優質提問教學法在直流伺服電動機教學中的應用

摘要：在直流伺服電動機內容的教學過程中，采用以優質的問題和提問為核心的優質提問教學法，通過準備問題、提出問題、回答問題和反思問題四個階段，能夠使傳統的課堂轉化為以問題為導向、以學生為中心的優質提問課堂，并提供足夠并且有效的反饋信息，為反饋控制教學的實施奠定基礎，從而進一步提高學生的學習效果和教師的教學水平。

關鍵詞：直流伺服電動機；優質提問教學法；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0097-02

直流伺服電動機是一種工業控制系統或武器系統中常用的執行元件[1]。在工程系統中，直流伺服電動機的主要結構均被封裝在體積小、密封性好的機殼內，在控制系統中又往往被二次集成到系統內部，導致很多首次接觸它的本科生學生難以對其進行快速和直觀的認識。另外，直流伺服電動機基于電磁學原理進行工作，定轉子之間存在的看不見、摸不著的電磁耦合關系也使得教學內容變得抽象。基于上述原因，在傳統的教學過程中，學生普遍感覺直流伺服電動機部分難以理解和掌握，故對課程學習的參與度不高。因此，有必要改革傳統的教學模式，采用新的教學方法提高學生積極參與教學過程的興趣。

一、優質提問教學法的基本原理

優質提問教學法包括優質的問題和優質的提問兩個核心部分[2]，這兩個部分相輔相成、不可或缺。優質的問題是保證授課質量的前提條件，優質的提問是促使學生積極參與教學過程的重要手段。圍繞問題和提問，優質提問教學法的實施包括準備問題、提出問題、回答問題和反思問題四個階段。

首先，授課人員應該在準備問題階段精心準備優質的問題。一般而言，優質的問題必須能夠清晰地向提問對象闡明提問的內容，同時要關注主要教學內容，可以實現若干教學目標，可以促使提問對象在適當的認知水平上參與思考。因此，在準備優質問題的過程中，授課人員必須明確教學目標，確定教學內容，選擇提問對象的認知水平，在此基礎上構思和確定問題的具體內容。

在提出問題階段，授課人員應該根據教學過程的進展情況，在合適的時機拋出合適的問題并選擇合適的回答者。值得注意的是，除了提出恰當的問題之外，授課人員還應指明回答問題的方式。此外，為了促使更多的提問對象參與教學過程，授課人員在提出問題后，應該靈活地把握控制權，選擇不同的回答者回答不同的問題。

回答問題階段應該以提問對象為主體。授課人員可以根據課堂授課的實際效果和其他情況，在提出問題后稍作停頓，等待提問對象主動回答或選擇合適的提問對象回答問題，對于給出不同答案的提問對象要進行幫助和鼓勵，將其思維導入到正確的方向上來。同時，授課人員還可以根據提問對象回答問題的具體情況，對他們的答案進行歸納、總結和引導，引發他們更多的回應和問題等。

反思問題工作一般在授課結束后進行。在此階段，授課人員應該對課堂提問的整個過程進行總結和反思，具體工作包括對問題本身的分析、應答者選擇的圖解、答案模式評估以及對于授課人員和提問對象的評估等。

通過上述四個主要的步驟，可以在很大程度上促使提問對象參與教學過程，從而將傳統的課堂轉化為以問題為導向、以學生為中心的優質提問課堂。在優質提問教學過程中，通過優質的問題和提問引導學生進行積極地思考和學習，在提高教學效果的同時為授課人員提供有效的反饋信息，從而為整門課程實施反饋控制教學奠定堅實的基礎[3]。

