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第四章 控制与设计
第二节 控制的分类
说明：通过对“第一节 控制的历史及应用”的教学的观察，发现学生对于过于专业的知识接受效果并不理想，他们需要的是通俗易懂的科普类知识，因此本节教学设计的出发点是经过对课本内容的重新组织，把过于专业化的教材内容转化成贴近生活的、易于被学生接受的“控制系统科普知识课”。
一、学习者分析
学生在经过了“控制的历史及应用”的学习之后，对控制的历史和应用有了一定感性认识并产生了兴趣。在此基础上，本节进一步讲解控制的分类，使学生在感性认识的基础上升华到理性认识。
由于这些内容涉及到很多专业知识和概念，因此照本宣科地讲学生会觉得枯燥、乏味，必须结合大量的实例。但学生的机械工程领域的知识背景几乎是空白的，因此举工程控制的例子学生很难理解，也没有兴趣，这就需要教师找来贴近生活的、浅显易懂例子再结合概念讲解才容易被学生接受。
二、教材内容分析
1、本节的主要内容及在本章的地位
本节的主要内容是介绍控制的分类，即开环控制、闭环控制和手动控制、自动控制及控制中的干扰。它们是学习控制与设计的基础，为今后的深造打下兴趣基础。
2、教学重点与难点
（1）重点：理解开环控制和闭环控制的含义及两种控制的一般表达方法；理解反馈的概念，懂得用反馈区分开、闭环控制；懂得根据定义区分手动、自动控制。
（2）难点：理解反馈的概念；控制的分类
3、课时安排
1课时
三、教学目标
1、知识与技能
（1）了解开、闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程，并能根据定义判断二者的区别及各自优缺点。
（2）能根据定义区分手动控制和自动控制各自优缺点。
2、过程与方法
通过让学生在画脸游戏中亲身体验及教师对几个案例的分析，让学生知道开、闭环控制及手动与自动控制的区别及优缺点。
3、情感、态度与价值观
根据本节所讲知识总结出不同控制系统各自的优缺点，就可理解任何事物都有两面性。在实际应用中我们应该根据实际情况做出选择，而不是盲目地追求自动化和复杂化。
四、教学理念和方法
本节内容基本涉及到与控制有关的所有知识，很多都涉及比较专业的机械控制和电子控制。由于学生缺乏相关知识背景，因此学习起来有很大困难且感觉枯燥。因此在教学设计的处理上采用实例教学，尽可能地把复杂、专业的东西转化成贴近生活的，浅显易懂的例子呈现给学生，以减少他们学习过程中的排斥和畏难情绪。
五、教学过程设计
1、教学内容的组织与呈现方式
本节内容采用实例教学。从开始的游戏引入到后面的几个实例都举了和学生生活息息相关的身边事。以生动的游戏和图片方式呈现并辅以小组讨论，有利于学生接受和主动建构知识。
2、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
新课导入：画脸游戏 教师用投影打出一张娃娃脸，并在黑板上画两个圆圈，请两位同学上来画脸。并把其中一个同学的眼睛蒙上。 两个同学分别画脸，其中一个蒙上眼睛 此游戏是为了对比蒙眼画脸和不蒙眼画脸的区别，同时也能够引起学生兴趣，为下面的内容做铺垫。
分别询问两位同学画脸时感受。提出两人感觉不同因为他们画画的控制过程不同，下面分别给出蒙眼和不蒙眼画脸的控制过程（打出投影），并详细分析讲解。 蒙眼的同学：“看不见，画起来很困难。”不蒙眼的同学：“照着投影画很容易。” 此处作为提示，引导学生思考蒙眼和不蒙眼画画的区别，并让学生明白大脑、手、笔和眼睛分别所起的作用。
正课：控制的分类1：开环控制和闭环控制 这就是我们今天要学习的控制的分类 听讲
