拋錨式教學(xué)模式在《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

林華　許鋒　曹昌勇

摘要：機(jī)械專業(yè)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程抽象、理論性強(qiáng)、涉及知識(shí)廣，學(xué)生在學(xué)習(xí)中容易出現(xiàn)動(dòng)力不足、畏難情緒大等情況，針對(duì)此門課在教與學(xué)中出的問題，本文將拋錨式教學(xué)模式在教學(xué)過程中進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明此模式的應(yīng)用明顯有助于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程控制基礎(chǔ)；教學(xué)模式；拋錨式；自主學(xué)習(xí)

引言

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》是機(jī)械專業(yè)的一門重要理論基礎(chǔ)課之一，是學(xué)習(xí)后緒機(jī)電一體化方面課程的基礎(chǔ)。它不僅是一門基礎(chǔ)課，更是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，課程本身具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，涉及知識(shí)面廣，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，加上現(xiàn)在的大學(xué)教育活動(dòng)趨于短學(xué)程化，各類大學(xué)在開設(shè)本課程時(shí)均壓縮至32課時(shí)左右，且諸多高校在大三上學(xué)期開設(shè)，且在之前沒有開設(shè)積分變換、復(fù)變函數(shù)等課程，所以導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，感到學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確、空洞乏味、力不從心，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)主動(dòng)性不足，學(xué)習(xí)效果較差[1-3]。

課程教學(xué)是理實(shí)一體的教學(xué)過程，在教學(xué)過程中能不能用行之有效的方法激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中能不能有利于感悟?qū)W習(xí)方法、掌握理論體系，是培養(yǎng)合格的專業(yè)人才是重要因素。

拋錨式教學(xué)是眾多教學(xué)模式中的一種，有時(shí)稱為“實(shí)例式教學(xué)”或“基于問題的教學(xué)”或“情境性教學(xué)”。本文將此種教學(xué)模式應(yīng)用于《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》的課程教學(xué)中進(jìn)行了嘗試。

1.課程教學(xué)現(xiàn)狀

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》是機(jī)械、電子、控制、數(shù)學(xué)、信息領(lǐng)域的交叉學(xué)科，主要以控制論為基礎(chǔ)理論，研究機(jī)械工程中有關(guān)信息的傳遞、反饋及控制，研究機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，主要解決控制理論和系統(tǒng)的兩大類問題——系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此課是一門學(xué)科更是一門方法論，所以在教與學(xué)的過程中不僅要注重基礎(chǔ)理論，更是要重視抽象思維與一般規(guī)律，并且要與機(jī)械工程實(shí)際緊密聯(lián)系。

控制不像某些專業(yè)課那樣有很強(qiáng)的專業(yè)性，學(xué)生在此門課程的學(xué)習(xí)時(shí)，幾乎要涉及到以往所學(xué)的全部數(shù)學(xué)知識(shí)，甚至有些根本沒有學(xué)過，還需要用到電學(xué)、動(dòng)力學(xué)等知識(shí)，知識(shí)多且雜，對(duì)于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的，自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)的，往往會(huì)感到力不從心，漸漸就會(huì)尚失學(xué)習(xí)興趣。

而在教學(xué)中，面對(duì)理論體系龐雜、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算瑣繁無比的這門課，必須要在32課時(shí)內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)全面的講授。一直以來諸多高校包括筆者所在的學(xué)校，教學(xué)一直采用課堂講授，教師按照自己的理解傳教知識(shí)、學(xué)生在面對(duì)考試怪獸的壓力下去學(xué)，可謂“教的抽象”與“學(xué)的機(jī)械”之間的矛盾突出。

2.拋錨式教學(xué)模式

明顯傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無法從容面對(duì)上述矛盾了，老師們除了精心設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備教案、課堂練習(xí)與討論外，還需從改革教學(xué)模式上去嘗試和努力。如何在教的過程中使學(xué)生獲得知識(shí)并能靈活運(yùn)用，是教師的任務(wù)和使命。

