機(jī)械基礎(chǔ)課程控制工程論文

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1課程性質(zhì)與教學(xué)現(xiàn)狀

長期以來，我校該課程采用課堂講授的教學(xué)方式。教師按照自己對課程知識的理解，注重知識的傳授，學(xué)生則在“過關(guān)”的壓力下被動地學(xué)習(xí)，其行為表現(xiàn)為機(jī)械記憶。教師的講授過程抽象，不具有問題導(dǎo)向性，傳遞的信息很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。為了考試過關(guān)，學(xué)生把信息作為一種事實(shí)去背誦，而不是將信息作為對相關(guān)問題解決的一種工具來掌握。在這種非問題導(dǎo)向的教學(xué)環(huán)境下，形成了較為普遍的應(yīng)付考試突擊記憶的現(xiàn)象，學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)在經(jīng)過短期記憶后即遺忘，更談不上將其運(yùn)用于解決問題的實(shí)踐中。這種教學(xué)模式以“教”為核心，學(xué)生為了達(dá)到考核要求，往往會放棄“體驗(yàn)、思辨、感悟”等有助于形成解決問題能力的必要過程，而是集中于對事實(shí)性知識的記憶，教師無法引導(dǎo)學(xué)生建立基于興趣和解決問題的主動學(xué)習(xí)方式，也很難培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識、舉一反三、形成創(chuàng)新能力的基本素質(zhì)。

2以學(xué)生為中心，構(gòu)建主動學(xué)習(xí)教學(xué)體系

學(xué)生是學(xué)校教育的主體，如何讓學(xué)生通過教學(xué)過程獲得知識，并能夠靈活運(yùn)用，是教師的任務(wù)和使命。大量的教育心理學(xué)家認(rèn)為：“知識的獲得，是在一定的情境下，學(xué)習(xí)者借助他人(教師和學(xué)習(xí)伙伴)的力量，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得，而不是通過教師傳授得到?！苯?gòu)主義理論，得到了廣大教育研究者和教育工作者的關(guān)注。建構(gòu)主義理論有豐富的內(nèi)涵和深刻的哲學(xué)基礎(chǔ)，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)者主動探索、主動發(fā)現(xiàn)知識，強(qiáng)調(diào)對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)”。由此可見，建立問題導(dǎo)向，有助于形成學(xué)生主動學(xué)習(xí)且有利于實(shí)現(xiàn)知行結(jié)合，達(dá)到教育的目的。

2.1問題導(dǎo)向主動學(xué)習(xí)的關(guān)鍵構(gòu)成

基于問題的學(xué)習(xí)方法(Problem-basedLearning，PBL)由美國神經(jīng)病學(xué)教授Borrows于1969年在加拿大McMaster大學(xué)醫(yī)學(xué)院根據(jù)建構(gòu)主義理論創(chuàng)立。PBL強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動學(xué)習(xí)為主，因而能更好地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和解決問題的能力[4]。教育學(xué)認(rèn)為，主動學(xué)習(xí)的特征為，在教育者的引導(dǎo)和啟發(fā)下，受教育者能夠清晰理解知識的本質(zhì)作用，學(xué)習(xí)者主觀能動性得到更大的發(fā)揮，逐漸脫離教育者的指導(dǎo)和影響，形成獨(dú)立的自我學(xué)習(xí)、自我認(rèn)識、自我修養(yǎng)和自我發(fā)展。在這一過程中，強(qiáng)調(diào)通過教育者的引導(dǎo)，學(xué)習(xí)者理解知識本質(zhì)并主動學(xué)習(xí)。心理學(xué)研究認(rèn)為，主動學(xué)習(xí)的主體是學(xué)習(xí)者本人。從心理激勵和行為動機(jī)的角度分析，學(xué)習(xí)行為是心理選擇的外在表現(xiàn)，對學(xué)習(xí)者而言，學(xué)習(xí)成就是學(xué)習(xí)的主要動機(jī)，實(shí)現(xiàn)以解決問題為主的心理激勵是實(shí)現(xiàn)主動學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。主動學(xué)習(xí)積極性的產(chǎn)生，來自學(xué)習(xí)結(jié)果促成的“學(xué)習(xí)需要”。但是對成就動機(jī)而言，教育者能清晰明了地將與成就關(guān)聯(lián)的知識構(gòu)成、知識體系以及知識本質(zhì)對被教育者以循循善誘的方式啟發(fā)和引導(dǎo)，并使被教育者建立起完整的自我認(rèn)知，這是實(shí)現(xiàn)主動學(xué)習(xí)的心理激勵和關(guān)鍵構(gòu)成。綜上所述，我們不難歸納出主動學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵構(gòu)成：問題意識與學(xué)習(xí)興趣；問題導(dǎo)向的教學(xué)情景；與問題關(guān)聯(lián)的知識結(jié)構(gòu)；開放合作的探索環(huán)境；建立成就動機(jī)激勵體系。

