1差異化教學策略應用于課程設計

1.1差異化教學思想

差異化教學策略是一種先進的教學模式，為我們解決自動控制課程設計教學實踐中出現的上述問題提供了有力幫助。美國著名教育學家湯姆林森指出，“差異教學方式將學生的個體差異視為教學的組成要素，教師根據學生的準備水平、學習興趣和學習風格設計教學內容，以適應學生之間的個別差異，從而最終促進每個學生的成長與進步”。差異教學以學生個體為中心，強調人的自主性、整體性和獨特性，與我國傳統的因材施教教學思想有相通之處。針對自動控制課程設計教學中的問題，我們借鑒差異化教學思想，提出一種基于差異化教學策略的自動控制課程設計新模式。該模式不但使得課程設計任務和內容具有層次化差異化，滿足學生個體差異發展的需要，提高學生參與課程設計的積極性和主動性;并且，結合課程設計本身的特點，我們對差異化教學策略進行拓展，采用差異化的實驗對象和多樣化的課程設計手段，提高學生課程設計中的獨立性，增強學生理論聯系實際的能力。

1.2課程設計任務的差異化

在差異化教學策略的指導下，課程設計的具體任務和教學內容應該體現出明顯的層次性，從而滿足不同能力學生學習的需求。因此，我們把課程設計實驗內容分為如下三個層次。(1)基礎型實驗—主要包括實驗裝置的機理建模、基于實驗曲線的辨識建模、裝置物理模擬和控制系統構建等;(2)綜合型實驗—是課程設計的主要工作，該部分內容包括Matlab控制系統工具箱的使用、PID控制器的設計、控制器參數變化與根軌跡的關系、串聯校正技術、控制系統的能控能觀性分析和狀態反饋控制器的設計等;(3)提高型實驗—其目的在于提高學生對自動控制系統的綜合研究能力，包括最小拍控制器設計、純滯后系統構建與控制和基于觀測器的狀態反饋控制等。

1.3課程設計實驗對象的差異化

(1)不同的實驗裝置—在有限的實驗室裝置中，為每組學生隨機指定不同的雙容水箱裝置，不同裝置的物理參數有一定差別，必然會帶來不同的被控對象數學模型。(2)不同的裝置參數—在同一套實驗裝置，為每組學生設置不同的水箱出口擋板閥開度，從而使得每組學生測試得到不同的實驗對象數學模型。(3)不同的裝置工作點—要求學生設置不同的工作點，雙容水箱系統本身為非線性系統，選擇不同的工作點會導致不同的近似線性模型。雖然所有學生均針對雙容水箱實驗裝置建立二階被控系統作為實驗對象，但是以上三種措施使得學生面臨不同參數的二階實驗對象，做到實驗對象相似而不相同。因此從根本上避免了設計方案和實驗結果的雷同性，可以有效促進學生獨立自主創造性的開展課程設計工作。

1.4課程設計實驗手段的多樣化

針對學生無法有效聯系控制理論與工程實際的問題，采用控制理論分析、數字仿真分析與實驗測試驗證多種不同實驗手段相融合的課程設計模式，學生課程設計過程中做出的每條實驗曲線，教師都要求其應用控制理論進行解釋分析，同時通過Matlab控制系統工具箱進行仿真對照。教師在課程設計中學生發現問題時不應直接解答，而是有意識引導學生結合理論概念進行思考分析，進一步利用Matlab仿真平臺驗證想法，并在模擬實驗箱上進行測試，從而真正獨立自主的發現問題、分析問題和解決問題。最后教師針對學生的問題，幫助其總結歸納分析，提煉使用控制理論分析解決實際控制問題的思路和步驟。

1.5課程設計考核方式的綜合化

自動控制課程設計的考核，不但要測評學生的最終實驗報告，更重要的是要考查學生的課程設計過程和平時表現。因此課程設計成績評定過程中采用綜合化考核方式，平時表現、成果檢查與總結報告按照一定比例(如3:4:3)構成課程設計成績。

2結語

近三年來，我們將上述差異化教學策略應用于自動控制課程設計的教學實踐之中。教學過程中，每組學生分配到不同編號的實驗裝置，每個實驗裝置設置不同的參數，學生任意選擇工作點，每組得到不同的實驗結果，這樣就使得學生必須獨立自主的進行課程設計。學生實驗所有得到的曲線都要進行理論分析和仿真對比，尤其是對于實驗結果與仿真結果差異較大的曲線，學生必須給出自己的解釋。這樣就使得學生必須認真對待每一個實驗任務，也使得學生必須思考如何用控制理論來解釋實驗現象，將理論與實踐相結合。教學實踐的最終結果表明，這種課程設計模式很好的提高了學生的課程設計積極性，使得學生能夠積極的思考如何將課堂理論與實驗結果相融合。

作者：鄧曉剛 楊明輝 王樹斌 單位：中國石油大學信息與控制工程學院