機械基礎課程控制工程論文

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1課程性質與教學現(xiàn)狀

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

2以學生為中心，構建主動學習教學體系

學生是學校教育的主體，如何讓學生通過教學過程獲得知識，并能夠靈活運用，是教師的任務和使命。大量的教育心理學家認為：“知識的獲得，是在一定的情境下，學習者借助他人(教師和學習伙伴)的力量，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得，而不是通過教師傳授得到?！苯嬛髁x理論，得到了廣大教育研究者和教育工作者的關注。建構主義理論有豐富的內涵和深刻的哲學基礎，其根本內容可以概括為“以學習者為中心，強調學習者主動探索、主動發(fā)現(xiàn)知識，強調對所學知識意義的主動建構”。由此可見，建立問題導向，有助于形成學生主動學習且有利于實現(xiàn)知行結合，達到教育的目的。

2.1問題導向主動學習的關鍵構成

基于問題的學習方法(Problem-basedLearning，PBL)由美國神經病學教授Borrows于1969年在加拿大McMaster大學醫(yī)學院根據建構主義理論創(chuàng)立。PBL強調以學生的主動學習為主，因而能更好地培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維和解決問題的能力[4]。教育學認為，主動學習的特征為，在教育者的引導和啟發(fā)下，受教育者能夠清晰理解知識的本質作用，學習者主觀能動性得到更大的發(fā)揮，逐漸脫離教育者的指導和影響，形成獨立的自我學習、自我認識、自我修養(yǎng)和自我發(fā)展。在這一過程中，強調通過教育者的引導，學習者理解知識本質并主動學習。心理學研究認為，主動學習的主體是學習者本人。從心理激勵和行為動機的角度分析，學習行為是心理選擇的外在表現(xiàn)，對學習者而言，學習成就是學習的主要動機，實現(xiàn)以解決問題為主的心理激勵是實現(xiàn)主動學習的關鍵。主動學習積極性的產生，來自學習結果促成的“學習需要”。但是對成就動機而言，教育者能清晰明了地將與成就關聯(lián)的知識構成、知識體系以及知識本質對被教育者以循循善誘的方式啟發(fā)和引導，并使被教育者建立起完整的自我認知，這是實現(xiàn)主動學習的心理激勵和關鍵構成。綜上所述，我們不難歸納出主動學習實現(xiàn)的關鍵構成：問題意識與學習興趣；問題導向的教學情景；與問題關聯(lián)的知識結構；開放合作的探索環(huán)境；建立成就動機激勵體系。

2.2控制工程基礎課程主動學習教學策略設計

在教學模式設計中突出以學習者為中心，激發(fā)學生學習興趣和成就動機，是教學模式設計的核心所在，同時給定和設計好貫穿機械控制工程基礎課程邏輯的系列問題，是實現(xiàn)問題導向主動學習的必要條件。根據前面對問題導向主動學習的關鍵構成的討論，我們設計了機械控制工程基礎課程主動學習教學策略。

2.2.1培養(yǎng)學生問題意識，激發(fā)學生學習興趣

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

2.2.2構造問題導向的教學情境

按照建構主義理論，構建與問題導向的情境，明確問題以及解決問題的價值，使學生能夠對問題形成客觀獨立的認知，這是學生主動學習、積極探索的關鍵。在這一環(huán)節(jié)中，教師是設計者，圍繞整個課程要求和專業(yè)素養(yǎng)的要求設計教學情境。問題情境應在課程開始就明確告知學生，使他們在課程學習中能夠沿著知識邏輯順序解決這些問題，并逐漸構建自身的知識體系。問題的設計既要明確，又要涵蓋知識要點。根據教學組多年的教學體驗，我們設計了以下問題：

(1)系統(tǒng)確定條件下的輸入輸出關系確定問題(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)化與設計問題)；

(3)輸入輸出確定，何種系統(tǒng)結構適合的問題(系統(tǒng)辨識與預測問題)。盡管這些問題在傳統(tǒng)的教學過程中也被歸納為“系統(tǒng)分析、系統(tǒng)優(yōu)化、系統(tǒng)設計、濾波與預測、系統(tǒng)辨識”五類問題，但因為主要是基于知識傳遞而形成的知識抽象，而非與問題關聯(lián)，對于初學者而言過于抽象而不夠形象，我們歸納成以上三類問題，并結合實際例子，幫助學生建立起問題導向的知識構建體系。

2.2.3提示并引導學生圍繞問題構建知識體系

機械控制工程基礎課程涉及控制理論、數學基礎、機械運動、力學基礎等多門基礎課程，為了讓學生明晰問題與解決路徑之間的知識關聯(lián)，教師需要對該課程解決實際問題過程中所需構造的知識體系進行關鍵知識點的講解、串通知識，關鍵是幫助和引導學生建立解決問題為主要導向的知識構成。如課程的性質，首先讓學生明白，該課程的核心要素是“輸入、系統(tǒng)、輸出”，希望實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定和優(yōu)化。在引導學生構建問題導向的知識體系中，要緊緊圍繞三要素之間的動態(tài)關系來進行。引導學生構建知識體系要循序漸進，首先讓學生認識系統(tǒng)關系，繼而理解系統(tǒng)的數學模型，然后分別對系統(tǒng)的時域響應和頻率特性進行分析，并以此為基礎分析系統(tǒng)穩(wěn)定性，最后在系統(tǒng)特性分析基礎上，依據系統(tǒng)的性能指標對其進行校正。盡管對于一些復雜系統(tǒng)會涉及較為抽象的數學運算，如一階或二階微分方程，但是只要理解系統(tǒng)與輸入輸出的關系，系統(tǒng)模型很容易與輸入建立起關聯(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。所以，只要讓學生建立“輸入、輸出、系統(tǒng)”三者間的關聯(lián)，問題就會明確，主動學習方向就會明確。引導學生建立基于上述三類問題解決的知識構建體系，是引導學生學好該課程的關鍵。

2.2.4構建開放的適于探索性學習的學習環(huán)境

設計開放的實驗體系，要求學生根據課程進度和解決工程實踐問題的要求，循序漸進地設計出基于個人獨立完成與合作完成的實驗項目。在這個環(huán)節(jié)中，教師需要給出明確的實驗項目要求，提出解決哪一類問題，學生根據問題的要求自行設計實驗項目和內容，獨立或合作完成。例如：控制過程經常涉及拉普拉斯變換，學生在掌握基本知識要點的前提下，可以自主改變控制參數，并設計不同的控制目標。同時，我們引入基于MATLAB的輔助實驗條件，幫助學生利用計算機仿真驗證實驗和學習效果，激發(fā)學習興趣。

2.2.5建立成就動機激勵體系

機械控制工程基礎課程是應用性和實踐性很強的課程，學習效果的關鍵表現(xiàn)應是知行結合、學以致用、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，考核內容與方式要能夠有效激勵學生，促進學生主動學習，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，是有學生參與和開放的評價模式。

3結束語

機械控制工程基礎課程適于建立以問題為導向的主動學習教學模式，其特點是以學生為主體，建立問題意識，主動學習，教師團隊的主要作用是啟發(fā)和引導學生，并幫助學生根據問題類別和知識邏輯完成課堂教學和實驗。這一教學模式，需要教師具有很高的學術水平和綜合能力，同時需要建立仿真實驗環(huán)境輔助實現(xiàn)教學目的。

作者：阮中燕 范晉偉 劉輝 單位：北京工業(yè)大學機械工程與應用電子技術學院