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        大學(xué)數(shù)學(xué)課堂活躍度的PID調(diào)節(jié)分析

        2021-08-20 10:11:33陳森李菲
        大學(xué)教育 2021年8期
        關(guān)鍵詞:PID控制大學(xué)數(shù)學(xué)

        陳森 李菲

        [摘 要]課堂活躍度調(diào)節(jié)是課堂管理的重要環(huán)節(jié),對教學(xué)效果具有關(guān)鍵性影響。本文將實(shí)際控制工程中最經(jīng)典的PID控制理念應(yīng)用于大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)情境改善,討論如何利用PID控制來實(shí)現(xiàn)大學(xué)數(shù)學(xué)課堂活躍度的主動調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)方法基于教師的主動觀察,綜合評估當(dāng)前、過去和未來的活躍度跟蹤誤差信息,通過保守型、增長型和衰弱型三類具體調(diào)節(jié)手段,實(shí)現(xiàn)課堂活躍度的實(shí)時(shí)調(diào)控。

        [關(guān)鍵詞]課堂活躍度;大學(xué)數(shù)學(xué);PID控制;控制理論

        [中圖分類號] G642.421 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437(2021)08-0068-05

        一、研究背景

        課堂活躍度調(diào)節(jié)是課堂管理中的重要環(huán)節(jié)[1-3]。適宜的課堂活躍度是輕松愉快課堂氣氛的前提,是提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的環(huán)境基礎(chǔ)。超過適宜度的課堂活躍度會影響課堂教學(xué)效率,甚至破壞課堂教學(xué)的基本流程。同時(shí),低迷的課堂活躍度極大地影響學(xué)生自主思考與自主學(xué)習(xí)的動力,形成教師單向輸出的情景,甚至導(dǎo)致長時(shí)間課堂沉默[4-5]。

        大學(xué)課堂教學(xué)的受眾是已初步具備獨(dú)立思考能力、自主意識較強(qiáng)的大學(xué)生[6]。同時(shí),大學(xué)課堂講授的知識具有專業(yè)性,知識體系龐大,知識內(nèi)容具有諸多細(xì)致且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鐾评磉^程。大學(xué)課程具有比中小學(xué)課程更大的學(xué)習(xí)難度。因此,大學(xué)課堂活躍度往往表現(xiàn)出兩極分化的情景:在講授學(xué)科專業(yè)知識時(shí),學(xué)生情緒低迷,注意力分散,呈現(xiàn)集體沉默情景;在討論非教學(xué)內(nèi)容話題或引導(dǎo)性內(nèi)容時(shí),學(xué)生興趣高漲,注意力集中,課堂活躍度極高,甚至?xí)霈F(xiàn)課堂紀(jì)律失控、影響教學(xué)課程安排的情況。

        在眾多的學(xué)科門類中,數(shù)學(xué)學(xué)科的知識體系性強(qiáng)并且體系結(jié)構(gòu)分支繁多。數(shù)學(xué)學(xué)科的知識點(diǎn)具有強(qiáng)抽象性特點(diǎn),在講授過程中無法避免冗長的邏輯推演與縝密的符號計(jì)算[7]。由于數(shù)學(xué)學(xué)科的抽象性特點(diǎn),數(shù)學(xué)課堂活躍度的兩極分化現(xiàn)象顯著。如何提供一套理論方法,系統(tǒng)科學(xué)地調(diào)節(jié)課堂活躍度,是數(shù)學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要問題。

        控制理論與反饋思想在教學(xué)系統(tǒng)中的研究已有初步的方法論結(jié)果[8]。然而,針對具體的教學(xué)系統(tǒng)調(diào)控問題,例如課堂活躍度調(diào)節(jié),沒有細(xì)致具體的反饋設(shè)計(jì)方法與控制執(zhí)行手段。本文將立足于實(shí)際控制工程中最經(jīng)典的PID控制理念,設(shè)計(jì)課堂活躍度的主動調(diào)節(jié)方法。

        二、PID控制簡介

        自Watt發(fā)明蒸汽機(jī)以來,人類改造世界的技術(shù)手段不斷革新,并將這一類技術(shù)方法抽象化為控制理論。在諸多高深的控制理論中,基于跟蹤誤差的比例-積分-微分(Proportionalintegralderivative, PID)控制具有原理清晰、結(jié)構(gòu)簡單、便于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。由于PID控制的設(shè)計(jì)便捷性與實(shí)際有效性,現(xiàn)今的諸多實(shí)際控制領(lǐng)域均采用PID控制結(jié)構(gòu),2017年調(diào)研結(jié)果表示目前過程控制中95%的控制器為PID類型[9]。

