個同學分別畫臉，其中一個蒙上眼睛 此游戲是為了對比蒙眼畫臉和不蒙眼畫臉的區別，同時也能夠引起學生興趣，為下面的內容做鋪墊。
分別詢問兩位同學畫臉時感受。提出兩人感覺不同因為他們畫畫的控制過程不同，下面分別給出蒙眼和不蒙眼畫臉的控制過程（打出投影），并詳細分析講解。 蒙眼的同學：“看不見，畫起來很困難。”不蒙眼的同學：“照著投影畫很容易。” 此處作為提示，引導學生思考蒙眼和不蒙眼畫畫的區別，并讓學生明白大腦、手、筆和眼睛分別所起的作用。
正課：控制的分類1：開環控制和閉環控制 這就是我們今天要學習的控制的分類 聽講
按照不同的標準可以把控制系統分成不同的類別，它們是：開環控制、閉環控制和手動控制、自動控制 聽講 總括本節所要講的主要內容
分別給出開環控制和閉環控制的定義和一般表達式，并對比畫臉的具體表達式分析大腦、手、筆和眼睛分別扮演了一般表達式中的什么角色。同時對比二者的不同之處：是否有“反饋環節” 聽講，思考 從具體到抽象，讓學生從特殊到一般認識到控制過程的不同環節所起到的作用，并認識到“反饋”的作用在區分開閉環控制上的重要地位。
提問：開、閉環控制系統最大的區別在哪里？ 思考并回答問題：區別在是否存在反饋環節 教師在前面的環節有所提示，這里讓學生自己得出結論有利于考察他們是否注意聽課，也可加強他們的理解和記憶。
列舉：投擲飛鏢、追逐、電視執導導彈三個實例給學生判斷。在此，教師把投擲飛鏢中的“眼睛反饋”和不蒙眼畫臉中的“眼睛反饋”聯系起來并提出疑問，引導學生思考這兩個“反饋”的區別何在，使之真正理解“反饋”，必須發生在“控制”的過程中才能稱得上“反饋”這一關鍵點。由此，再舉追逐過程的“眼睛反饋”和電視制導導彈的反饋環節，進一步強化理解。 思考并回答問題 在學生意識到用反饋環節判斷開閉控制系統的時候，及時練習、強化。
分析完理想狀態的控制過程后告訴學生，真正的控制過程都是存在干擾的，引出“干擾”的概念（此處不是本節重點，只需簡單提要即可）。 聽課、思考 在這里講“干擾”只是讓學生理解任何控制系統的理想狀態和實際情況都存在差別。
組織學生討論：開環控制系統和閉環控制系統哪個受干擾的影響小？為什么？列舉幾個干擾的例子及抗干擾的簡單方法。 回答問題 為讓學生進一步討論開、閉環控制系統的優缺點做鋪墊。
前面我們一直在講閉環控制系統的優點，似乎“閉環控制”一定優于“開環控制”，但是任何事物都是有兩面性的，現在請大家思考一下： 1、閉環控制系統的缺點是什么？2、開環控制系統的優點在哪里？ 小組討論、回答問題：閉環控制系統的缺點是成本高；結構相對復雜，因此更容易出現不穩定因素。開環控制系統的優點是結構相對簡單，成本低 讓學生明白任何事物都有兩面性，在選擇控制系統的時候要根據實際需要，如控制精度，不可盲目追求復雜化。
2、手動控制與自動控制 給出手動控制和自動控制的定義，并強調定義中的關鍵詞即有無人的“直接”干預。讓學生列舉生活中的例子。對于列舉不充分的地方教師再給出幾個例子加以補充。同時反復強調有無人的“直接”干預是判斷手動、主動控制的關鍵所在。 聽課、思考，回答問題 讓學生主動思考、舉例有利于他們對定義的理解。對給出的例子做出判斷可強化理解。
組織學生討論并分析：手動控制和自動控制各自的優缺點 討論、回答問題 繼承分析開、閉環控制系統的思路，認識事物的兩面性。
小結 控制的分類：開、閉環控制系統；手動、自動控制系統各自優缺點是什么？ 聽課、復習 在課程的最后給學生做知識點串解、復習及總結。
3、教學資源
絲巾一條，用做蒙眼畫臉游戲
“控制系統的分類”課件
六、教學反思
在畫臉游戲中為避免學生亂畫，所以要教師要事先畫好圓圈等學生去填，而不是讓他們自由發揮，否則將會出現各種意想不到的情況使得該環節的效果大打折扣。
由于在第一節時已講過“控制”的概念，因此在本節開始并沒有復習“控制”的概念，從課堂反饋來看，還是應該在此重溫一下概念更有利于學生對下面知識的理解和掌握。
開、閉環控制多涉及專業的機械、電子控制，學生缺乏相關知識基礎很難舉出恰當的例子，若采用討論舉例的方式效果并不理想。而手動控制和自動控制在生活中有很多例子可舉，因此采用學生討論、舉例的方式效果較好。

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