二、直流伺服電動機優質提問教學的探索

在直流伺服電動機這一部分內容的教學過程中，課程教學組依據優質提問教學法的主要思想和實施步驟，首先對課程教學目標進行認真分析，對教學內容進行深入梳理，并采用多種形式對學生進行調研。在充分調研和了解的基礎上，精心設計了一系列的優質問題，并利用這些問題逐步引導學生理解和掌握直流伺服電動機的相關知識。在授課結束后，再對課堂提問的過程以及取得的效果進行反思和總結，多名課程教學組成員在一起討論授課體會和心得，分析進一步提高問題和提問質量的方法[4]。下面以直流伺服電動機的結構組成和工作原理授課為例，簡單介紹優質提問教學法的應用情況。該部分內容在授課時分為四個部分，分別是課程的引入、直流伺服電動機的工作原理、直流伺服電動機的結構、應用實例和小結，后續內容為直流伺服電動機的靜態和動態特性，本文下面主要介紹前三個部分問題的設計。

1.引入問題設計

直流伺服電動機的結構組成和工作原理是直流伺服電動機教學內容的第一次課，而課前大部分學生對直流伺服電動機并不熟悉，部分學生甚至并未見過實際的直流電機。同時，直流伺服電動機內部定轉子之間存在的電磁耦合關系和相互作用也使其工作原理變得抽象。為便于學生理解，可結合直流伺服電動機的發展歷史及其早期典型應用，采用引導式和舉例式引入法，沿著直流電源—直流電機的發展歷史—直流伺服電動機的典型應用—直流伺服電動機的特點這一主線引出直流伺服電機的結構組成和工作原理。

在課程引入的過程中，設置的主要問題如下：（1）歷史上最早出現的電源是直流電還是交流電？（2）直流電動機使用何種類型電源？通過上述兩個問題引出直流電機的發展歷史和特點。（3）直流伺服電動機目前主要應用于哪些方面？通過該問題引導學生結合自己的見聞，思考直流伺服電動機的典型應用。（4）為什么直流伺服電動機能夠在很多場合得到廣泛應用？通過該問題引導學生思考直流伺服電動機在轉矩、調速以及電源等方面具有的四大優勢。（5）相對于其它類型電機，為什么直流伺服電動機產生的轉矩更大一些？（6）直流伺服電動機的轉速能否實現平滑調節？（7）直流伺服電動機的控制方法有哪些？（8）直流伺服電動機有沒有缺點？上述四個問題對本章內容起提綱挈領的作用。要回答這幾個問題，必須了解直流伺服電動機工作原理和具體的結構組成，由此進入后續內容的學習。通過上述八個主要問題，將學生一步一步由直流電機的發展歷史引入到對于直流伺服電動機工作原理分析的過程之中。

2.直流伺服電動機的工作原理問題設計

按照通常的認知規律，對于控制元件的教學應該由已知到未知，由簡單到復雜，遵循基本概念—結構組成—工作原理—特性分析—選擇使用的教學思路。但是，課程組經了解得知，學生在中學階段就已經對于直流電動機的工作原理和基本結構（并非具體結構）有所掌握，但由于沒接觸過實物故對于直流伺服電動機的結構組成（具體或實際結構）并不熟悉。因此，如果在此部分內容的教學過程中先講直流伺服電動機的結構組成后講其工作原理，將學生不熟悉的內容放在前面介紹，而將學生熟悉的知識放在后面講解，勢必給學生的學習理解帶來一些困難。所以，課程組在教學設計中調整了教學內容的講授順序，將直流電動機的工作原理調整到結構組成之前先行介紹，這樣一來便使得教學過程符合由已知到未知、逐步深入的認知規律。