        經(jīng)過蒸汽機(jī)控制等一系列實(shí)際問題驅(qū)動與新技術(shù)變革,Elmer Sperry于1911年提出PID控制結(jié)構(gòu),并應(yīng)用于船舶的航跡與航向控制[10-11]。PID控制的基本思想是利用系統(tǒng)輸出與參考信號的誤差值信號,由其比例值、積分值與微分值的線性組合,形成負(fù)反饋的控制輸入信號,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸出信號跟蹤參考信號的目的。PID控制的基本結(jié)構(gòu)參見圖1。

        PID控制具有設(shè)計(jì)思路直觀、控制器結(jié)構(gòu)簡單、待調(diào)節(jié)參數(shù)少、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢。同時(shí),近年來PID控制理論基礎(chǔ)進(jìn)一步完善,證明了PID控制對于未知非線性動態(tài)的強(qiáng)魯棒性[12],從理論角度解釋了PID控制廣泛的適用性。

        三、大學(xué)數(shù)學(xué)課堂活躍度的兩個(gè)縮影

        大學(xué)數(shù)學(xué)課堂活躍度呈現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象,具體表現(xiàn)在對專業(yè)理論知識的興趣低迷以及對非教學(xué)內(nèi)容話題或引導(dǎo)式內(nèi)容的異常活躍。

        (一)對專業(yè)理論知識的欠活躍現(xiàn)象

        大學(xué)數(shù)學(xué)課程內(nèi)容專業(yè)性強(qiáng),抽象化程度高。同時(shí),教學(xué)內(nèi)容中具有較多的邏輯推演與細(xì)致的符號計(jì)算。由于大學(xué)數(shù)學(xué)課程的這類內(nèi)在特點(diǎn),學(xué)生對專業(yè)理論知識的理解速度慢、知識點(diǎn)消化時(shí)間長,學(xué)生集體容易對專業(yè)理論知識進(jìn)入沉默狀態(tài)。

        下面,以連續(xù)函數(shù)定義與樣例分析為例,說明數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的抽象化程度以及學(xué)生欠活躍現(xiàn)象。

        老師:下面介紹連續(xù)函數(shù)的基本定義??紤]函數(shù)[f(x)]與[x0∈R],若對任意給定的[a>0],都存在[b>0],使得對任意[x∈[x0-b, x0+b]],均有[fx-f(x0)

        學(xué)生:(緩慢消化連續(xù)函數(shù)定義知識點(diǎn))。

        老師:我們用一個(gè)連續(xù)函數(shù)的例子來說明該定義。下面證明二次函數(shù)[fx=x2]是逐點(diǎn)連續(xù)的。考慮任意給定的[a>0],我們設(shè)[b=mina6|x0|,3a3],進(jìn)而計(jì)算[fx-f(x0)=2x0x-x0+x-x02≤2x0x-x0+x-x02≤2x0b+b2≤2a3

        學(xué)生:(消化符號計(jì)算過程,理解[b]的選取,緩慢理解連續(xù)函數(shù)定義與該例證說明過程)。

        上述大學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)片段反映了數(shù)學(xué)專業(yè)知識的抽象性以及學(xué)生以持續(xù)思考與吸收講授內(nèi)容為主的課堂狀態(tài)。這導(dǎo)致課堂活躍度低,學(xué)生的主動學(xué)習(xí)積極性下降,注意力極易分散到與教學(xué)無關(guān)的內(nèi)容上,例如電子游戲。

        (二)對非教學(xué)內(nèi)容話題或引導(dǎo)式內(nèi)容的過活躍現(xiàn)象

        由于數(shù)學(xué)課程本身的專業(yè)性與抽象性,導(dǎo)致數(shù)學(xué)課堂教學(xué)呈現(xiàn)欠活躍現(xiàn)象。同時(shí),在持續(xù)欠活躍狀態(tài)下,若授課講師以實(shí)例遷移類比、課程思政升華、跨學(xué)科知識點(diǎn)聯(lián)動等方式,進(jìn)行對教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)行非正式教學(xué)解釋或引導(dǎo)式教學(xué),此時(shí),學(xué)生往往表現(xiàn)出較高的活躍性,內(nèi)在興趣被極大激發(fā),開啟自主獨(dú)立思考,進(jìn)入團(tuán)體討論模式。然而,數(shù)學(xué)課堂活躍度的突發(fā)式增長,往往造成課堂可控性下降,課堂紀(jì)律紊亂,甚至破壞正常教學(xué)流程。

