“控制與設計”教學建議

1、“控制與設計”教學建議一、教學目標理解控制的含義及其在生產和生活中的應用。分析典型的案例，了解手動控制、自動控制，熟悉簡單 的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作 過程。能畫由一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，理解其中的 控制器、執(zhí)行器等環(huán)節(jié)的作用，熟悉反饋環(huán)節(jié)的作用。能結合案例找由影響簡單控制系統(tǒng)運行的主要干擾因 素，并作分析。了解簡單的被控制對象的基本特性，能確定被控量、控 制量，畫由控制系統(tǒng)的方框圖，并形成初步的控制設計的方 案。二、設計思路本單元所研究的控制與設計，是在前一單元系統(tǒng)與設計 基礎上的延伸。無論是自動機器，還是神經系統(tǒng)、生命系統(tǒng)，以至經濟 系統(tǒng)、社會系統(tǒng)，撇開各自

2、的質態(tài)特點，都可以看作是一個 自動控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中有專門的調節(jié)裝置來控制系統(tǒng) 的運轉，維持自身的穩(wěn)定和系統(tǒng)的目的功能?？刂茩C構發(fā)生 指令，作為控制信息傳遞到系統(tǒng)的各個部分中去，由它們按指令執(zhí)行之后再把執(zhí)行的情況作為反饋信息輸送回來，并作 為決定下一步調整控制的依據。在社會生活中，控制具有十分重要的實踐意義，通過對 控制系統(tǒng)中控制的目標、控制的過程和控制的機理等的理 解，有助于學生運用簡單的控制方法解決現實生活中遇到的 相關問題，發(fā)展學生良好的邏輯思維品質。本單元從學生熟悉的生活事例入手，運用案例分析方 法，由淺入深在展開控制的概念、控制的應用、開環(huán)控制系 統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程以及簡

3、單控制系統(tǒng)的設計等， 有利于學生掌握控制系統(tǒng)的基本知識與運用。本單元的內容有：控制的手段與應用通過大禹治水、射手射擊等控制的事例，說明人們要實 現自己的意愿或目的，就要通過一定的控制手段。通過控制 在人們日常生活和生產中運用的實例分析，進一步明確控制 應用的廣泛和重要?？刂葡到y(tǒng)的工作過程與方式通過水泵抽水、自動門等案例，理解開環(huán)控制系統(tǒng)的特 點是輸由量直接受輸入量的控制，從游泳場的水位控制案例 理解閉環(huán)控制的關鍵是增加了一個對輸由量的檢測裝置，使 輸由量能反饋到輸入端并與給定量比較，從而使輸由量穩(wěn)定 在一定范圍內。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋干擾因素和反饋是閉環(huán)控制系統(tǒng)中的兩個重要的核心 概念，閉

4、環(huán)控制系統(tǒng)是通過反饋環(huán)節(jié)克服干擾因素而使系統(tǒng) 達到穩(wěn)定。功能模擬方法和黑箱方法是控制論的主要方法。功能模 擬法以功能行為相似為基礎而建立模型，為仿生學、人工智 能、價值工程提供了科學方法，黑箱方法是通過考察系統(tǒng)的 輸入與輸由關系認識系統(tǒng)功能的研究方法，是探索復雜大系 統(tǒng)的重要工具?？刂葡到y(tǒng)的設計與實施分別通過簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計 案例，使學生了解控制系統(tǒng)設計的一般思路和步驟，通過自 動升旗控制裝置的設計強化學生對設計的多方案的理解。三、教學準備相關學科知識本單元要求學生具有初中物理學科電學基礎知識。教學器材和材料本單元需要的教學設備和器材主要有，學生技術試驗用 齒輪、齒條、硬

5、紙板、線、剪刀、可調光臺燈的試驗電路板 和配套電器元件等。若教師選擇其他試驗載體，則應準備相應器材、材料和 工具四、課時安排本單元建議使用10學時，具體安排可參考下表。節(jié)次內容建議學時數節(jié)控制的手段與應用第二節(jié)控制系統(tǒng)的工作過程與方式第三節(jié)閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋第四節(jié)控制系統(tǒng)的設計與實施合計0五、教學建議教師需查閱有關自動控制方面的書籍，重點對開環(huán)控制 系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)其及它們之間的異同進行研究和分析。教師除了選擇教科書中的試驗和設計案例外，還可根據 學生對控制系統(tǒng)的理解水平，有針對性地選擇其他小試驗和 設計載體，并指導學生收集資料和實物。教師在教學設計中，應恰當安排課內時間，對于學生方

6、案設計的討論和點評，可放在課內進行，而方案設計的思考 過程以及設計作品的制作形成過程，則可以“家庭作業(yè)”的 形式放在課外，以解決課時不夠的問題。六、教學評價對學生技術試驗的評價，應注意緊扣試驗目標和試驗要 求進行，例如制作小猴動作控制的小試驗，教師評價學生試 驗是否成功的首要標準應該是小猴的動作是否與線的拉動 有對應關系，也就是這一控制系統(tǒng)的輸入與輸由之間的對應 關系，而非小猴做得是否逼真可，進而還可進一步評價當給 以較小的輸入量時，是否有輸生動作對應。對學生設計制作的作品評價也應如此。通過觀察學生在 完成實際的設計制作任務時的表現，來評價其知識技能和方 法的掌握程度、運用技術解決問題的能力等。表現性評價強調的是做，而不是知道，一般較少有單一 正確的答案，多種行為表現和問題解決的方案都可以認為優(yōu) 秀。本單元結束后，將面臨著學生的學分認定。學分認定當 然是過程評價與終結評價相結合。過程性評價可以根據學生在本模塊學習過程中的表現 記錄進行衡量。終結評價不排除書面測試這種方式，關鍵是 教師應事先規(guī)劃測試的內容、目標、不同內容所要求的能力 層次和恰當的題量，并設計有效的測試題目。教師在終結評 價時還應設計12道操作試題