按照不同的标准可以把控制系统分成不同的类别，它们是：开环控制、闭环控制和手动控制、自动控制 听讲 总括本节所要讲的主要内容
分别给出开环控制和闭环控制的定义和一般表达式，并对比画脸的具体表达式分析大脑、手、笔和眼睛分别扮演了一般表达式中的什么角色。同时对比二者的不同之处：是否有“反馈环节” 听讲，思考 从具体到抽象，让学生从特殊到一般认识到控制过程的不同环节所起到的作用，并认识到“反馈”的作用在区分开闭环控制上的重要地位。
提问：开、闭环控制系统最大的区别在哪里？ 思考并回答问题：区别在是否存在反馈环节 教师在前面的环节有所提示，这里让学生自己得出结论有利于考察他们是否注意听课，也可加强他们的理解和记忆。
列举：投掷飞镖、追逐、电视执导导弹三个实例给学生判断。在此，教师把投掷飞镖中的“眼睛反馈”和不蒙眼画脸中的“眼睛反馈”联系起来并提出疑问，引导学生思考这两个“反馈”的区别何在，使之真正理解“反馈”，必须发生在“控制”的过程中才能称得上“反馈”这一关键点。由此，再举追逐过程的“眼睛反馈”和电视制导导弹的反馈环节，进一步强化理解。 思考并回答问题 在学生意识到用反馈环节判断开闭控制系统的时候，及时练习、强化。
分析完理想状态的控制过程后告诉学生，真正的控制过程都是存在干扰的，引出“干扰”的概念（此处不是本节重点，只需简单提要即可）。 听课、思考 在这里讲“干扰”只是让学生理解任何控制系统的理想状态和实际情况都存在差别。
组织学生讨论：开环控制系统和闭环控制系统哪个受干扰的影响小？为什么？列举几个干扰的例子及抗干扰的简单方法。 回答问题 为让学生进一步讨论开、闭环控制系统的优缺点做铺垫。
前面我们一直在讲闭环控制系统的优点，似乎“闭环控制”一定优于“开环控制”，但是任何事物都是有两面性的，现在请大家思考一下： 1、闭环控制系统的缺点是什么？2、开环控制系统的优点在哪里？ 小组讨论、回答问题：闭环控制系统的缺点是成本高；结构相对复杂，因此更容易出现不稳定因素。开环控制系统的优点是结构相对简单，成本低 让学生明白任何事物都有两面性，在选择控制系统的时候要根据实际需要，如控制精度，不可盲目追求复杂化。
2、手动控制与自动控制 给出手动控制和自动控制的定义，并强调定义中的关键词即有无人的“直接”干预。让学生列举生活中的例子。对于列举不充分的地方教师再给出几个例子加以补充。同时反复强调有无人的“直接”干预是判断手动、主动控制的关键所在。 听课、思考，回答问题 让学生主动思考、举例有利于他们对定义的理解。对给出的例子做出判断可强化理解。
组织学生讨论并分析：手动控制和自动控制各自的优缺点 讨论、回答问题 继承分析开、闭环控制系统的思路，认识事物的两面性。
小结 控制的分类：开、闭环控制系统；手动、自动控制系统各自优缺点是什么？ 听课、复习 在课程的最后给学生做知识点串解、复习及总结。
3、教学资源
丝巾一条，用做蒙眼画脸游戏
“控制系统的分类”课件
六、教学反思
在画脸游戏中为避免学生乱画，所以要教师要事先画好圆圈等学生去填，而不是让他们自由发挥，否则将会出现各种意想不到的情况使得该环节的效果大打折扣。
由于在第一节时已讲过“控制”的概念，因此在本节开始并没有复习“控制”的概念，从课堂反馈来看，还是应该在此重温一下概念更有利于学生对下面知识的理解和掌握。
开、闭环控制多涉及专业的机械、电子控制，学生缺乏相关知识基础很难举出恰当的例子，若采用讨论举例的方式效果并不理想。而手动控制和自动控制在生活中有很多例子可举，因此采用学生讨论、举例的方式效果较好。

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