        下面仍以上一小節(jié)中的連續(xù)函數(shù)定義與樣例分析為例,來說明學(xué)生對非教學(xué)內(nèi)容話題或引導(dǎo)式內(nèi)容的過活躍現(xiàn)象。

        老師:下面介紹連續(xù)函數(shù)的基本定義。首先,同學(xué)們看老師手上的這條細(xì)繩,整條細(xì)繩是連接著的,如果把它平鋪到二維平面上,形成的圖形是連續(xù)變化的。連續(xù)函數(shù)具有一個(gè)重要特征,每一段都可以用這條連續(xù)繩子代替。

        學(xué)生:(被道具輔助式教學(xué)行為所吸引,注意力集中)。

        老師:我們具體給出連續(xù)函數(shù)的定義??紤]函數(shù)[f(x)]與[x0∈R],若對任意給定的[a>0],都存在[b>0],使得對任意[x∈[x0-b, x0+b]],均有[fx-f(x0)

        學(xué)生:(緩慢消化連續(xù)函數(shù)定義知識點(diǎn),進(jìn)入沉默狀態(tài))。

        老師:我們用一個(gè)連續(xù)函數(shù)的例子來說明該定義。下面證明二次函數(shù)[fx=x2]是逐點(diǎn)連續(xù)的??紤]任意給定的[a>0],我們設(shè)[b=mina6|x0|,3a3],進(jìn)而計(jì)算[fx-f(x0)=2x0x-x0+x-x02≤2x0x-x0+x-x02≤2x0b+b2≤2a3

        學(xué)生:(單向接受的邏輯推演與符號計(jì)算過程,緩慢理解連續(xù)函數(shù)定義與該例子)。

        老師:同學(xué)們再來看我手中的連續(xù)繩子,請兩位同學(xué)上臺,將其擺成二次函數(shù)[fx=x2]的圖像。

        學(xué)生:(再次被道具輔助式教學(xué)方式吸引,躍躍欲試,兩位同學(xué)上臺)。

        老師:請兩位同學(xué)將這條連續(xù)繩子擺成二次函數(shù)的形狀,下面的同學(xué)請注意看該連續(xù)繩子的變化。

        學(xué)生:(非常興奮活躍,課堂活躍度增長;兩位同學(xué)順利完成連續(xù)繩子的道具演示環(huán)節(jié))。

        老師:好的,謝謝兩位同學(xué)的幫助,請兩位同學(xué)歸座。下面,我們繼續(xù)介紹連續(xù)函數(shù)的幾個(gè)重要例子以及連續(xù)函數(shù)的基本性質(zhì)。

        學(xué)生:(仍然沉浸在剛才的道具演示環(huán)節(jié),互相竊竊私語,注意力難以集中到課堂專業(yè)理論知識)。

        上述的教學(xué)情境表現(xiàn)出:在講授專業(yè)理論知識時(shí),非正式教學(xué)解釋環(huán)節(jié)(道具輔助教學(xué))具有增加課堂活躍度、吸引學(xué)生課堂注意力的正面作用。同時(shí),過度的引導(dǎo)式教學(xué)(學(xué)生親身上臺實(shí)踐)可能引起學(xué)生們的注意力分散,導(dǎo)致學(xué)生陷入非正式教學(xué)解釋或引導(dǎo)式教學(xué)環(huán)節(jié)的過度吸引狀態(tài),私下相互討論與教學(xué)內(nèi)容無關(guān)的話題。這極大影響課堂教學(xué)紀(jì)律,導(dǎo)致學(xué)生對待講授專業(yè)理論知識的興趣下降,甚至出現(xiàn)無視教師的課程安排,致使課堂教學(xué)無法照常進(jìn)行。

        四、課堂活躍度的PID調(diào)節(jié)

        應(yīng)用于工程系統(tǒng)的PID控制有如下幾個(gè)特點(diǎn):被控系統(tǒng)為連續(xù)系統(tǒng)并且可建模、控制器輸入值具有物理意義、控制參數(shù)可數(shù)值化、系統(tǒng)輸出可實(shí)時(shí)量測。然而,在課堂活躍度系統(tǒng)中,課堂活躍度變化動態(tài)無法建模、無法采用設(shè)備儀器實(shí)時(shí)測量活躍度、活躍度調(diào)節(jié)手段無法連續(xù)化與數(shù)值化等特點(diǎn)均導(dǎo)致了活躍度調(diào)節(jié)的困難性。本節(jié)將從上述的困難點(diǎn)切入,討論基于PID控制的大學(xué)數(shù)學(xué)課堂活躍度調(diào)節(jié)方法。

