簡介這份《自動控制原理教學(xué)案》面向自動化、電氣工程等專業(yè)的本科生與授課教師用于課程備課、課堂講授與復(fù)習(xí)備考。文檔系統(tǒng)梳理了教學(xué)大綱、教案、講稿三者的區(qū)別與聯(lián)系并給出教案編寫應(yīng)具備的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)進程、課后總結(jié)分析等基本要素以及推薦格式。正文以2006級電氣工程專業(yè)本科生為授課對象逐次課展開從自動控制的基本概念、控制系統(tǒng)任務(wù)與組成、控制裝置各部分作用到開環(huán)與閉環(huán)控制方式、負(fù)反饋控制原理再到控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型與微分方程建立重點難點、板書設(shè)計、師生活動與作業(yè)布置均有明確標(biāo)注。資源包為1個doc文檔約436KB結(jié)構(gòu)完整、條理清晰可直接參考或改編為教學(xué)方案。目前已有89人學(xué)習(xí)適合需要規(guī)范教案框架、把握課程重難點與教學(xué)節(jié)奏的師生使用。1. 一份 2006 級的自動控制原理教案為什么現(xiàn)在翻出來還能用前陣子幫一個剛?cè)肼毜哪贻p老師看課程材料他帶的是自動化專業(yè)的自動控制原理備課到第三章穩(wěn)態(tài)誤差那塊卡住了問我有沒有現(xiàn)成的教案框架可以參考。我翻出這份《自動控制原理教案.doc》是自動化工程學(xué)院控制工程系董心壯老師編寫的授課對象寫的是 2006 級電氣工程專業(yè)本科生。乍一看年份很久但打開細(xì)讀會發(fā)現(xiàn)它的價值不在年份而在于把整門課從第一章到第四章的授課邏輯、重難點標(biāo)注、作業(yè)布置、參考資料全部按課時拆好了。這份文檔解決的不是自動控制原理知識本身而是怎么把自動控制原理這門課組織成一節(jié)一節(jié)能落地的課堂。適合三類人剛接手這門課的新教師、需要對照教案自查知識點的考研學(xué)生、以及想用現(xiàn)成框架做課程設(shè)計或教學(xué)改革的從業(yè)者。它是一份 Word 格式的教案文檔不是教材也不是習(xí)題集但它的結(jié)構(gòu)比很多教材的目錄更貼近實際授課節(jié)奏。2. 教案文檔的結(jié)構(gòu)拆解從教學(xué)大綱到課時級授課框架2.1 教案、講稿、教學(xué)大綱三者的分工這份文檔開頭用了相當(dāng)篇幅講清楚三個概念的區(qū)別這不是湊字?jǐn)?shù)而是很多新教師最容易混淆的地方。教學(xué)大綱是綱領(lǐng)性文件規(guī)定的是整門課的框架和培養(yǎng)計劃對接教學(xué)日歷是具體計劃表明確教學(xué)進程、授課內(nèi)容提要、課外作業(yè)安排教案則是以課時為單位的具體行動方案。文檔里有一句話點得很準(zhǔn)講稿承載的是知識信息教案承載的是課堂教學(xué)的組織管理信息。換句話說講稿是我要講什么教案是我怎么組織這堂課。這個區(qū)分在實際操作中非常關(guān)鍵。我見過不少新老師把教案寫成了講稿的壓縮版結(jié)果上課時發(fā)現(xiàn)時間分配完全失控。教案的核心是教學(xué)進程設(shè)計包括時間分配、師生互動節(jié)點、板書設(shè)計、重難點突出方式。這份文檔在每一課的教案中都單獨列出了教授思路、采用的教學(xué)方法和輔助手段、板書設(shè)計、重點如何突出、難點如何解決、師生互動這一欄這就是組織管理信息的落地。文檔還提到教案的三個附帶作用備忘錄作用、資料庫作用、教改課題源作用。備忘錄和資料庫好理解教改課題源這一點值得展開說。教案中積累的豐富案例、精心思索過的問題、教學(xué)后的得失體會時間長了自然形成選題來源。我認(rèn)識的一位老師就是靠翻自己三年的教案發(fā)現(xiàn)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)這個知識點每年學(xué)生都卡在同一個地方后來以此為基礎(chǔ)申請了一個教學(xué)改革項目。