2.2控制工程基礎(chǔ)課程主動學(xué)習(xí)教學(xué)策略設(shè)計

在教學(xué)模式設(shè)計中突出以學(xué)習(xí)者為中心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和成就動機(jī)，是教學(xué)模式設(shè)計的核心所在，同時給定和設(shè)計好貫穿機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程邏輯的系列問題，是實(shí)現(xiàn)問題導(dǎo)向主動學(xué)習(xí)的必要條件。根據(jù)前面對問題導(dǎo)向主動學(xué)習(xí)的關(guān)鍵構(gòu)成的討論，我們設(shè)計了機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程主動學(xué)習(xí)教學(xué)策略。

2.2.1培養(yǎng)學(xué)生問題意識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師。為了讓學(xué)生建立對機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)興趣，教師要在課程初始介紹這一環(huán)節(jié)，讓學(xué)生感知控制在機(jī)械中的價值和功能，做到這一點(diǎn)，除了需要教師在緒論講授過程中輔以大量的國內(nèi)外圖片和事例以及在機(jī)械控制中存在的各類問題外，最有效的辦法是設(shè)計與課程相輔相成的實(shí)踐觀摩和實(shí)驗(yàn)演示，這有助于學(xué)生了解課程的整體性和價值所在，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，并培養(yǎng)他們的問題意識。

2.2.2構(gòu)造問題導(dǎo)向的教學(xué)情境

按照建構(gòu)主義理論，構(gòu)建與問題導(dǎo)向的情境，明確問題以及解決問題的價值，使學(xué)生能夠?qū)栴}形成客觀獨(dú)立的認(rèn)知，這是學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極探索的關(guān)鍵。在這一環(huán)節(jié)中，教師是設(shè)計者，圍繞整個課程要求和專業(yè)素養(yǎng)的要求設(shè)計教學(xué)情境。問題情境應(yīng)在課程開始就明確告知學(xué)生，使他們在課程學(xué)習(xí)中能夠沿著知識邏輯順序解決這些問題，并逐漸構(gòu)建自身的知識體系。問題的設(shè)計既要明確，又要涵蓋知識要點(diǎn)。根據(jù)教學(xué)組多年的教學(xué)體驗(yàn)，我們設(shè)計了以下問題：

(1)系統(tǒng)確定條件下的輸入輸出關(guān)系確定問題(系統(tǒng)分析問題)；

(2)系統(tǒng)確定、輸入確定，如何滿足輸出要求的問題(系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)計問題)；

(3)輸入輸出確定，何種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適合的問題(系統(tǒng)辨識與預(yù)測問題)。盡管這些問題在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中也被歸納為“系統(tǒng)分析、系統(tǒng)優(yōu)化、系統(tǒng)設(shè)計、濾波與預(yù)測、系統(tǒng)辨識”五類問題，但因?yàn)橹饕腔谥R傳遞而形成的知識抽象，而非與問題關(guān)聯(lián)，對于初學(xué)者而言過于抽象而不夠形象，我們歸納成以上三類問題，并結(jié)合實(shí)際例子，幫助學(xué)生建立起問題導(dǎo)向的知識構(gòu)建體系。

