《模糊控制》课程理论教学设计方法

1、文件19模糊控制课程理论教学设计方法李士勇教授Harbin Institute of Technology2005.11文件19模糊控制课程理论教学设计方法教学设计说明模糊控制教学设计是以获得优化的教学效果为目的，以学习理论、教学理论、和传播理论为理论基础，运用系统方法分析教学问题、确定教学目标、建立解决教学问题的策略方案、试行解决方案、评价方案和修改方案的过程。简单地说，所谓教学设计，就是为了达到一定的教学目的，对教什么（课程、内容等）和怎么教（组织、方法、传媒的使用等）进行设计。本教学设计依据当前最新教学理论及其最新成就，对模糊控制多媒体课程进行教学设计，只有这样才能设计出科学的教学目标、

2、教学程序、教学内容、教学策略和教学传媒体系，从而保证教学设计能获取优化教学效果。建构在学习和教学理论基础上的模糊控制多媒体课程教学设计共涉及八项内容：学习需要的分析、学习内容的分析、学习者的分析、教学目标的设计、教学策略的设计、教学媒体的设计、教学过程的设计和教学设计的评价。一、学习需要的分析在教学设计中，为处理好教学手段与教学目的的关系、有利于解决教学中的主要问题，需要进行学习需要的分析工作。学习需要是一个特定的概念，是指学习者学习的“目前状况与所期望达到的状况之间的差距”。对于高等学校来说，这种期望具体体现在教学大纲中。“模糊控制”是自动化专业的一门专业课，主要介绍模糊控制的基本理论，模糊

3、控制系统的分析和设计方法。目前，模糊控制技术在工业、农业、国防和科学技术各领域得到广泛应用，所以自动化专业的技术人员都应掌握这门专业技术。从学习需要的类型来看，对模糊控制的学习需要主要涉及标准的需要和预期的需要。学习需要的分析位于基于学习和教学理论教学设计中的虚线部分。分析反馈修正设计教学目标的设计教学策略的设计教学媒体的设计教学过程的设计评价教学设计的评价形成性评价总结性评价学习需要的分析学习内容的分析学习者的分析二、 学习内容的分析学习需要的分析，查明了教学过程中存在的问题及原因，为教学设计工作奠定了初步基础。接下来就要分析和确定学习内容，即分析和确定学习者就学习和掌握哪些知识、技能和态度

4、等。学习内容的分析，将影响教师对教材的把握，影响学习者学习的水平，影响教学目标的确定，以及教学媒体的选用效果等。因此，采用科学的方法分析学习内容是教学设计的一个重要环节。只有正确地分析学习内容才能获得最优化的教学效果。学习内容的分析涉及学习内容的结构分析和学习内容范围的分析。分析方法有归类分析法、图解分析法、层级分析法、信息加工分析法、综合分析法和索引法。模糊控制课程学习内容的分析有三项工作：教材分析、教材内容的结构分析和内容范围的分析。常用的分析方法是归类分析法、图解分析法。分析反馈修正设计教学目标的设计教学策略的设计教学媒体的设计教学过程的设计评价教学设计的评价形成性评价总结性评价学习需要

5、的分析学习内容的分析学习者的分析学习内容的分析位于基于学习和教学理论教学设计中的虚线部分。三、学习者的分析教学设计的目的是为了突出学习者在学习过程的主体地位，切实调动和发挥学习者学习和积极性和主动性，有效地指导学习者获得学习上的成功。从教学角度而言，教学目标能否实现，教学任务能否完成，主要取决于我们对学习者情况的掌握程度。只有以学习者原来具有的认知结构为基础，通过精心设计的教学活动，指导学习者重建自己的认知结构，才能使教学获得成功。因此，使教学设计具有较强的针对性和实用性，就必须重视对学习者的分析。 学习者进入教学过程前的学习状态，即原来具有的知识、技能和态度等，一般称这为起点能力。通过一个时