        (一)課堂活躍度實(shí)時(shí)量測

        課堂活躍度的實(shí)時(shí)測量是反饋控制設(shè)計(jì)的前提條件。盡管目前已有采用視頻分析技術(shù)研究問答互動等課堂行為的方法[13],但仍停留在離線處理階段,無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測與分析。目前市場上還缺少成熟的課堂活躍度檢測設(shè)備,無法實(shí)時(shí)獲得課堂活躍度的數(shù)值化評估值。實(shí)時(shí)量測量的缺失對設(shè)計(jì)活躍度調(diào)節(jié)方法帶來了挑戰(zhàn)。

        目前,在授課過程中,課堂活躍度的量測工作由授課教師發(fā)揮主觀能動性,基于眼、耳等人體基本傳感器,利用對話、提問、觀察等方式,最后借助個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來判斷目前的課堂活躍程度。

        從控制理論角度,這種測量方式是帶有量測噪聲、量測時(shí)延的。本文不再進(jìn)一步探討量測的有效性以及量測濾波等問題。下文將在教師自主量測的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步討論活躍度的PID控制設(shè)計(jì)。

        (二)課堂活躍度誤差以及微分項(xiàng)、積分項(xiàng)分析

        跟蹤誤差信號是PID控制的核心概念。同時(shí),針對誤差信號的微分運(yùn)算與積分運(yùn)算是PID實(shí)現(xiàn)中的兩個(gè)重要計(jì)算過程。下面就針對課堂活躍度動態(tài)系統(tǒng),具體討論上述概念。

        在課堂活躍度動態(tài)系統(tǒng)中,定義活躍度誤差信號為[E(t)?Y(t)-R(t)],其中[t]為當(dāng)前時(shí)刻,[Y(t)]為教師自主量測的課堂活躍度,[R(t)]為課堂活躍度的最佳值。由于不同教學(xué)主題的課堂最佳活躍度不同,甚至同一節(jié)課的不同環(huán)節(jié)也會有不同的最佳活躍度,因此[R(t)]為一個(gè)隨課程主題、課程內(nèi)容和課程進(jìn)度變化的時(shí)變值。與課堂活躍度的測量值類似,目前僅能依靠教師自主判斷當(dāng)前課堂的最佳活躍度,無法采用設(shè)備儀器自動測算其具體數(shù)值。

        基于活躍度誤差信號的定義,可得其微分值[E(t)]與積分值[0tE(s)ds]。由于目前無法采用設(shè)備量化課堂活躍度動態(tài)系統(tǒng)中的活躍度誤差,因此其微分值與積分值也無法具體量化。但是從微分與積分的數(shù)學(xué)內(nèi)涵出發(fā),可定性地分析活躍度誤差微分信號與積分信號的意義:

        1)活躍度誤差微分信號表示當(dāng)前活躍度誤差的變化情況,這個(gè)值與活躍度誤差的具體取值無關(guān)。微分值可預(yù)測下一步的課堂活躍度變化走勢。例如:學(xué)生群體由于非正式教學(xué)話題處于活躍狀態(tài),但是其活躍度隨時(shí)間下降,活躍度誤差的微分值為負(fù)數(shù),并且課堂活躍度曲線的走勢為逐漸降低。

        2)活躍度誤差積分信號表示活躍度誤差隨時(shí)間的累積值,表現(xiàn)了已過去時(shí)間中的課堂活躍度。例如:在前幾次課堂教學(xué)中或本次教學(xué)的前幾部分中,某班級學(xué)生群體體現(xiàn)出活躍度低下,注意力渙散的情況,那么活躍度誤差積分信號為多次負(fù)值誤差信號的累積。

