微課比賽教學設計方案

微課比賽教學設計方案南京工程學院陸鋒課程簡介《計算機控制技術》是自動化專業(yè)本科學生必修的一門專業(yè)主干課程，也是該專業(yè)的學位課程。主要講述目前應用廣泛的計算機控制系統(tǒng)分析和設計的基本理論、基本知識和基本技術。在本課程的教學過程中，著重突出闡述基本的數(shù)字控制器的設計方法，針對計算機控制系統(tǒng)的特點，介紹具體的數(shù)字控制器設計技術，使學生能夠掌握以數(shù)字控制器為核心的計算機控制系統(tǒng)的一般設計過程和在控制方法上的特點。通過課程學習，培養(yǎng)學生分析問題與解決問題的能力，培養(yǎng)學生一定的動手能力，為進一步學習專業(yè)知識以及畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下必要的基礎。授課內(nèi)容本次授課內(nèi)容是“施密斯預估控制”，該知識點主要是在學生已學習和掌握計算機控制系統(tǒng)的控制器設計的一般原理知識的基礎上，針對過程控制領域中常見的具有滯后特點的對象，常規(guī)控制器控制效果不佳的情況下，如何根據(jù)這些對象的自身特點進行控制器設計的改進，即引入施密斯預估控制的基本原理這個知識點。因此，本次授課將針對過程控制領域對滯后對象控制的必要性和重要性，重點講述施密斯預估控制的基本原理。輔以基本理論推導和相關實例分析，重點通過比較分別用常規(guī)控制器和帶有施密斯預估的改進后控制器控制滯后對象的不同控制效果，強化學生對該知識點的理解。授課方式主要利用PPT課件（結合具體實例）進行理論講解和仿真演示，講解過程中注重：承上啟下，思路清晰，結構合理，深入淺出；圖文并茂，手段豐富，形象生動，趣味引導；啟發(fā)互動，主動思考，教師指導，互相探討；理論實際，互相聯(lián)手，分析應用，一個不少。授課過程中緊緊抓住仿真實例的直觀性，理論聯(lián)系實際，引導學生發(fā)現(xiàn)問題、并能大膽的提出解決問題的思路、最終能實際解決問題。并且要引導學生深入認識到一般原理（理論知識）和具體實例（實際應用）的矛盾哲學關系，一方面要會利用理論知識抓住主要矛盾，另一方面要會根據(jù)具體應用靈活變化。授課設計主要授課過程包括6個方面：（1）上節(jié)知識要點復習（通過仿真實例，回顧上節(jié)知識要點）；（2）啟發(fā)性問題設置（仍通過仿真實例，引導學生發(fā)現(xiàn)問題）；（3）基本思路與原理講解（繼續(xù)實例仿真，引導學生提出解決問題的思路）；（4）具體步驟和要點講解（理論講解和實例演示結合，引導學生最終掌握原理并能實際應用）；（5）實例分析驗證（通過實例驗證設計的正確性和可行性）；（6）總結呼應，承上啟下（總結本節(jié)要點，加強學生理解在設計過程中一般設計原理和具體應用間的矛盾哲學關系，給出下節(jié)知識要點提要，引導學生繼續(xù)深入該知識點的學習和應用）?？傞L為11分鐘，每個環(huán)節(jié)的具體設置以及相應的時間安排如下：上節(jié)知識要點復習（1分鐘）仿真實例演示通過仿真結構圖，回顧控制系統(tǒng)的基本組成和控制器設計的一般方法，以常規(guī)控制對象和常規(guī)PI控制器為實例，演示分析仿真控制效果，為后續(xù)知識要點講解奠定前提和基礎；啟發(fā)性問題引導學生思考，如果控制對象發(fā)生變化，著重是控制對象添加滯后環(huán)節(jié)（過程控制領域的滯后控制對象），此時如果控制器保持不變，是否仍能取得好的控制效果？如果控制效果不好，如何改進？引入本節(jié)知識要點基本原理—Smith預估控制。啟發(fā)問題設置（2分鐘）仿真實例演示和比較引導學生注意，當控制對象變成滯后對象而控制器不發(fā)生變化，此時從仿真曲線顯示出控制結果變差，通過比較常規(guī)對象的控制效果，加強學生的直觀印象，吸引學生的興趣和注意力；引導學生思考現(xiàn)象背后的原因在仿真比較分析的基礎上，引導學生思考引起控制效果變差的原因是什么？提示學生注意到被控對象中的滯后環(huán)節(jié)，啟發(fā)學生主動思考和大膽嘗試。理論分析和總結原因在學生主動思考的基礎上，總結學生的結果，通過必要的理論分析，解釋原因，深化學生的理解?；舅悸放c原理講解（3分鐘）引導學生大膽嘗試解決問題在深化認識現(xiàn)象背后本質(zhì)原因的基礎上，引導學生嘗試去解決問題，提示學生如果把滯后環(huán)節(jié)從對象中剝離加入到整個系統(tǒng)中，會產(chǎn)生怎樣的控制效果？通過仿真實例驗證解決思路通過仿真實例，驗證思路的可行性，分析仿真結果，使學生認識到此時系統(tǒng)的控制效果和原系統(tǒng)一樣，僅僅是控制作用在時間上有滯后。肯定學生的主動思考成果，進一步鼓勵學生深入思考，引導學生發(fā)現(xiàn)新的問題；鼓勵學生發(fā)現(xiàn)新的問題提出新的方案引導學生注意到剛剛提出的思路實際應用的不可行性，因為對象的常規(guī)部分和滯后環(huán)節(jié)是一個整體不可剝離，并且如果把滯后環(huán)節(jié)加到整個系統(tǒng)上，其實已經(jīng)改變了原控制系統(tǒng)的基本結構，提示學生嘗試在原有思路的基礎上，改進控制器的設計，嘗試提出新的方案。具體步驟和要點講解（3分鐘）引導學生嘗試改進原控制器的設計引導學生思考，既要保留初步方案的控制效果，又不能改變系統(tǒng)的結構，嘗試如何改進原控制器的設計，鼓勵學生大膽提出思路；帶Smith預估的新控制器的提出引導學生注意到矛盾的兩個方面，通過簡單的等效原則，得到帶Smith預估的新控制器的具體表達式的具體步驟；分析Smith預估的控制思想和原理理論分析Smith預估的控制原理，Smith預估器實際是對滯后對象中滯后環(huán)節(jié)的一種補償，經(jīng)過補償后，就相當于把對象中的滯后部分移到了原控制回路的外部，整個系統(tǒng)的控制性能和原系統(tǒng)一樣，僅僅是控制作用的時間發(fā)生了滯后。實例分析驗證（1分鐘）通過新的仿真實例，驗證控制方案和控制效果，進一步強化學生的對該知識點的認知和掌握?？偨Y呼應，承上啟下（1分鐘）總結本節(jié)要點，加強學生理解在設計過程中一般設計原理和具體應用間的矛盾哲學關系，給出下節(jié)知識要點提要，引導學生繼續(xù)深入該