在該教學環節中，學生應該在復習電磁學基本知識的基礎上掌握直流電動機的基本工作原理，為下一步學習直流伺服電動機的結構組成打下基礎，主要問題設置如下：（1）電磁力是如何產生的？結合電磁力產生原理動畫演示，引導學生重溫電磁力定律。（2）單匝線圈直流電動機是如何工作的？通過該問題引導學生回顧單匝線圈直流電動機的工作原理，為分析其缺點做鋪墊。（3）單匝線圈直流電動機有何不足之處？通過該問題引導學生分析單匝線圈直流電動機的缺點，為討論該類電機的改進設計方案做鋪墊。（4）針對單匝線圈直流電動機的兩個缺點，有沒有更好的設計方案呢？通過該問題引導學生從轉矩的大小和波動兩個方面思考單匝線圈直流電動機的設計改進方案，為后續介紹環形繞組直流電動機做鋪墊。（5）環形繞組直流電動機有沒有缺點？通過該問題引出對于環形繞組直流電動機在鐵芯內部導體的利用率和制造時的經濟性和工藝性等方面問題的討論，為后續介紹鼓形繞組直流電動機做鋪墊。（6）針對環形繞組直流電動機的兩個缺點，有沒有改進的設計方案呢？通過該問題引出鼓形繞組電動機教學內容。通過上述六個主要問題穿針引線，再結合多媒體動畫和圖像演示，能夠使學生逐步掌握單匝線圈直流電動機和環形繞組直流電動機的基本結構和工作原理，重點掌握鼓形繞組直流電動機的結構和工作原理，為下一步詳細分析鼓形繞組直流伺服電動機的具體結構奠定知識基礎。

3.直流伺服電動機的結構組成問題設計

在該教學環節中，學生應該掌握電磁式、永磁式直流伺服電動機的主要結構，包括定子鐵芯、定子繞組、電刷裝置和機座等定子結構以及電樞鐵芯、電樞繞組、換向器和轉軸等轉子結構[1]，為后續學習直流伺服電動機的工作特性以及選擇使用打下基礎。下面以電磁式直流伺服電動機為例，設置問題如下：（1）電機中用來產生磁場的部件是哪一個？通過該問題引出直流伺服電動機定子磁極的介紹。（2）定子磁場是如何產生的？該問題引導學生了解定子磁場產生的原理及定子磁極的具體結構，繼而引出定子繞組和定子鐵芯。（3）定子鐵芯由哪種材料制作而成，有加工成片狀的必要嗎？該問題的目的在于引導學生回顧磁滯和渦流效應，對硅鋼片留下初步印象，并為轉子鐵芯的學習打下基礎。（4）電機中用來產生轉矩的能源由哪個部件輸入？通過該問題引出對于電樞繞組和電樞鐵芯的分析。（5）如何實現電能到機械能的轉換？通過該問題回顧直流電動機的工作原理，引出對電刷裝置、換向器和轉軸的討論。總的來說，通過上述五個關鍵問題，結合實物視頻、三維動畫和電機結構圖片演示，使學生深入掌握直流伺服電動機的結構組成，并由最后兩個問題引入到對于直流伺服電動機工作特性的探討。

四、結語

優質提問教學法倡導以優質的問題和優質的提問為教學與學習行為的核心，旨在創建以學生為中心、以問題為導向的優質提問課堂。授課人員通過課前精心準備問題，授課過程中適時提出問題，促使更多的學生參與思考過程、闡述自己的見解并提出新的問題。在提問和回答問題的過程中，授課人員也能夠獲取足夠的反饋信息，從而利用反饋控制教學原理更加有效地改進和控制教學過程，以達到預定的教學目標。

優質提問教學法在直流伺服電動機相關內容教學中的應用具有較好的示范意義，經過一定的適應性修改后，完全可以推廣到其它教學內容或其它課程的教學中去。

參考文獻：

[1]梅曉榕，柏桂珍，張卯瑞.自動控制元件及線路[M].第五版.北京：科學出版社，2013.

[2]Walsh J.A，Sattes B.D著，劉彥譯.優質提問教學法[M].北京：北京輕工業出版社，2009.

[3]周鑫，張國良，張合新.復合式考核反饋控制教學的思路及實踐[J].教學研究，2013，（1）.

[4]周鑫，張合新，孫鵬，等.優質提問教學法在步進電動機教學中的應用[J].中國電力教育，2012，（36）.

（責任編輯：劉麗娜）