2.2.3提示并引導(dǎo)學(xué)生圍繞問題構(gòu)建知識體系

機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程涉及控制理論、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)械運(yùn)動、力學(xué)基礎(chǔ)等多門基礎(chǔ)課程，為了讓學(xué)生明晰問題與解決路徑之間的知識關(guān)聯(lián)，教師需要對該課程解決實(shí)際問題過程中所需構(gòu)造的知識體系進(jìn)行關(guān)鍵知識點(diǎn)的講解、串通知識，關(guān)鍵是幫助和引導(dǎo)學(xué)生建立解決問題為主要導(dǎo)向的知識構(gòu)成。如課程的性質(zhì)，首先讓學(xué)生明白，該課程的核心要素是“輸入、系統(tǒng)、輸出”，希望實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定和優(yōu)化。在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建問題導(dǎo)向的知識體系中，要緊緊圍繞三要素之間的動態(tài)關(guān)系來進(jìn)行。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識體系要循序漸進(jìn)，首先讓學(xué)生認(rèn)識系統(tǒng)關(guān)系，繼而理解系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后分別對系統(tǒng)的時域響應(yīng)和頻率特性進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性，最后在系統(tǒng)特性分析基礎(chǔ)上，依據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)對其進(jìn)行校正。盡管對于一些復(fù)雜系統(tǒng)會涉及較為抽象的數(shù)學(xué)運(yùn)算，如一階或二階微分方程，但是只要理解系統(tǒng)與輸入輸出的關(guān)系，系統(tǒng)模型很容易與輸入建立起關(guān)聯(lián)，自然就能夠建立反映系統(tǒng)特性的微分方程和傳遞函數(shù)。所以，只要讓學(xué)生建立“輸入、輸出、系統(tǒng)”三者間的關(guān)聯(lián)，問題就會明確，主動學(xué)習(xí)方向就會明確。引導(dǎo)學(xué)生建立基于上述三類問題解決的知識構(gòu)建體系，是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)好該課程的關(guān)鍵。

2.2.4構(gòu)建開放的適于探索性學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境

設(shè)計開放的實(shí)驗(yàn)體系，要求學(xué)生根據(jù)課程進(jìn)度和解決工程實(shí)踐問題的要求，循序漸進(jìn)地設(shè)計出基于個人獨(dú)立完成與合作完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在這個環(huán)節(jié)中，教師需要給出明確的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求，提出解決哪一類問題，學(xué)生根據(jù)問題的要求自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容，獨(dú)立或合作完成。例如：控制過程經(jīng)常涉及拉普拉斯變換，學(xué)生在掌握基本知識要點(diǎn)的前提下，可以自主改變控制參數(shù)，并設(shè)計不同的控制目標(biāo)。同時，我們引入基于MATLAB的輔助實(shí)驗(yàn)條件，幫助學(xué)生利用計算機(jī)仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.2.5建立成就動機(jī)激勵體系

機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程是應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵表現(xiàn)應(yīng)是知行結(jié)合、學(xué)以致用、提高解決問題的能力，而不是簡單的卷面成績。更為重要的是，考核內(nèi)容與方式要能夠有效激勵學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，并不斷地提升專業(yè)素養(yǎng)。在考核方式上，我們摒棄傳統(tǒng)方式，建立基于解決問題與創(chuàng)新能力的評價方式，該方式包括自評、互評、師評和加分，是有學(xué)生參與和開放的評價模式。

3結(jié)束語

機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程適于建立以問題為導(dǎo)向的主動學(xué)習(xí)教學(xué)模式，其特點(diǎn)是以學(xué)生為主體，建立問題意識，主動學(xué)習(xí)，教師團(tuán)隊(duì)的主要作用是啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生，并幫助學(xué)生根據(jù)問題類別和知識邏輯完成課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。這一教學(xué)模式，需要教師具有很高的學(xué)術(shù)水平和綜合能力，同時需要建立仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境輔助實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。

作者：阮中燕 范晉偉 劉輝 單位：北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院