關(guān)于《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》中“反饋”內(nèi)容中的小試驗(yàn)的辨析

陳勝

【中圖分類號】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0245-01

前些天聽到一堂關(guān)于蘇教版《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》中“閉環(huán)控制系統(tǒng)中的干擾與反饋”的課，當(dāng)中的一個(gè)問題再次引起了我的注意，特作一闡述，以便與同行相交流。在教材的第110頁中給出了關(guān)于反饋的定義，“在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程，就是反饋（feedback）。”并在第111頁設(shè)計(jì)了一個(gè)小試驗(yàn)。小試驗(yàn)的內(nèi)容如下：

試驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^視力保護(hù)提醒器報(bào)警試驗(yàn)理解反饋的原理

試驗(yàn)準(zhǔn)備：有窗簾的房間，可調(diào)光臺燈，（或可調(diào)燈泡高度的臺燈），試驗(yàn)電路板，光敏電阻，微調(diào)電阻，三極管，小喇叭，電阻，導(dǎo)線，電池盒等。

試驗(yàn)過程：

1.根據(jù)電路圖焊接視力保護(hù)提醒器的電路，并根據(jù)人眼看書時(shí)適宜的亮度范圍，通過調(diào)節(jié)電路中的兩個(gè)可變電阻Rp1和Rp2分別調(diào)整亮度的下限和上限。

2.拉上窗簾使室內(nèi)光線變暗。

3.把做好的視力保護(hù)提醒器與臺燈同放在一個(gè)桌面上，通過可調(diào)光旋鈕或調(diào)高臺燈燈泡與桌面的距離，將臺燈的光線逐漸調(diào)暗，使光線漸漸減弱，觀察視力保護(hù)提醒器，直到它報(bào)警。

4.用同樣的方法將臺燈的光線逐漸調(diào)亮，使光線漸漸增強(qiáng)，觀察視力保護(hù)提醒器，直到它報(bào)警。

試驗(yàn)總結(jié)：

1.在視力保護(hù)提醒器內(nèi)部已經(jīng)設(shè)定兩個(gè)可變電阻的阻值，分別對應(yīng)著強(qiáng)光和弱光報(bào)警的上、下限電流值，這相當(dāng)于一個(gè)已知的輸入信號。當(dāng)臺燈光線的輸出信號通過光敏電阻反饋到視力保護(hù)提醒器內(nèi)，電路電流值與上、下限電流值比較，當(dāng)電流值在這兩者之間時(shí)，電路不報(bào)警；當(dāng)光線過暗或過強(qiáng)，提醒器就報(bào)警，提醒人們電燈的光線過暗或過亮，人們再根據(jù)這一提示調(diào)節(jié)可變電阻值，從而調(diào)整光線的亮度。

2.視力保護(hù)提醒器利用了反饋原理，可用于提示學(xué)生用眼衛(wèi)生。

在教材當(dāng)中，所設(shè)計(jì)的這一個(gè)小試驗(yàn)，旨在讓學(xué)生在動(dòng)手體驗(yàn)的過程當(dāng)中，學(xué)習(xí)簡單電路圖的閱讀，常規(guī)電子線路的構(gòu)建，并在這一過程當(dāng)中對反饋的工作原理有一個(gè)直觀明確的了解。

筆者以為，這一個(gè)小試驗(yàn)的試講，如果作為一個(gè)簡單的電子百拼動(dòng)手操作是可以的，卻并不能用于說明反饋，且其工作原理也和反饋的定義相背離。根據(jù)教材定義，所謂反饋，需要滿足如下條件：第一、必須是自動(dòng)控制系統(tǒng)；第二、存在一個(gè)檢測裝置，并能返回輸出量；第三、輸出量與輸入量需進(jìn)行比較。現(xiàn)在我們可以分析一下教材當(dāng)中所認(rèn)為的該視力保護(hù)提醒器的信號傳輸過程。

而實(shí)際情況卻并非如此，我們在進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析時(shí)，往往是不把人工干預(yù)與調(diào)整計(jì)算在內(nèi)的，也就是說，這個(gè)視力保護(hù)提醒器的信號傳輸是從“外部光線強(qiáng)度”的檢測開始，到“是/否發(fā)出報(bào)警音”結(jié)束，不包括人為調(diào)整光線強(qiáng)度的過程。而一旦把人為調(diào)整外部光線強(qiáng)度的過程剝離了這個(gè)系統(tǒng)，那么這個(gè)視力保護(hù)提醒器的控制系統(tǒng)就變了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，在這里“外部光線強(qiáng)度”是輸入量，“是/否發(fā)出報(bào)警音”是輸出量，這里不存在檢測裝置來檢測輸出量，輸出量與輸入量是不同類型的物理量，也不可能存在比較的過程，所以這里作為一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，也不可能存在反饋。