教學(xué)模式是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序。

拋錨式教學(xué)，這種教學(xué)要求建立在有感染力的真實(shí)事件或真實(shí)問題的基礎(chǔ)上。確定這類真實(shí)事件或問題被形象地比喻為“拋錨”，因?yàn)橐坏┻@類事件或問題被確定了，整個(gè)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)程也就被確定了（就像輪船被錨固定一樣）。

拋錨式教學(xué)模式其理論基礎(chǔ)是建構(gòu)主義。建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)者想要獲得知識(shí)和對(duì)事物的最好理解，最好的辦法是讓學(xué)習(xí)者到現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)環(huán)境中去感受、去體驗(yàn)（即通過獲取直接經(jīng)驗(yàn)來學(xué)習(xí)），而不是僅僅聆聽別人（例如教師）關(guān)于這種經(jīng)驗(yàn)的介紹和講解。其根本內(nèi)容可以概括為“以學(xué)習(xí)者為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)知識(shí)，強(qiáng)調(diào)對(duì)所學(xué)知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)”[4]。

由此可見，教師在教學(xué)過程中應(yīng)積極創(chuàng)設(shè)情境，確定問題，讓學(xué)生主動(dòng)去學(xué)，這樣充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，可以使教學(xué)效果大大改觀。具體應(yīng)從以下幾個(gè)方面努力：

2.1 創(chuàng)設(shè)情境

創(chuàng)設(shè)的情境使學(xué)習(xí)能在和現(xiàn)實(shí)情況基本一致或相類似的情境中發(fā)生。這便需要教師充分吃透知識(shí)點(diǎn)，高屋建瓴，可以播放國(guó)內(nèi)外經(jīng)典事件的視頻、動(dòng)畫、以及現(xiàn)實(shí)中最常見的一些事情或事物，如：流體伺服機(jī)構(gòu)、液壓隨動(dòng)系統(tǒng)、蒸氣機(jī)離心調(diào)速器、恒溫箱、數(shù)控工作臺(tái)等，也可以引入教師自己的科研方向的事例，筆者就經(jīng)常引入大學(xué)生智能車競(jìng)賽中的攝像頭組、光電組、電磁組的控制實(shí)例視頻和問題來導(dǎo)入和分析控制系統(tǒng)，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 確定問題

在上述情境下，選擇出與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題密切相關(guān)的真實(shí)性事件或問題作為學(xué)習(xí)的中心內(nèi)容。選出的事件或問題就是“錨”，這一環(huán)節(jié)的作用就是“拋錨”。

工程控制這門課程的核心就是圍繞“輸入-系統(tǒng)-輸出”三者展開的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，經(jīng)過分析系統(tǒng)、建立模型、施加不同的輸入信號(hào)分析其不同的響應(yīng)輸出、穩(wěn)定性判定及校正、最終希望系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到要求。那么在設(shè)置情境或問題時(shí)、在分析問題時(shí)要圍繞輸入、系統(tǒng)、輸出這三要素展開，構(gòu)建知識(shí)體系。

如在講解第二章數(shù)學(xué)模型里的傳遞函數(shù)框圖的建立時(shí)，可以直接給出之前所建立過的電機(jī)控制方程，提出問題如何將這些方程按照信號(hào)在系統(tǒng)的中傳遞順序，將輸入放在左邊，輸出放在右邊，構(gòu)建傳遞函數(shù)方框圖。又如在講解二階典型環(huán)節(jié)時(shí)，舉出實(shí)例：“旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的J-c-k系統(tǒng)，在力矩 M 作用下扭轉(zhuǎn)”，確定問題，輸入是M，輸出是旋轉(zhuǎn)，此時(shí)目標(biāo)是求解系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。教師也可以在講解此環(huán)節(jié)時(shí)引入Matlab軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)來輔助教學(xué)，亦可與實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容相結(jié)合來講[5]，使得環(huán)節(jié)與圖示一目了然，效果更佳。例子很多，可見在教學(xué)中，一定要充分舉例，拋出問題，引導(dǎo)學(xué)生按照輸入-系統(tǒng)-輸出的思路去分析問題，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，活躍了課堂氣氛，顯著提高了教學(xué)效果。

