1、干扰因素课堂实录【1】

《闭环控制系统中的干扰》教学设计

云南省宁蒗县第一中学

陈天顺

2019年5月

《闭环控制系统中的干扰》教学设计

宁蒗一中

陈天顺

【课标要求】

能结合具体案例找出影响简单控制系统运行中受到的主要干扰因素，并能进行初步分析。

【教学设计思想】

依据建构主义理论，实行情境教学。按照课标的设计思想，立足实践，以学生的动脑思考、亲历情境、亲身体验为基础，强调学生的全员参与和全程参与；引导学生融入技术世界，发展学生的实践能力，教学中注意从学生现实生活所接触的技术内容向现代技术和高新技术延伸，采取情境教学法和研究探讨式教学方法，重视认知主体的经验和需求.本节的目的是通过干扰对控制系统的影响，了解简单控制系统的工作情况，同时也引导学生认识在进行控制系统的设计活动中，需要考虑的其他因素还有很多，通过探讨研究的方法促进认知主体的学习主动性。在本课中第一部分内容由控制游戏引入，在得到学生的认可后，游戏中隐含的知识目标转化为学生的经验，学生在后面的过程中会不自觉的遵从已有的经验，同时在教学中注意整体把握，做到前后呼应，第一部分的实例有必要在第二部分内容中相呼应的提出克服的基本方法，但是也不能照搬，因为对于船的抗波浪技术属于比较专业的内容，轮船采用减摇鳍技术的解析超出了一般教师和学生对技术的理解程度，因为这种技术涉及到轮船的长宽比和船艏消除兴波阻力的技术，所以为了拓宽学生的思路，没有为轮船行使中的干扰限定为波浪的阻力，这样的编排有助于充分利用学生的认知规律，为了更形象的显示控制中的干扰，在第一个内容中采用了风扇吹风来形象的表现风的干扰。在安排克服干扰的基本方法的教学中，为了减少学生分析结果的同质化，在设计两个控制实例时我没有将干扰的范围和方法限制得太多，采用每两个大组讨论单独的一种抗干扰方法，同时可以对另一个小组提出的抗干扰方法加以质疑，以达到拓展学生思维，引导学生创新思维的目的。

对于实例的选择，我选择了看起来比较复杂的系统，这种例子是对于高中的学生来说就是身边的控制，学生比较有感受，讨论起来也不会出现分析结果同质化的现象，复杂与简单是相对的，教学策略的选择需要考虑到学生的生活环境和学生对技术的感受水平。考虑到课程的必要性，也由于客观条件的限制在设计时没有采用学生动手操作的方式。

【教材分析】

“控制中的干扰”基于前面章节对于控制系统的介绍的基础上的，教材力图在介绍干扰的同时兼顾综合开环与闭环，以达到加深学生对控制理论的理解。现代学生的生活就充满着控制现象，在学习技术的课程中是很有必要了解控制理论，但是与此相矛盾的是即便是通用技术教师对于控制的理解也是限于皮毛，根据教材和教参中的内容，教师容易做到的是介绍单个的环节，但是面对学生综合各个控制理论的提问，很容易在教学过程中出错，所以对于本节课的教学很有必要参照课程标准来把握这个度。

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教学重点：1、了解实际控制系统中会存在干扰影响控制；

2、让学生能够分析简单控制系统中的干扰，理解克服干扰的基本原则，分析克服干扰的具体方法，并结合开环和闭环控制进行对比；

教学难点：1、分析克服干扰的具体方法；

2、综合理解开环与闭环的优劣只是相对的，理解干扰不是全有害的。

【学生分析】

高一年级的学生有了一定的物理知识基础，能感知干扰的存在，但是没有针对控制系统中的干扰作具体的分析，部分学生能够作独立的深层次的思考，但是在其他主要学科的学习压力下，相当一部分的学生可能会只愿意停留在教师给定的实例上，这样这部分学生也就难以形成技术素养，在学习了控制的相关概念后，学生对控制系统的知识有了一定的了解，也具备了一定的分析能力，但是由于对于控制理论还不具备专业知识，在缺乏足够时间消化教材内容的情况下，学生的课堂表现会具体表现为似懂非懂，在教师的引导下可以对简单的控制系统进行分析，但不能有意识的进行不同控制系统之间的综合对比。

【教学目标】

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知识与技能

1、了解控制中存在干扰；

2、学生能理解干扰的概念，归纳克服干扰的基本方法；

3、运用基本方法提出克服控制中的干扰的具体方案，综合所学的有关控制的知识，比较不同控制系统克服干扰的方法的优劣。



过程与方法

1、引导学生体验简单控制系统中的干扰； 2、激发出学生对于克服控制中的干扰的创新思维；

3、促使学生积极参与讨论和分析。



情感、态度、价值观

1、通过对干扰实验的体验和观察，获得对干扰的感性认识；

2、学生能在体验干扰的基础上，能进一步讨论控制中的干扰并在交流的过程中形成对拘束的探究欲望；

3、通过内化干扰的知识，形成正确的对系统中干扰的认识，并建立稳定的控制系统认识态度，找合作中培养学生的团队互助精神。

【教学流程图】

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【教学过程】

干扰现象

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步骤

一、回顾

导入

教师活动

【课件演示】简单回顾控制的分类和组成：

1、控制系统的分类是什么？

2、控制系统有哪几部分组成？

【案例引入】逆风中骑自行车受到了些干扰分析

：

1、脚踩的力

2、自行车行使的速度

3、逆风、顺风、上坡路。。。。。

问题：逆风、顺风、上坡路用同样的力，自行车速度会一样吗？为什么？

对比两种情况的异同：受外界影响，控制的行为受到影响。

学生活设计意动

图

复习上节课的内容

体验干扰对控制造成的影响

引导学生回忆控制的知识

将风形成的对骑自车的干扰具体化有利于学生加深认识

二、新课

一、干扰的概念

【干扰涵义】：

干扰就是对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动，即除给定量外，引起被控量量值变化的各种因素。

