陳國建

近幾年，在平時教師之間的談話中，聽到最多的討論是控制與設計這一節(jié)內容，在復習研討會中，看到最多的展示課是控制與設計這一節(jié)。前幾年在臺州章青道老師的引領下，全省不少教師在網(wǎng)上進行控制與設計方面的討論。在討論的過程中，許多教師獲益匪淺，教師之間也形成一定的共識，但有時還會形成一些分歧，還會對某些內容進行討論，甚至會發(fā)生爭論。在2014年7月高二期末通用技術改卷過程中，陶老師對28題控制題的答案提出異議，從而引起兩個不同答案的爭論。

一、緣起

28.如圖所示為某平板打印機的控制系統(tǒng)示意圖，主要由打印控制、走紙控制、干燥溫控等組成。其中走紙控制的工作過程大致如下：當需要打印時，由光柵位移傳感器檢測紙張位置，單片機根據(jù)需求發(fā)出指令給搓紙伺服電機走紙，若紙張到達了指定位置，則讓伺服電機停止轉動。請完成下列各題，在有“ ”處填上相應的內容。

（1）該系統(tǒng)除了走紙控制子系統(tǒng)以外，還有打印子系統(tǒng)和

子系統(tǒng)。

（2）根據(jù)示意圖及其描述，補充完整走紙自動控制系統(tǒng)方框圖。

（3）該控制系統(tǒng)的熱電偶出現(xiàn)損壞，可能造成 （在①不能走紙；②無法完成打?。虎勰疅o法快速固化中選擇一項，將序號填寫在“ ”處）。

以上是2013學年第二學期高二期末通用技術試卷中第28題，爭論的焦點是第二小題，當時給出的參考答案如下：①伺服電機；②光柵傳感器。當時陶老師提出，第二小題中走紙自動控制系統(tǒng)不是題中所示的閉環(huán)控制系統(tǒng)而是開環(huán)控制系統(tǒng)，因此第2小題是錯誤的。

二、各“圓”其說

面對陶老師提出的異議，負責出此題的潘老師解釋道：“光柵位移傳感器檢測紙張位的實際位置，并將該位置傳輸給單片機與設定位置進行比較，單片機根據(jù)比較的偏差值發(fā)出指令給搓紙伺服電機走紙，若紙張到達了指定位置，則讓伺服電機停止轉動?！苯忉尯笱a充道：“這是個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，沒有錯。”為了增加對剛才解釋的權威性，還列舉了2011年9月浙江省普通高等學校招生通用技術試題中的第25題，并表示這兩題類似。

25.如圖所示是數(shù)控機床的位置控制系統(tǒng)示意圖。

檢測裝置檢測機床工作臺的實際位移，并將該位移值傳輸給數(shù)控裝置與設定位移量進行比較，數(shù)控裝置根據(jù)比較的偏差值控制伺服裝置運動，驅動機床工作臺到達指定的位置。

（1）根據(jù)示意圖及其描述，在控制系統(tǒng)框圖中“▲”處填寫相應的內容。

陶老師反駁道：“打印機的工作原理大概是這樣的：主機送來的代碼，經(jīng)過打印機輸入接口電路的處理后送至打印機的主控電路，在控制程序的控制下，產(chǎn)生字符或圖形的編碼，驅動打印頭打印一列的點陣圖形，同時字車橫向運動，產(chǎn)生列間距或字間距，再打印下一列，逐列進行打印。一行打印完畢后，啟動走紙機構進紙，產(chǎn)生行距，同時打印頭回車換行，打印下一行。上述過程反復進行，直到打印完畢?！?/p>

簡單地說就是打印機的打印就像電視的掃描一樣，逐行逐列地經(jīng)過每個位置，而不是東打印一個字，西打印一個字。因此，打印機的走紙自動控制系統(tǒng)是開環(huán)控制系統(tǒng)，工作過程大致如下：當某一行打完后需要換行時，將換行信號傳給主控電路，主控電路根據(jù)需求發(fā)出指令給搓紙伺服電機走紙，當紙走過一行間距時，則讓伺服電機停止轉動。走紙自動控制系統(tǒng)方框圖如下所示：

2011年9月浙江省普通高等學校招生通用技術試題第25題中數(shù)控機床的位置控制系統(tǒng)與打印機的走紙自動控制系統(tǒng)在原理上看上去類似，但有本質的區(qū)別。數(shù)控機床不是按順序來工作的，而是A處工作完后就需要馬上移到B處，因此它是閉環(huán)控制系統(tǒng)。

三、原因所在

在潘老師與陶老師的討論過程中，許多教師逐漸參與其中，一開始絕大多數(shù)教師支持潘老師的觀點，認為此題沒問題。直到聽完陶老師多次耐心的解釋后，認為不但第2小題有問題，連題目中關于走紙控制的描述也是成問題的，正是題目錯誤的描述，引導大家把走紙控制系統(tǒng)看成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

事后我們又通過QQ對此題進行多次討論，討論為什么關于《控制與設計》我們學習了這么多年，教了這么多年，討論了這么多年還會犯這樣的錯誤。最后總結出以下兩方面的原因。

1.教師的教學經(jīng)驗。豐富的教學經(jīng)驗在許多時候能幫助教師快速、有效地解題，但有時也會對解題產(chǎn)生干擾。關于如何判斷開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)，從定義上看：開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制系統(tǒng)的輸出量不對控制過程產(chǎn)生任何影響。而閉環(huán)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。區(qū)別的關鍵是否存在反饋，即輸出量是否對控制過程產(chǎn)生任何影響。教師通過多年的學習、教學、討論后，關于如何判斷開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)逐步形成了自己的教學經(jīng)驗，把輸出量是否對控制過程產(chǎn)生任何影響，簡單理解成是否有多次的控制，只有一次控制是開環(huán)控制系統(tǒng)，如果需要不斷地控制是閉環(huán)控制系統(tǒng)。教師為什么會形成這樣的經(jīng)驗呢？因為開環(huán)控制系統(tǒng)的輸出量不對控制過程產(chǎn)生任何影響，往往只有一次控制，例如教材中選用的游泳池注水案例；閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出量對控制過程產(chǎn)生影響，有時為了抗干擾等因素，往往需要進行不斷控制，例如教材中選用的加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)。所以，這種經(jīng)驗對絕大多數(shù)開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)判斷很有幫助，但也有個案不適用。

2.題目給教師產(chǎn)生錯覺。從上往下打印過程中，需要不斷地換行，打印紙就需要不斷地移動，走紙控制系統(tǒng)會不斷對打印紙進行控制，很多教師會產(chǎn)生走紙控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)的錯覺。其實造成打印紙不斷移動不是控制系統(tǒng)不斷控制的結果，而是輸入量不斷變化導致輸出量相應的變化，這種情況以前教師碰到的機會很少。

四、愿望

一件產(chǎn)品從發(fā)明到成熟需要不斷的完善，所以需要對各個環(huán)節(jié)進行評價；同樣一門課程從開設到成熟也需要不斷的完善，話不說不明，理不辯不清，所以教師之間相互學習、討論、爭論都會有利于教師的成長、學科的成熟。很多情況下，設計的評價目的往往不是為了甄別，而是為了相互交流信息、征求意見、共同研討，進而完善設計方案。同樣的道理，教師之間適當?shù)臓幷摬⒉皇菫榱藸幊龈叩?，而是在發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的過程中共同提高。

編輯 馬燕萍