6、期的教与学的活动，学习者获得了知识，提高了技能，改变了态度。这种通过教学活动以后形成的知识、技能和态度等，一般称之为终点能力。教师的使命就是通过教学与指导工作使学习者的能力由起点能力转化为终点能力。因此，对学习者分析的一个重要方面就是要确定学习者的起点能力。学习者的起点能力是教学的出发点，对教师而言，叫做教学的起点。学习者起点能力的分析一般包括学习者知识起点能力的分析、学习者技能起点能力的分析和学习者态度起点的分析。除此之外，还包括学习者年龄特点的分析和学习者学习风格的分析等。分析反馈修正设计教学目标的设计教学策略的设计教学媒体的设计教学过程的设计评价教学设计的评价形成性评价总结性评价学习需要

7、的分析学习内容的分析学习者的分析学习者的分析位于基于学习和教学理论教学设计中的虚线部分。四、教学目标的设计确定通过学习每一项从属知识和技能，学习者将达到一种什么样的行为状态，并将学习者通过学习后所古巴的最终行为状态用具体的、明确的和能够操作的目标表述出来，这就是教学目标的设计。教学目标的设计是教学设计的重要环节。一般把教学目标分成认知、动作技能和情感三个领域。具有代表性的理论是布鲁姆的目标分类和加涅的学习结果分类，它们都描述了制定教学目标系统的理论框架，对教学目标的设计有重要的指导作用。在以学习知识和开发智力主主要任务的认知领域，布鲁姆等把目标分成六级，由低向高发展。它们分别是：知道、领会、应

8、用、分析、综合和评价。这些目标可用来描述对同一知识技能不同水平的学习。“知道”是认知领域中最低水平的目标，主要是对已学过的知识的回忆，包括具体事实、方法、过程、理论以及类型、结构和背景等回忆。“领会”是最简单的理解，是指把握知识意义的能力。可借助解释、转换、推断三种方式来表明对知识的理解。“应用”是指把所学知识应用于新情境的能力，它包括概念、原理、规律、方法、理论的应用。“分析”是指把复杂的知识整体材料分解成部分，并理解各部分之间联系的能力。“分析”代表了比 “应用”更高的智力水平。“综合”与“分析”相反，是指将所学知识和各部分重新组合，形成一个知识整体的能力。“综合”强调创造能力和形成新的知

9、识结构的能力。“评价”指对用来达到特定目标和学习内容、材料和方法给予价值判断的能力。“评价”是比“分析”、“综合”更高层次的学习水平。一般认为，一个完整、具体、明确的教学目标应包括以下四个部分：一是教学对象；二是学习者的行为；三是确定行为的条件；四是程度。例如，在指认和书写中（为条件），学生（为对象） 能迅速无误地（为程度） 读出和写出10个生字（为行为）。下图是编写认知型教学目标可选用的动词列表。教学目标层次特征可参考选用的动词知道对信息的回忆为下定义、列举、说出（写出）的名称、复述、排列、背诵、辨认、回忆、选择、描述、标明、指明领会用自己的语言解释信息分类、叙述、解释、鉴别、选择、转换、区

10、别、估计、绰、归纳、举例说明、猜测、摘要、改写应用将知识运用到新的情境中运用、广告牌、示范、改变、阐述、解释、说明、修改、定计划、制订方案、解答分析将知识分解，找出各部分之间的联系分析、分类、比较、对照、图示、区别、检查、指出、评析综合将知识各部分重新组合，形成一个新整体编写、写作、创造、设计、提出、组织、计划、综合、归纳、总结评价根据一定标准进行判断鉴别、比较、评定、判断、总结、证明、说出价值结合教学大纲的要求，利用上述所介绍的教学目标的编写方法，可编写出模糊控制课程的教学目标。分析反馈修正设计教学目标的设计教学策略的设计教学媒体的设计教学过程的设计评价教学设计的评价形成性评价总结性评价学习

11、需要的分析学习内容的分析学习者的分析教学目标的设计位于基于学习和教学理论教学设计中的虚线部分。五、教学策略的设计教学策略是实现和完成特定教学目标而采取的方式。教学策略的设计主要研究教学顺序的确定、教学活动的安排、教学组织形式的选用和教学方法的选择等一些教学具体问题。教学策略具有指向性、灵活性和多样性等特点，其设计依据是教学目标。1、教学顺序的确定方法教学顺序是指学习内容各组成部分的排列次序，是对“先教什么”、“后教什么”做出科学的安排。这里主要是指课时教学目标所要求的学习内容的安排问题。认知型或理智技能型的教学顺序，主要有三种教学理论作指导。一是加涅的从简单到复杂的教学顺序安排；二是布鲁纳的发