2.3 自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)

在這里不是由教師直接告訴學(xué)生應(yīng)當(dāng)如何去解決面臨的問題，而是由教師向?qū)W生提供解決該問題的有關(guān)線索，并特別注意發(fā)展學(xué)生的“自主學(xué)習(xí)”能力。可以通過討論、交流，通過不同觀點(diǎn)的交鋒，補(bǔ)充、修正、加深每個(gè)學(xué)生對(duì)當(dāng)前問題的理解。

如在講解奈氏穩(wěn)定判據(jù)時(shí)，提出問題：“開環(huán)為最小相位系統(tǒng)時(shí)，只有三階及其以上，其閉環(huán)系統(tǒng)才有可能不穩(wěn)定。”讓學(xué)習(xí)主動(dòng)去根據(jù)例題以及判據(jù)內(nèi)容去分析這種問題的結(jié)論為什么是這樣。 又如在實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生不要只單單的完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的幾個(gè)驗(yàn)證性的圖形繪制或原理驗(yàn)證，教師應(yīng)要求學(xué)生，自主改變傳遞函數(shù)中的控制參數(shù)，并設(shè)計(jì)不同的控制目標(biāo)，這樣才有助于提高的學(xué)習(xí)興趣，提高了對(duì)知識(shí)的掌握熟練程度也提高了對(duì)仿真軟件的認(rèn)識(shí)及操作。

2.4 效果評(píng)價(jià)

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》是理論性與實(shí)踐性結(jié)合很強(qiáng)的一門課程，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)不能單單依賴最終的期末考試卷面成績(jī)，我們應(yīng)該改革傳統(tǒng)的考核方式，建立一種考核機(jī)制——教學(xué)全程考核模式，降低期末考試在總成績(jī)中的比重，使成績(jī)構(gòu)成多樣化。這樣的考核內(nèi)容與方式才能有效激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，應(yīng)該有助于提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

拋錨式教學(xué)中學(xué)生解決問題的過程就是學(xué)習(xí)過程，該過程能直接反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。所以教師在教學(xué)中要更加注意觀察學(xué)生的表現(xiàn)并記錄。這種打分最終應(yīng)與平時(shí)的考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、卷面成績(jī)等一起進(jìn)行考核，形成學(xué)生的學(xué)科成績(jī)。

3.結(jié)束語

本文針對(duì)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程在教與學(xué)的過程中存在的問題，將拋錨式教學(xué)應(yīng)用于課程教學(xué)，更加注重教學(xué)中情境教學(xué)、實(shí)例教學(xué)、問題導(dǎo)向，更加注重引導(dǎo)學(xué)習(xí)過程中的興趣激發(fā)、自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，最后建立了與之相對(duì)應(yīng)的多元考核模式，實(shí)踐證明，此教學(xué)模式的應(yīng)用能有效提高教學(xué)效率與質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]楊叔子，楊克沖等.機(jī)械工程控制基礎(chǔ)[M].第六版.華中科技大學(xué)出版社，2011.

[2]鄒方利，肖莉.應(yīng)用型工科院校《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)方法探析[J].教育教學(xué)論壇，2014.9（36）：48-49.

[3]張超鋒.《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》的引導(dǎo)性教學(xué)探討[J].科技信息，2013.1：138.

[4]阮中燕，范晉偉等.機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程主動(dòng)學(xué)習(xí)教學(xué)策略研究[J].中國(guó)現(xiàn)在教育裝備，2014.17（207）：48-50.

[5]曹昌勇，張曉東.機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程教學(xué)方法改革[J].高師理科學(xué)刊，2013.1（33）：99-101.

作者簡(jiǎn)介：林華（1984-）安徽東至人，講師，主要從事機(jī)電一體化系統(tǒng)的研究。

基金項(xiàng)目：皖西學(xué)院委托課題2013zb16；2013zb53。