2.2 課時級教案的字段結(jié)構(gòu)與填寫邏輯這份文檔的主體是逐次課的教案每次課 2 學(xué)時從第 1 次課一直排到第 17 次課覆蓋第一章到第四章。每一課的教案包含以下固定字段字段作用填寫要點章節(jié)定位本次課在教材中的位置精確到節(jié)如1.1 自動控制的基本原理與方式講授主要內(nèi)容本次課要講的知識點清單按邏輯順序排列不遺漏重點難點區(qū)分核心考點和易卡點重點通常是考點難點通常是學(xué)生理解障礙要求掌握的知識點和分析方法學(xué)習(xí)目標(biāo)用掌握/理解/了解分級教授思路與方法教學(xué)策略含授課方式、思路、互動設(shè)計作業(yè)布置課后練習(xí)精確到題號主要參考資料參考書本教案統(tǒng)一用胡壽松和田玉平兩本這個字段結(jié)構(gòu)看起來簡單但填寫時有幾個容易翻車的地方。重點和難點的區(qū)分很多新教師分不清。文檔里第一章第 1 次課的重點寫的是自動控制的基本概念、基本控制方式與特點、反饋原理、控制系統(tǒng)組成及各物理量的含義、開環(huán)控制和閉環(huán)控制難點寫的是負(fù)反饋控制原理、系統(tǒng)工作原理圖的理解與方塊圖的繪制。你會發(fā)現(xiàn)重點偏概念和考點難點偏理解和操作。這個區(qū)分直接影響課堂時間分配——重點要反復(fù)強調(diào)難點要慢講多舉例。再看第 4 次課講授內(nèi)容包括線性定常微分方程的求解、非線性微分方程的線性化、運動的模態(tài)、傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)、傳遞函數(shù)的零點和極點。教授思路里明確寫了本課教授對象為大三學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過高等數(shù)學(xué)等基本課程因此對線性定常微分方程的求解知識點不作詳細(xì)講解同時非線性微分方程的線性化較難理解應(yīng)從原理解釋上著重講述具體運算不作要求。這就是教案的取舍邏輯——根據(jù)學(xué)生先修基礎(chǔ)決定詳略而不是平均用力。2.3 從第一章到第四章的知識遞進設(shè)計把 17 次課的教案連起來看能看出一個清晰的遞進鏈條。第一章第 1-2 次課建立自動控制的基本概念、分類和基本要求這是入門。第二章第 3-7 次課進入數(shù)學(xué)模型從時域微分方程到復(fù)數(shù)域傳遞函數(shù)再到結(jié)構(gòu)圖與信號流圖最后用梅森公式求傳遞函數(shù)這是整個課程的工具基礎(chǔ)。第三章第 8-13 次課是時域分析法從一階系統(tǒng)到二階系統(tǒng)從穩(wěn)定性分析到穩(wěn)態(tài)誤差計算這是考試重點最密集的章節(jié)。第四章第 14-17 次課進入根軌跡法從基本概念到繪制法則再到廣義根軌跡。這個順序不是隨便排的。第二章的傳遞函數(shù)是第三章時域分析的前提第三章的穩(wěn)定性判據(jù)又是第四章根軌跡法的基礎(chǔ)。教案在每一章的第一次課都會標(biāo)注本次課將結(jié)束第 X 章的學(xué)習(xí)或接上次課內(nèi)容這種銜接標(biāo)注對新教師特別有用能避免講到后面忘了前面。第 7 次課的教案里有一句本次課將結(jié)束第二章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生重點掌握本章最后一個知識點對后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)非常重要指的就是閉環(huán)傳遞函數(shù)。這個知識點確實是后面時域分析和根軌跡法的計算基礎(chǔ)教案在這里做了明確的強調(diào)。提示如果你拿這份教案做參考建議先把 17 次課的章節(jié)和講授主要內(nèi)容兩欄通讀一遍建立整門課的知識地圖再回頭細(xì)看每一課的教授思路。順序反了容易陷在細(xì)節(jié)里。3. 