12、现法；三是奥苏伯尔的“先行组织者”理论。加涅方法从简单到复杂的顺序分为辨别、概念、规则和问题解决。布鲁纳方法的顺序是：创设问题情境，使学习在情境中产生矛盾，提出要解决的问题；学习者利用所提供的材料，对问题提出解答的假设；从理论和实践上检验假设，不同观点可争论；对争论做出总结，得出结论。奥苏伯尔方法的顺序是先呈现一般的、有较大包容性的、最清晰和最稳定的引导性材料，这种引导性材料就是“先行组织者”。该方法强调先掌握从属技能，再学习较复杂的技能。上述这三种教学顺序在模糊控制课程的教学中均要使用到。2、教学活动的安排在我国的教学育著作中，一般都有对“课的结构”安排的论述。课的结构是指每堂课的组成部分及

13、各部分进行的顺序和时间的分配。一般有组织教学、检查复习、讲授新教材、巩固新教材、布置课外作业等。在模糊控制课程的教学活动中，我们采用加涅关于教学活动安排的理论作为指导。该理论包含九个环节，这九个环节是：引起注意、告诉学习者目标、刺激对先前学习的回忆、呈现刺激材料、提供学习指导、诱导行为、提供反馈、评定行为、增强记忆和促进知识迁移。但在不同内容的教学过程中，我们没有生搬硬套这九个教学环节，而是灵活地安排每节课的教学活动。3、教学组织形式的选用在模糊控制课程的教学活动中，选用的教学组织形式为课堂教学，课后的个别教学和实验课的现场教学。除此之外，教学组织还涉及以下问题。（1）板书设计在模糊控制课程的

14、教学过程中，多媒体板书设计除了可以借鉴传统板书的设计方法以外，还可以利用多媒体技术自身所提供的【字型】、【字体、】【字号】、【字色】、【字符加粗】、【字符倾斜】、【字符下划线】、【字符边框】、【字符底纹】、【字符缩放】、【文字效果】、【文字方向】、【图形】、【表格】等处理功能来增强多媒体板书的设计效果。在Word 和PowerPoint中可以使用的传统板书设计方法有：【母子式】、【词语式】、【要点式】、【回环式】、【阶梯式】、【波浪式】、【对比式】、【开花式】和【线索式】等。（2）多媒体教学艺术1）导入新课的艺术有：【直接导入法】、【旧知识导入法】、【生动实例导入法】、【直观教具导入法】、【故

15、事导入法】、【问题导入法】和【实验导入法】等；2）课堂组织艺术有：【主动式】和【被动式】；3）课堂结尾的艺术有：【归纳式】、【比较式】、【活动式】、【练习式】和【拓展式】等；4）课堂提问的艺术有：【回忆提问】、【理解提问】、【运用提问】、【分析提问】、【综合提问】和【评价提问】；5）课堂回答的艺术是有【针对性回答】、【启发性回答】和【回味性回答】等。4、教学方法与教学手段的选择在教学策略的设计中，我们还要考虑教学方法问题。教学方法是解决多媒体教学问题的步骤和程序。在模糊控制课程的教学过程中，可以选择使用的学方法有以下三种：（1）以语言传递为主的教学方法有：【讲授法】、【问答法】、【读书指导法】

16、等；（2）以直观感知为主的教学方法有：【演示法】和【参观法】等；（3）以实际训练为主的教学方法有：【练习法】、【实验法】和【实习作业法】等。教学手段是实现教学目的所采取的具体方法。在模糊控制课程的教学过程中，有以下教学手段可供选择使用：【讲述】、【讲解】、【解释】、【讲读】、【讲演】、【重复】、【提示】、【强调】、【证明】、【推导】、【归纳】、【对比】、【类比】、【演示】、【应用举例】、【总结】、【测验】、【思考】、【作业】、【自学】、【复习】、【预习】、【预备知识】和【课后回忆】等。5、实验设计实验是教学过程中的一个重要部分，是将知识转化为技能的一个重要手段。具体内容参见模糊控制课程的实验设