        根據(jù)活躍度誤差微分值與積分值的基本意義討論,教師可自主結(jié)合課程內(nèi)容、課堂環(huán)境等因素,推斷目前的微分值與積分值信號大小。

        (三)課堂活躍度的PID控制量

        基于上述的課堂活躍度誤差信號及其微分值與積分值,根據(jù)PID控制的基本原理可設(shè)計(jì)課堂活躍度調(diào)控輸入[Ut=-kpEt-kdEt-ki0tE(s)ds],其中[Ut]表示當(dāng)前時(shí)刻教師需要主動制造的課堂活躍度要素大小,正數(shù)[kp],[kd]和[ki]分別為比例、微分、積分反饋增益系數(shù)。注意到,當(dāng)[Ut<0]時(shí),表示教師應(yīng)當(dāng)減少目前課堂中的活躍度要素,從而降低當(dāng)前課堂的活躍度;當(dāng)[Ut>0]時(shí),表示教師應(yīng)當(dāng)增加目前課堂中的活躍度要素,增加當(dāng)前課堂的活躍度。課堂活躍度的PID調(diào)節(jié)利用了當(dāng)前課堂活躍度信息([Et])、未來課堂活躍度預(yù)測信息([Et])和過去課堂活躍度信息([0tE(s)ds])。比例、微分、積分反饋增益系數(shù)表示教師對三種信號的組合加權(quán)與綜合評估過程。

        所設(shè)計(jì)的PID調(diào)節(jié)控制量是連續(xù)取值的,然而目前難以量化控制值與實(shí)際教學(xué)方式的關(guān)聯(lián),并且在課堂教學(xué)中實(shí)現(xiàn)連續(xù)地控制是十分困難的。因此,該理論方法在當(dāng)下的實(shí)踐中,僅能靠切換教學(xué)手段與方式,在離散意義下實(shí)現(xiàn)PID控制調(diào)節(jié)。下一小節(jié)將討論三類能夠改變課堂活躍度的具體方法。

        (四)課堂活躍度PID調(diào)節(jié)的具體方法

        針對不同學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容與不同專業(yè)背景的學(xué)生群體,增加或減少課堂活躍度的教學(xué)手段與方法會有差異。在不同學(xué)科的教學(xué)過程中,同一個(gè)教學(xué)方式甚至?xí)l(fā)截然相反的課堂活躍度變化。下面,針對大學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué),討論調(diào)節(jié)課堂活躍度的三類方法:保持型、增長型和衰弱型。

        1)保持型:保持當(dāng)前課堂活躍度的方法類型,包括但不限于舉例說明、輔助畫圖說明、推論說明。

        2)增長型:增加當(dāng)前課堂活躍度的方法類型,包括但不限于道具輔助教學(xué)、實(shí)事聯(lián)動教學(xué)、跨學(xué)科聯(lián)動教學(xué)、主動問答。

        3)衰弱型:減少當(dāng)前課堂活躍度的方法類型,包括但不限于長篇的邏輯推演、艱深專業(yè)知識點(diǎn)講解、紀(jì)律整肅、敘事式說理。

        結(jié)合上一小節(jié)所述的課堂活躍度PID調(diào)節(jié)控制量,教師在授課過程中可根據(jù)本節(jié)中討論的具體方法來調(diào)節(jié)課堂活躍度。

        綜上,課堂活躍度的PID調(diào)節(jié)方法結(jié)構(gòu)如圖2所示。利用教師自主觀測的當(dāng)前活躍度信息以及目前的最佳活躍度參考值,計(jì)算活躍度誤差信號;進(jìn)一步,然后根據(jù)以往的誤差信息,獲得其微分值與積分值,從而綜合分析當(dāng)前、過去與未來的誤差信號信息,得到PID控制量;最終利用三類主動調(diào)節(jié)手段,實(shí)現(xiàn)活躍度系統(tǒng)的PID控制輸入。

        五、案例分析

        下面,以第3節(jié)中討論的連續(xù)函數(shù)定義與樣例分析的教學(xué)過程為例,說明課堂活躍度PID調(diào)節(jié)的具體實(shí)施過程。

        初始課堂活躍度在最佳值附近,老師開始授課。

        老師:連續(xù)函數(shù),顧名思義,表示函數(shù)值隨著自變量變化不會產(chǎn)生跳躍性或者間斷性的改變。(概念性簡介——保持型)

        學(xué)生:(吸收連續(xù)函數(shù)的概念性介紹)。

        老師主動觀察課堂活躍度:活躍度保持在參考最佳值附近;經(jīng)過綜合評估,可順利進(jìn)行下一步教學(xué)內(nèi)容。

        老師:我們給出連續(xù)函數(shù)的具體定義:考慮函數(shù)[f(x)]與[x0∈R],若對任意給定的[a>0],都存在[b>0],使得對任意[x∈[x0-b, x0+b]],均有[fx-f(x0)