拿這份教案直接上課課時分配與重難點標(biāo)注的實操方法3.1 按 2 學(xué)時拆分教學(xué)進程的具體做法這份教案每次課對應(yīng) 2 學(xué)時但文檔本身沒有給出每 2 學(xué)時內(nèi)部的時間分配。實際授課時你需要自己把講授主要內(nèi)容里的知識點映射到 90 分鐘的時間軸上。我一般會按下面的比例做初步拆分再根據(jù)班級情況微調(diào)2 學(xué)時90 分鐘時間分配參考模板 ───────────────────────────────── 復(fù)習(xí)上次課要點 5 分鐘 導(dǎo)入本次課新概念 5 分鐘 核心知識點講授 50 分鐘分 2-3 個知識塊每塊之間留 2 分鐘過渡 例題講解與課堂練習(xí) 20 分鐘 小結(jié)與作業(yè)布置 5 分鐘 機動時間 5 分鐘 ─────────────────────────────────這個模板不是固定的要根據(jù)知識點難度調(diào)整。比如第 9 次課二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)、欠阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)過程分析教案里明確寫了將詳細(xì)講解并板書推導(dǎo)階躍響應(yīng)輸出推導(dǎo)過程本身就占時間例題講解可以壓縮到 15 分鐘。而第 12 次課勞思判據(jù)、勞思穩(wěn)定判據(jù)的特殊情況、勞思穩(wěn)定判據(jù)應(yīng)用教案寫了通過大量例題要求學(xué)生當(dāng)堂掌握并根據(jù)時間安排課堂練習(xí)那例題和練習(xí)的時間就要拉到 25-30 分鐘。具體操作時我會在教案的講授主要內(nèi)容旁邊用鉛筆標(biāo)注每個知識塊預(yù)計用時上完課再記錄實際用時幾次課下來就能校準(zhǔn)自己的時間感。這個習(xí)慣是從一位老教師那里學(xué)來的他說新教師最大的問題不是講錯是講不完。3.2 重難點標(biāo)注怎么轉(zhuǎn)化成板書和互動設(shè)計教案里每一課都標(biāo)了重點和難點但標(biāo)注本身不會自動變成課堂效果。你需要把重點轉(zhuǎn)化成板書的核心框架把難點轉(zhuǎn)化成互動設(shè)計的切入點。以第 1 次課為例重點是自動控制的基本概念、基本控制方式與特點、反饋原理、控制系統(tǒng)組成及各物理量的含義、開環(huán)控制和閉環(huán)控制難點是負(fù)反饋控制原理、系統(tǒng)工作原理圖的理解與方塊圖的繪制。教案的教授思路里寫了由淺入深通過對簡單控制系統(tǒng)的舉例循序漸進使學(xué)生掌握自動控制概念、系統(tǒng)組成、控制方式以及反饋控制原理課堂上請學(xué)生列舉并分析一個自動控制系統(tǒng)實例。這里的關(guān)鍵操作是板書上先畫出開環(huán)和閉環(huán)兩個方塊圖對比用不同顏色標(biāo)注被控量、給定量、擾動量、偏差信號這幾個物理量。然后讓學(xué)生舉一個生活中的例子比如空調(diào)溫控、水箱液位要求他們畫出方塊圖。這個互動環(huán)節(jié)大概 10 分鐘但效果比單純講定義好得多。我試過讓學(xué)生舉例子結(jié)果有人舉了自動感應(yīng)門有人舉了洗衣機水位控制討論過程中開環(huán)和閉環(huán)的區(qū)別自然就出來了。再比如第 11 次課難點是高階系統(tǒng)的時域分析、勞思-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)。教案寫了由于計算復(fù)雜不多作要求閉環(huán)主導(dǎo)極點的概念以理解掌握為主。這意味著板書不需要推導(dǎo)高階系統(tǒng)的完整響應(yīng)而是重點畫一個三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線標(biāo)出主導(dǎo)極點對應(yīng)的響應(yīng)分量讓學(xué)生直觀看到為什么可以降階近似。勞思判據(jù)的板書則要完整寫出勞思表的結(jié)構(gòu)然后用一個具體例子走一遍判斷流程。