17、计。6、形成性作业的编制与习题课的设计为了了解学生对教学内容的掌握程度和教学效果，我们还需要根据教学目标编制形成性作业。形成性作业是指在教学过程中，不断通过作业的形式来反馈教与学的信息，以促进教学活动质量的提高。模糊控制课程形成性作业的正确设计方法是将各章知识点合理地配置在各级学习水平上，以此构成识记性作业、理解性作业和应用性作业。这就是所谓的概念题、讨论题、计算题和设计题等题型的来历。结合模糊控制课程的特点与知识点构成，本课程作业结构为：（1）概念题占作业的40%（2）讨论题占作业的20%（3）计算题占作业的20%（4）设计题占作业的20%另外，我们采用“问题、分析、假设、解决和验证”五个步

18、骤对习题课进行设计。问题就是在批改作业和答疑过程中注意收集学生学习中存在的典型问题和普遍问题。分析就是确定这些问题的性质，是学习方法问题还是知识性问题。假设就是对问题提出若干解决方案或方法，并从中找出最优方案或方法。解决就是执行最优方案或方法。验证就是判别或检验所用最优方案或方法的有效性与结果或结论的正确性。7、试卷设计与成绩评定方法一、试题结构设计基于未来标准化试题设计的要求，所设计的试卷的每一个小题结构应该包括以下内容：（1）题干说明具体的题目内容；（2）参考答案为教师批改试卷提供参考；（3）ID值假设给未来试题库中的所有试题都编上号，对于不同的试题，标号是不同的，这样有利于快速查找该试题

19、，以便进行进一步地处理，比如修改、删减、插入等等。（4）难度反映试题考查的难度系数；（5）知识点反映该试题考查的知识点是什么；（6）所属章节反映该试题所考查的知识点出自于哪一章节；二、试题类型设计根据具体的要求，题型设计涉及以下几项内容：（1）题型客观性试题的题型：填空题、判断题（是非题）、单项选择题、多项选择题。1）填空题，答案要求简洁、唯一。每题一个空，每个空给分。每个空要求填写的内容及数字不宜过多。填空内容应集中在专业知识考查点上。2）单项选择题，即提出一个问题，给出四个备选答案，由应考者选出一个正确答案。一般要求每道选择题3分到5分不等；3）项选择题，即提出一个问题，给出四个或五个备选

20、答案，由应考者选出二至五个正确答案。一般要求每道选择题4分或5分。主观性试题的题型：论述题、简答题、改错题、计算题、证明题等。4）确的解答可由考生根据自己对题意的理解采取不同的表达方式、逻辑方式来回答。5）论述题要着重考查分析综合能力和理论联系实际的运用能力，要有一定的深度。一般要求每道10分。6）简答题型要围绕基本概念、基本原则、方法及联系和区别命题。试题着重考查理解程度，解答时不要求联系实际和举例，此类题包括名词解释和简单回答两部分内容。一般要求每道题4分或5分。7）计算题是考核对基本计算的应用能力，其答案应力求达到唯一性、客观性。计算题的深度和难度要结合本课程和特点，计算题的分数比重，题

21、数比重由预计所用时间比重来确定，计算题一般不要求文字分析，要求每道题8-14分不等。（2）层次未来标准化考试课程题库应有不同能力层次的试题，试题考查能力层次比例一般为：记忆占15%，理解25%，简单应用占35%，综合应用和创新占25%。在编制试题时，各层次的试题比例即要体现于一套题库的全部，又要体现于各类试题之中。（3）难易度每套试题中，不同难易程度试题的比例一般为：极易占5%，较易占25%，普通（中等）难度占35%，较难占30%，极难占5%。难易度比例也应体现在各类试题之中。三、试卷编制的原则在设计与编制试卷时，应该注意如下编制原则：（1）编制的试题应当题意明确、科学、合理、不超纲。（2）各

22、个试题要相互独立。一个试题不要给另一个试题的解答给予提示，对某个问题的回答不要以另一个试题的正确答案为前提；一道试题可以只考核一个知识点，也可以考核不同章节的多个知识点，一个知识点可以从不同角度，选用不同题型编制试题。（3） 选择题的编制1） 题干要准确、简明，易于理解，应包括解题所必需的共同要求。2） 答案选项要简洁，语意清楚。3）所有选项在语言和逻辑上都能与题干相接近。4）选项之间要独立，不能互相包含或依赖。5）错误的选项应具有一定的干扰性，似真性。（4）试卷设计合理，内容覆盖面广，重点和难点突出，分类适宜，题型多样，题目的科学性、新颖性、准确性好，具有较广泛的实用性和适应性。（5）编制试