更為令人感到擔(dān)憂的是筆者在聽課之中發(fā)現(xiàn)，有部分老師在講授《反饋》這一課時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)案例1和一個(gè)活動(dòng)。

案例1：投籃。如果讓一個(gè)人原地轉(zhuǎn)身數(shù)次后閉眼投籃，一般很難投中。如果睜開眼睛投籃，則命中率很高。把投籃的過程作為一個(gè)控制系統(tǒng)加以分析，則人眼在這一控制過程當(dāng)中起到了反饋的作用。

而對于投籃的過程能否算是一個(gè)反饋的控制過程呢？在課后的評課環(huán)節(jié)當(dāng)中，竟然發(fā)現(xiàn)有多名新老師對“反饋”這一概念不是很清楚，不明白定義當(dāng)中的“檢測裝置”必須是自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中的一部分，不可以是人參與的一部分。而這一部分老師之所以認(rèn)同投籃這一錯(cuò)誤的案例，其主要的依據(jù)就是教材第111頁當(dāng)中的這一個(gè)“視力保護(hù)提醒器”的小試驗(yàn)。

活動(dòng)：點(diǎn)睛之筆。由老師在黑板上畫一張沒有眼睛的人臉，然后讓一位同學(xué)在這張臉上畫上眼睛，接著重新擦掉眼睛，讓這種同學(xué)閉上雙眼，原地轉(zhuǎn)動(dòng)三圈后再畫眼睛，對比兩次畫眼的結(jié)果。

這里的活動(dòng)設(shè)計(jì)與前面的案例1的作用是一致的，都是想要說明在控制過程當(dāng)中的人眼的反饋?zhàn)饔茫沁@也就更進(jìn)一步地說明了授課老師對于反饋這一概念的錯(cuò)誤理解。而這些錯(cuò)誤的依據(jù)全在于課本第111而的小試驗(yàn)。在此，我們還可以通過在教學(xué)中廣泛應(yīng)用的一個(gè)開環(huán)與閉環(huán)的典型案例2——游泳池水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加以分析。

案例2：有一個(gè)需要換水的游泳池，有進(jìn)水口和出水口。

開環(huán)的游泳池水位控制系統(tǒng)：需要提高水位時(shí)，打開進(jìn)水口，人在邊上觀察，待水位達(dá)到需求水位時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水口；需要降低水位時(shí)，打開出水口，人在邊上觀察，待水位達(dá)到需要水位時(shí)，關(guān)閉出水口。

閉環(huán)的游泳池水位控制系統(tǒng)：將出水口的出水流速設(shè)置成遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于進(jìn)水口進(jìn)水流速，在游泳池的水面設(shè)置一個(gè)浮球與連桿，用于檢測游泳池的水位高低，并設(shè)置需求的最高水位與最低水位。然后通過電位器控制進(jìn)水口的開關(guān)，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的最高水位時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水口；當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的最低水位時(shí)，打開進(jìn)水口。

此時(shí)，我們可以進(jìn)行反證，假設(shè)反饋的檢測裝置可以是人工檢測，那么這里的開環(huán)經(jīng)典案例也就成了閉環(huán)。試想想，如果所有的開環(huán)控制控制系統(tǒng)當(dāng)中的輸出量都通過人工觀察結(jié)果，然后根據(jù)需要手工調(diào)整輸入量對系統(tǒng)進(jìn)行控制，而這種控制也可以算是反饋的話，那么所有的開環(huán)控制系統(tǒng)都成了閉環(huán)控制系統(tǒng)，從此之后，控制系統(tǒng)再無開環(huán)與閉環(huán)的區(qū)別。并按照這一情況繼續(xù)推導(dǎo)，則所有的可控制的系統(tǒng)全部成了閉環(huán)控制系統(tǒng)，全部都有反饋環(huán)節(jié)。而這一結(jié)論顯然是不成立。從而我們可以得出結(jié)論：反饋中的檢測裝置不可以是人工檢測。根據(jù)這一結(jié)論，則更說明教材第111頁的小試驗(yàn)中的視力保護(hù)提醒器并不具有反饋裝置，也不適合作為反饋這一內(nèi)容的案例。

通過這一案例更提醒了我們在教學(xué)當(dāng)中，關(guān)于“反饋”的理解不能光從字面上理解為“信息返回”，我們需要搞明白作為一個(gè)控制系統(tǒng)中的裝置，這里的“信息返回”必須是由系統(tǒng)本身的裝置完成的，而不能由作為系統(tǒng)的使用者——“人”來代為完成。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧建軍主編蘇教版《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》，鳳凰出版社出版.endprint