        學(xué)生:(緩慢消化連續(xù)函數(shù)定義知識點(diǎn),部分學(xué)生興趣度下降)。

        老師主動觀察課堂活躍度:活躍度開始下降;經(jīng)過綜合評估,采用增強(qiáng)型方法提升課堂活躍度。

        老師:我們用一個(gè)連續(xù)函數(shù)的例子來說明該定義。最簡單的二次函數(shù)[fx=x2]是連續(xù)函數(shù),這是符合直觀感受的。那么如何從定義出發(fā)來證明這個(gè)二次函數(shù)是連續(xù)的?(主動問答——增強(qiáng)型)

        學(xué)生:(開始把注意力轉(zhuǎn)向思考該問題;課堂活躍度開始回升)。

        老師主動觀察課堂活躍度:活躍度開始回升。雖然活躍度誤差為負(fù)值,但其微分值為正值,經(jīng)過綜合評估,可進(jìn)行下一步教學(xué)內(nèi)容,采用思路介紹的方法,逐步引入。

        老師:從連續(xù)函數(shù)的定義中可以看出[b]的存在性是一個(gè)關(guān)鍵問題。由于函數(shù)形式已知,我們嘗試用計(jì)算的辦法來給出[b]的具體取值。(思路介紹——保持型;將衰弱型的邏輯推演過程轉(zhuǎn)化為多個(gè)保持型過程,利于課堂活躍度的調(diào)節(jié))

        學(xué)生:(理解選取[b]的意義,開始思考如何計(jì)算[b])。

        老師主動觀察課堂活躍度:活躍度保持在最佳參考值附近;經(jīng)過綜合評估,采用拆分法分解冗長的邏輯推演過程,利于學(xué)生逐步理解知識內(nèi)容。

        老師:首先我們計(jì)算當(dāng)[x∈[x0-b, x0+b]]時(shí),[fx-f(x0)]的上界。結(jié)合三角不等式,可得[fx-f(x0)=2x0x-x0+x-x02≤2x0x-x0+x-x02≤2x0b+b2。](邏輯推演——衰弱型;由于將冗長的推演過程拆分,減少了課堂活躍度的衰減程度)

        學(xué)生:(理解該不等式的推理過程)。

        老師主動觀察課堂活躍度:活躍度開始下降。此時(shí),活躍度誤差及其微分、積分值均為負(fù)值,經(jīng)過綜合評估,需要進(jìn)一步具體分解邏輯推演過程,防止課堂活躍度過低。

        老師:我們想要不等式的右端小于[a],一個(gè)簡單的想法就是不等式右端的每一項(xiàng)都小于等于[a3]。因此,我們得到一種的[b]選取方法[b=mina6|x0|,3a3]。(邏輯推演——衰退型)

        學(xué)生:(理解接受[b]值的由來,并且明白[b]值選取的基本要求)。

        老師主動觀察課堂活躍度:活躍度進(jìn)一步下降。此時(shí),課堂活躍度有過低的風(fēng)險(xiǎn),經(jīng)過綜合評估,采用主動問答方法,進(jìn)一步確認(rèn)課堂活躍度,并激發(fā)課堂互動。

        老師:基于上面的討論,考慮任意給定的[a>0],我們設(shè)[b=mina6|x0|,3a3],此時(shí)是不是有[fx-f(x0)≤2a3

        學(xué)生:對(消化了整體推演與計(jì)算邏輯,主動回答教師提問;課堂活躍度回升)。

        在上述課堂教學(xué)過程,要求教師實(shí)時(shí)自主評估當(dāng)前課堂活躍度與最佳參考值之間的差距,通過保持型、增長型和衰弱型三類調(diào)節(jié)方法,實(shí)現(xiàn)課堂活躍度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),同時(shí)完成既定的教學(xué)任務(wù)與目標(biāo)。

        六、結(jié)語

        本文從工程控制中的經(jīng)典方法PID控制出發(fā),討論了大學(xué)數(shù)學(xué)課堂活躍度PID調(diào)節(jié)。通過具體地分析課堂活躍度誤差信號及其微分值與積分值,建立活躍度PID調(diào)節(jié)控制規(guī)律。進(jìn)一步,簡述了三類調(diào)節(jié)課堂活躍度的方法,并且以連續(xù)函數(shù)教學(xué)為例,分析活躍度的PID調(diào)節(jié)方法。

        由于目前科學(xué)測量與標(biāo)定課堂活躍度的手段欠缺,本文僅從基本概念、方法論的角度給出了課堂活躍度PID調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)施過程。下一步的研究工作將聚焦到課堂活躍度動態(tài)系統(tǒng)的量化分析以及控制器的數(shù)值性處理。

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        [責(zé)任編輯:林志恒]

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