要点：系统行为、被控量量值变化；引起变化的各种因素。

干扰

二、干扰对控制功能的影响

给定值

给定值

控制器

执行器

被控对象

被控量

干扰

被控对象

被控量

控制器

执行器

反馈

【课件演示】

1、现实生活中的干扰的例子

A、外界光线对投影效果的干扰

（对周围的控制系统的分析，就近对课室投影的干扰分析，学生更有体验）

B、飞机飞行受到的干扰

C、冰箱受到的干扰

通控制的进一步思考，为后面的内容拓展到社会大环

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观察身边的控制，思考干扰的实际体现观图片或分析现象

讲解基本概念，结合了苏教版教材的描述

以飞机飞行受到的干扰引导学生作积极的发散思维，部

境设下伏笔）

2、思考与分析

（1）在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？

闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不断修正控制效果。

（2）举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。

雨天交通

手机干扰飞机

【课件演示】三、克服干扰的基本方法

如何消除使用手机对飞机飞行的干扰？

（呼应前面举的干扰，进一步思考克服干扰的方法）

克服的基本方法

1、消除干扰

2、减弱干扰

3、提高控制系统性能

【任务驱动】小组讨论

分析下列控制中的干扰，请同学们以小组为单位，讨论如何克服该控制系统中的干扰并对对方组的抗干扰方法发表自己的看法：

第1、2大组：汽车驾驶

第3、4大组：轮船行使

（在学生讲解的同时演示教师对问题的解释）

汽车驾驶

1、控制系统的克服措施：

刹车、转向、鸣喇叭；

2、针对干扰源的措施：

加强国民交通意识；

3、管理措施：

交通部门设立道路隔离带、交通法加

重对违章的处罚；

轮船行使

1、环境因素：

选择风平浪静的天气；

2、轮船本身设计：

改变轮船的长宽比、

增加减摇鳍、

船艏设计；

分析两种控制中的干扰的影响

根据克服干扰的基本方法提出自己的方法，质疑同学的方法的可行性

分学生的知识面可以对其他学生的知识提升起到拓展的作用

在讨论过程中给学生以专业知识和分析方法的提示，提高学生对问题的参与度

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三、巩固

提高

【课件演示】综合分析：

闭环控制系统比开环控制系统具有更好的抗干扰能力，那么是否都应该用闭环控制代替开环控制？

是否采用闭环控制主要看对控制系统的要求（如成本、控制要求）

如空调和风扇的使用选择

结合两种控制综合考虑，认识开环不是没有用处

1、干扰的概念

四、小结

2、克服干扰的基本方法

评价指标

学习态度

评价项

积极参与学习活动，完成分配的任务

具有协助精神，能与其他同学共同合作交流，积极与小组成员交流克服干扰的方法

积极参与讨论

根据给定的任务，与同学一起思考分析干扰的体现和克服干扰的方法

能独立思考干扰的特征，提出并分析本小组的克服方法的科学性和可行性

能反思互相过程中存在的误区并做出相应的调整

创新能力

备注

根据任务有创造性的提出更多的干扰

根据干扰提出创新的克服措施

自我评价

（20%）

小组评价

（50%）

教师评价

（30%）

学习过程

自我反思

【教学反思】

作为一门基础技术教育课程，在相关的教学参考资料匮乏的情况下，这节课的备课过程中，我就体验到了很多的困惑，在进行教学设计的时候经常觉得自己的编排自相矛盾，尤其是对于控制系统这种理论性比较强的内容来说，从一开始就有很多的疑惑难以求解，既要考虑到能够真正贯彻课程标准的精神，又要考虑到课堂气氛的提升，两者的统一点难以把握，这节课中设计的讨论与分析课堂气氛比较好，学生给出了很多有创新意义的克服方法，但是对于教师如何评价学生对于克服干扰的思维这一方面，感觉很难以量化的标准来具体给以衡量，因为学生对于干扰的分析出现多样性时，自己对于出现自身原来思考意料之外的问题感觉没有给学生一个满意的应对，虽然在设计这节课时就有意识的将对学生的限制条件放宽以达到拓宽学生思维的目的。在实际的操作过程中我主要以肯定的态度来评价学生，学生在分析的过程中也在课程形成的经验上有了更多的发挥。

在实例的选择上也是经过很长时间的思考，因为课标要求是简单的控制，我在选择的时候认为如果设计中的例子以模块来划分也可认为是简单的例子，汽车的实例还是引起了较好的讨论，但是在处理第一部分的内容时，感觉比较束缚，因为讲解得稍微多一点就会掺入第二部分的内容。

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