任務驅動教學法在《自動控制原理》“描述函數法”教學中的應用

楊艷麗 郭一鋒 張國良 陳勵華

摘要：《自動控制原理》課程是第二炮兵工程大學測控工程專業一門非常重要的工程技術基礎必修課，肩負著為后續武器系統相關課程打下堅實理論基礎的任務。為了改變傳統的以教定學的教學模式，在教學過程中采用任務驅動教學法。實踐結果表明：該方法充分調動了學生的積極性和主動性，激發了學生的學習興趣，培養了分析問題、解決問題的能力，推動了教學改革，提高了課堂教學的質量和效果。

關鍵詞：《自動控制原理》；任務驅動教學法；提高效果

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0180-02

《自動控制原理》是第二炮兵工程大學生長干部學歷教育“測控工程”專業、“發射工程”專業、“導彈工程”專業和“電力工程及其自動化”專業的一門必修工程技術基礎課程，肩負著為后續武器系統相關課程打下堅實理論基礎的任務，可以說是任重而道遠。其中，作為二炮軍官四門技術基礎課程之一的《導彈控制與制導原理》與本門課程的聯系最為緊密，如果沒有本課程作為先導課程，《導彈控制與制導原理》的教學可以說是寸步難行。顯然，只有學好了《自動控制原理》這門課，才能順利過渡到武器平臺相關課程的學習，才能為部隊的任職打下堅實的理論基礎。該課程來源于控制工程的社會實踐，又回到工程實際中去指導系統的分析和設計，具有濃厚的工程背景，理論性較強，公式較多，計算煩瑣。如果按照傳統的“填鴨式”方法組織教學，學生會覺得枯燥乏味，產生厭學情緒，教學效果大打折扣。因此在本課程的教學中貫穿任務驅動教學法，把相關知識點融入到各個子任務中，既能讓學生切身介入本門課程的學習，自覺地感受到本課程在解決工程問題上的作用，自覺地走入理論聯系實際的過程，又能產生濃厚的學習興趣，將學習的知識與工程實際相聯系，培養學生自主學習、分析問題、解決問題的能力，發揚團隊協作精神。

一、任務驅動教學法的內涵

所謂“任務驅動教學法”就是在學習信息技術的過程中，學生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個共同的任務活動中心，在強烈的問題動機的驅動下，通過對學習資源的積極主動應用，進行自主探索和互動協作的學習，并在完成既定任務的同時，引導學生產生一種學習實踐活動。“任務驅動教學法”是一種建立在建構主義教學理論基礎上的教學法。它要求“任務”的目標性和教學情景的創建，使學生帶著真實的任務在探索中學習。在這個過程中，學生還會不斷地獲得成就感，可以更大地激發他們的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環，從而培養出獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。

二、任務驅動教學法在《自動控制原理》課程中的實踐

“任務驅動”教學法最根本的特點是“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”。它強調，學生的學習活動必須與任務或問題相結合，以探索問題來引導和維持學習者的興趣和動機，創建真實的教學環境，讓學生帶著真實的任務學習，以使學生擁有學習的主動權。教師要在總體學習目標的框架上，把總目標細分成一個個的小目標，并把每一個學習模塊的內容細化為一個個容易掌握的“任務”，通過這些小的“任務”來體現總的學習目標。因此，教師在設計任務時必須要面對學習對象，針對學生認知特點、接受能力的差異，要將學習目標分層次，針對不同水平的學生分別提出恰當的基礎目標、發展目標和開放目標，在此基礎上，設計具有一定容量、一定梯度的任務，要求所有學生完成基礎目標對應的小任務，學有所思的學生接著完成下一個需要努力才能完成的發展目標對應的任務，學有所創的學生還應繼續完成后面開放性的任務，最后教師做總結性發言并演示正確結果。

（一）學習任務設計

學習任務的設計是整個教學過程的關鍵，教師必須根據自動控制原理課程的教學內容，結合學生的興趣愛好和特點，理論聯系實際，制定切實可行的具有實際意義的學習任務。該任務既要涵蓋基本知識點，又要有一定的拓展性。學生接受任務后，在求知欲望和濃厚的學習興趣的推動下，產生積極探索的動力，使該任務做到服務教學，體現教學目標，達到良好的教學效果。在設計任務時，可根據課程各個章節之間的銜接關系、知識要點等，將一個綜合任務劃分為若干個相互獨立又相互聯系的子任務，每個子任務都包含一定的基本知識點、重點和難點。下面是作者在講授線性系統的校正時設計的學習任務。