23、题要覆盖到课程所学内容的每个章节，对于同一内容，可以从不同角度提出问题，编制试题。（6）对于同一内容的试题，不论题型是否相同，都不得在试卷中重复出现。（7）各个大题的导语都必须注明答题要求和分数分配。（8）每套试卷必须都由命题教师做出答案和评分标准，答案要准确、全面、简洁规范，主观性试题应给出评分要点，可能有几种答法的试题，应同时写出几种不同答法。（9）试卷生成后应随时将命题分析表、考场情况表等与考试相关的文件备好。四、成绩评定方法在课程总成绩中，加权成绩分别为作业占10，实验占10，课堂表现，参与程度占10，期末考试占70。加权成绩均满分者为总分满分。教学策略的设计位于基于学习和教学理论教学

24、设计中的虚线部分。分析反馈修正设计教学目标的设计教学策略的设计教学媒体的设计教学过程的设计评价教学设计的评价形成性评价总结性评价学习需要的分析学习内容的分析学习者的分析六、教学媒体的设计教学中的媒体就是指直接介入教学活动过程中，能用来传递和再现教育信息的设备。我们把这种媒体称为教学媒体，它决定了教学信息的传递方式。现代教学媒体能够同时获取、处理、编辑、存储、展示包括文字、图形、声音、动画等不同形态的信息，它进入课堂，超越了教学、教学的传统视野，使课堂冲破了时空限制，丰富了教学内容，增加了教学的密度和容量，能创造出使知识、学问来源多样化的文化教育环境，为学生个性，素质的发展提供了无限广阔的天地。

25、选用教学媒体的基本原则是：根据教学媒体对促进教学目标的完成所具有的潜在能力来进行选用。具体如下：1、 根据教学媒体的特性和功能进行选择2、根据教学目标的类型和学习者的特征进行选择3、根据易获得性和成本进行选择4、根据必须熟悉教学媒体的操作技术进行选择目前，我校现有的教学媒体，实际上没有可选择的余地。现有多媒体教室的装备如下：（1） 多媒体计算机（2） Word/PowerPoint/Matlab控制系统仿真软件/五笔字型输入法（3） 投影仪（4） 扩音系统和话筒（5） 黑板/白板实践表明，以此为基础，主讲教师再使用如下个性化技术就可以顺利完成模糊控制课程的多媒体教学任务。（1） 五笔字型速录技

26、能/100字/分钟（2） 专家级Office技能（3） 良好的写作技能教学媒体的设计位于基于学习和教学理论教学设计中的虚线部分。分析反馈修正设计教学目标的设计教学策略的设计教学媒体的设计教学过程的设计评价教学设计的评价形成性评价总结性评价学习需要的分析学习内容的分析学习者的分析七、教学过程的设计教学过程的设计就是用流程图的形式简洁地反映分析和设计阶段的结果，表达教学过程，直观地描述教学教程中教师、学习者、学习内容、教学媒体等基本要素之间的关系，给教师提供 一个有重要参考价值的教学设计方案。常用的教学过程有如下几种： 1、示范型教学过程适用：技能的学习。媒体：提供给学生示范模仿的标准行为模式，如

27、语言、动作、书写、操作等规范行为。教师：指出标准规范行为的要点、程序、组织学生模仿、纠正错误。学生：掌握要领、模仿操练。2、逻辑归纳型教学过程适用：事实、概念的学习。媒体：提供若干有关科学现象、形态、结构、文献、史料等客观事实，或提供有关情景，以便建立共同经验，形成表象。教师：借助事实，进行概括归纳，显示事物的特征，建立概念。学生：观察事实、现象，认识事物特征，识记事实，理解概念。3、逻辑演绎型教学过程适用：原理的学习。媒体：提供某一典型的事物运行、成长、发展的完整过程。教师：借助典型事例，提示事物发生、发展的原因和规律，并通过演绎或类比的方法，使学生知识迁移。学生：认真观察，思考原因，探求规律，理解原理，推广运用。4、探究发现型教学过程适用：概念、原理和问题解决的学习。媒