3.3 作業(yè)布置與課后總結(jié)的銜接教案里每一課都布置了具體題號比如第 1 次課布置 1-1、1-2第 3 次課布置 2-2(a)、(c)、2-3(b)第 6 次課布置 2-13、2-15、2-17(e)。這些題號對應(yīng)的是胡壽松《自動控制原理習(xí)題集》里的題目。作業(yè)布置不是隨便選的它和當(dāng)次課的重難點直接掛鉤。實際操作中我會在布置作業(yè)時明確告訴學(xué)生每道題對應(yīng)哪個知識點。比如第 6 次課講的是信號流圖和梅森公式作業(yè) 2-13、2-15、2-17(e) 都是信號流圖轉(zhuǎn)換和梅森公式應(yīng)用的題目。學(xué)生做作業(yè)時如果卡住能直接定位到課堂上的哪個環(huán)節(jié)沒聽懂。課后總結(jié)分析這個字段在文檔里沒有逐課填寫但教案編寫說明里明確要求了。我的做法是每次課后用 5 分鐘寫三行本次課實際講完的內(nèi)容、學(xué)生反應(yīng)最卡的地方、下次課需要調(diào)整的地方。積累一學(xué)期后這些記錄就是最好的教學(xué)改進依據(jù)。第 4 次課的教案里寫了非線性微分方程的線性化較難理解應(yīng)從原理解釋上著重講述具體運算不作要求這就是前一輪課后總結(jié)的產(chǎn)物。注意教案里的作業(yè)題號是基于胡壽松《自動控制原理習(xí)題集》的如果你用的教材版本不同題號需要重新對應(yīng)。不要直接照搬題號要對照知識點重新選題。4. 教案使用中的避坑與常見問題排查4.1 教案寫成講稿的壓縮版課堂時間失控現(xiàn)象上課時發(fā)現(xiàn)內(nèi)容講不完或者講完了還剩很多時間節(jié)奏完全亂掉。原因把教案當(dāng)成了講稿來寫在講授主要內(nèi)容里塞了大量細(xì)節(jié)沒有做時間分配設(shè)計。教案的核心是組織管理信息不是知識信息本身。解決嚴(yán)格按第 3 章的時間分配模板在教案的每個知識塊旁邊標(biāo)注預(yù)計用時。寫完教案后先自己默講一遍掐表看是否超時。超時就砍細(xì)節(jié)把展開內(nèi)容放到講稿里教案只保留框架和關(guān)鍵節(jié)點。4.2 重難點標(biāo)注流于形式?jīng)]有轉(zhuǎn)化成教學(xué)動作現(xiàn)象教案上標(biāo)了重點難點但上課時還是平鋪直敘學(xué)生感受不到哪里重要。原因標(biāo)注和教學(xué)行為脫節(jié)。重點需要反復(fù)強調(diào)和板書突出難點需要慢講和多舉例這些動作沒有在教案里設(shè)計出來。解決在教案的教授思路欄里針對每個重點寫一句如何突出的具體動作針對每個難點寫一句如何解決的具體方法。比如第 9 次課的重點是二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)教授思路里寫了將詳細(xì)講解并板書推導(dǎo)階躍響應(yīng)輸出這就是具體動作。沒有這個動作設(shè)計重點就只是兩個字。4.3 忽略學(xué)生先修基礎(chǔ)在不該展開的地方浪費時間現(xiàn)象在課堂上花大量時間講拉氏變換、微分方程求解等先修內(nèi)容導(dǎo)致后續(xù)重點內(nèi)容被壓縮。原因沒有像第 4 次課教案那樣明確標(biāo)注本課教授對象為大三學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過高等數(shù)學(xué)等基本課程因此對線性定常微分方程的求解知識點不作詳細(xì)講解。解決在每章第一次課的教案里先寫清楚學(xué)生的先修課程和已掌握的知識點然后據(jù)此決定哪些內(nèi)容略講、哪些內(nèi)容詳講。這個判斷要基于實際學(xué)情不能憑感覺。如果不確定可以在第一次課上做一個小測驗看看學(xué)生的先修基礎(chǔ)到底怎么樣。4.4 作業(yè)布置與課堂內(nèi)容脫節(jié)現(xiàn)象學(xué)生反映作業(yè)題不會做或者作業(yè)題和課堂講的內(nèi)容對不上。