1.學習任務描述。穩定是控制系統的重要性能，也是控制系統能夠正常工作的首要條件。如何分析一個非線性系統的穩定性呢？時域分析（相平面）法雖然可以直觀、準確地反映非線性系統的穩定性，但是應用時域分析法分析非線性系統的穩定性時可能出現求解困難甚至無法求解的現象，對于這類非線性系統該如何分析呢？不妨回顧一下線性系統，除了時域分析法還有頻域分析法，對于非線性系統，自然而然聯想到頻域分析法，因此本節課的任務是將線性系統的頻域分析法擴展應用到非線性系統中。

2.學習任務分析。學習任務是將線性系統的頻域分析法擴展應用到非線性系統中。線性系統的頻域分析是建立在頻率特性的基礎之上的，因此必須首先找出非線性系統的頻率特性；尋找頻率特性，就需要給非線性系統加一個正弦波交流信號，觀察非線性系統的穩態輸出中與輸入同頻率的正弦波的振幅和相位與輸入正弦波的關系，從而得到非線性系統的頻率特性。在此基礎上，應用頻域分析法，寫出非線性系統的閉環頻率特性，根據曲線之間的相互包圍關系來判斷非線性系統是否穩定。

3.學習任務實施。從提出問題到分析問題，接下來就是解決問題，完成任務。作者根據學生的自主學習能力和基礎知識的好壞等因素，分成五個小組，每組設定一個組長。小組成員彼此互相合作，互相激勵，積極主動地參與學習，完成學習任務。最后由組長匯報設計結果。一個完整的學習任務包含多個子任務，它們之間緊密聯系，層層推進。筆者設計了以下幾個子任務：

子任務一：以常見的非線性系統飽和環節為例，給其加一個正弦波交流信號，觀察其穩態輸出，試圖尋找非線性系統的等效頻率特性。提示學生思考，如果非線性系統的穩態輸出不是正弦波信號，但輸出是一個周期信號，高等數學中有一個非常有效的分析工具，請學生主動思考，自主探索。

子任務二：將線性系統的頻域分析法加以擴展，在系統的前向通道中加入一個比例環節，并且比例環節是可調的，給出頻域穩定性分析的結果。

子任務三：經過結構圖化簡，將非線性系統表示為線性環節和非線性環節串聯的典型結構形式，在閉環頻率特性的基礎上，得出非線性系統穩定性的結論。

子任務四：對比非線性系統穩定性分析與線性系統穩定性分析的相同與不同之處，分析兩者不同的本質原因。

（二）學習效果評價

通過在《自動控制原理》“描述函數法”課堂上采用任務驅動教學法，改變了傳統的教與學的結構，使學生真正成為學習的主體，教師除了具有輔導者、引導者的身份外，不具備其他任何權威。在這一模式下，學生將可能通過查閱資料隨時獲取幫助，并隨時成為“教師”。這種教學模式將完全改變傳統的教學方式，使因材施教真正落到實處，讓每個學習者將學習當作一種享受。從學生的角度來說，大大提高了學生學習的效率和興趣，培養他們獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。當一個“任務”完成時，學生會獲得滿足感、成就感，從而激發他們的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環，減少學生們以往由于片面追求信息技術課程的“系統性”而導致的“只見樹木，不見森林”的教學法帶來的茫然。從教師的角度來說，任務驅動教學法將以往以知識傳授為主的傳統教學理念，轉變為以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念；將再現式教學轉變為探究式教學，為每一位學生的思考、探索、發現和創新提供了開放的空間，激發了學生的學習興趣，提高了學生學習的積極性和主動性，使課堂教學過程充滿了民主、個性和人性，活躍課堂氣氛，大大改善了教學效果。

三、結論

“任務驅動”教學法改變了傳統的以教定學的被動教學模式，創造了以學定教、學生主動參與、自主協作、探索創新的新型學習模式。通過實踐發現“任務驅動”教學法有利于激發學生的學習興趣，培養學生分析問題、解決問題的能力，提高學生自主學習及與他人協作的能力，推動了《自動控制原理》的教學改革，提高了課堂教學的質量和效果。