原因作業(yè)題號是照搬的沒有對照當(dāng)次課的重難點重新篩選?；蛘卟贾昧俗鳂I(yè)但沒有在課堂上提示對應(yīng)知識點。解決每次布置作業(yè)時在教案上標(biāo)注每道題對應(yīng)的知識點。第 12 次課布置 3-12(2)、3-13對應(yīng)的是勞思判據(jù)和穩(wěn)態(tài)誤差計算這兩個都是當(dāng)次課的重點。如果發(fā)現(xiàn)某道題涉及下次課才講的內(nèi)容就調(diào)整到下次課再布置。4.5 課后總結(jié)分析缺失教學(xué)改進沒有依據(jù)現(xiàn)象同一門課教了幾輪但每次遇到的問題都差不多沒有積累和改進。原因教案編寫說明里要求的課后總結(jié)分析字段沒有認(rèn)真填寫上完課就翻篇了。解決每次課后花 5 分鐘寫三行記錄——實際講完的內(nèi)容、學(xué)生最卡的地方、下次調(diào)整方向。一個學(xué)期積累下來就是一份針對這門課的教學(xué)問題清單。下一輪備課直接翻這份清單比從頭回憶高效得多。5. 從教案到課堂的進階技巧用知識地圖串起 17 次課這份教案最容易被忽略的價值是它 17 次課之間的銜接標(biāo)注。第 7 次課寫了本次課將結(jié)束第二章的學(xué)習(xí)第 13 次課寫了結(jié)束本章學(xué)習(xí)進行第三章小結(jié)這些標(biāo)注看起來不起眼但把它們連起來就是一張完整的知識地圖。我的習(xí)慣是在學(xué)期第一次課上就把這張地圖畫給學(xué)生看——第一章建立概念第二章給工具第三章用工具分析時域性能第四章?lián)Q一個視角用根軌跡分析。學(xué)生有了這張地圖每節(jié)課都知道自己走到了哪里不會學(xué)著學(xué)著就迷失了。具體操作上我會在教案的每一章第一次課里加一頁本章知識地圖的板書設(shè)計。比如第二章的知識地圖是這樣的微分方程時域→ 拉氏變換 → 傳遞函數(shù)復(fù)數(shù)域→ 結(jié)構(gòu)圖 → 信號流圖 → 梅森公式。每個節(jié)點標(biāo)注對應(yīng)的課時學(xué)生一眼就能看到整章的脈絡(luò)。這個做法是從第 5 次課的教授思路里得到的啟發(fā)教案里寫了傳遞函數(shù)是進行控制系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)由復(fù)雜系統(tǒng)得出的結(jié)構(gòu)圖難以直接得到傳遞函數(shù)因此需要進行結(jié)構(gòu)圖變換這句話本身就點出了第二章各知識點之間的因果關(guān)系。另一個進階技巧是用教案里的要求掌握的知識點和分析方法做分層教學(xué)。文檔里用了掌握理解了解三個層級比如第 10 次課要求了解過阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)過程分析、臨界阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)過程分析第 9 次課要求掌握二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)的特點并能熟練計算欠阻尼響應(yīng)性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。這兩個層級對應(yīng)的考核要求完全不同。我會在期末復(fù)習(xí)時把 17 次課的這三個層級整理成一張表讓學(xué)生清楚知道哪些是必考、哪些是理解、哪些是了解即可。這張表比任何復(fù)習(xí)提綱都管用因為它直接來自教案的學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計。從那以后我每次拿到一份教案都會先做兩件事把 17 次課的章節(jié)和主要內(nèi)容通讀一遍畫出知識地圖再把每課的重難點和學(xué)習(xí)目標(biāo)層級整理成復(fù)習(xí)對照表。這兩件事做完整門課的教學(xué)節(jié)奏和考核重點就都在手里了。希望幫到你。本文還有配套的精品資源點擊獲取