控制系統認識教學中調動學生思考的方法嘗試

陳寧

摘要：對于本科一年級的學生，通過一個日常生活中常見的實例消除學生對控制系統的神秘感。通過對學生科技創新作品的分析，以及部分學生科技創新比賽題目的分析，提高學生的參與的積極性。在學生動手環節中由簡漸難，通過一些小陷阱培養學生分析、解決問題的能力。

關鍵詞：啟發；互動；實踐

一、背景

在高等學校素質教育體系中，工程訓練對學生科研素質培養具有十分突出的作用。工程認識教學性質較為特殊，是學生處于從中學的被動式學習模式到大學的自主式學習模式的轉換時期，對學生進行的工程觀的啟蒙教育。該階段的教學就要求教學內容設計既能被學生接受又滿足教學目標。工程認識階段教學中控制系統認識環節的教學設計，同樣存在學生能否接受及是否能參與進來的問題。本文主要是針對控制系統認識中系統設計與實踐環節的教學內容設計與大家進行交流。

二、內容設計

控制系統認識單元目標中有兩項：初步了解電器控制的基本組成，組建原則及注意事項；利用電壓電器元器件，搭建簡單電器控制回路。在這部分內容設計時，為了學生能夠接受并參與進來，設計了用實際生活中常見的自動門的設計引導，通過學生自己動手解決一個小問題為手段，讓學生發自內心的感受到設計的樂趣。在教學上主要采用討論、實踐為主的方式，講授為輔。

1.實例設計

通過實例讓學生了解電器控制的基本組成、組建原則及注意事項，是目前選用的方法。在教學中應用的實例為實際生活中常見的自動門。

首先，在定義好門的類型后讓學生提出設計自動門的思路。之所以給出一部分時間，目的是為了讓學生能夠有目的性的進行思考。教學組織者需要把握好一個方向，要在這個實例中解決那些問題。在這個實例中要解決的問題有以下幾點：考慮控制系統的基本步驟、消除恐懼感、解決問題的途徑不唯一、綜合評價方案最終解決問題進而歸納出控制系統的組成。

本科一年級的學生在工程經驗比較欠缺的情況下，不會系統地考慮和解決問題。在提出設計自動門的題目后，90%的學生會首先考慮用什么傳感器、怎么感應到目標，認為解決這個問題就解決了自動門的設計。這時需要通過互動方式讓學生了解怎么個過程更容易設計出系統：手動開門關門→電動開門關門→自動開門關門。

讓學生了解到只有在手動開關門的基礎上了解了門的特性，才能通過相應的手段實現用電動開關門。用電動開關門要注意那些問題？分析了注意事項后，給出3組開關、1直流電源、1直流電機、導線若干讓學生運用中學知識設計電動門的開關電路。一簡單的電路解決了門的電動開關問題，初中級別物理知識解決問題進而消除了學生對設計的畏懼感調動了學生的好奇心——下面該如何設計呢？

這時候引導學生在把開關組用一繼電器替換（初中物理知識）實現了用一個電信號控制門的開關，這樣就導入了下個階段如何獲取這個信號實現自動開關門。在這里開展討論用什么方法可以獲得信號呢？結論是聲音信號、光學信號、紅外信號、重力信號等都可以解決問題。重點在每種方式解決問題的方法、存在那些問題，最終讓學生來判斷那個方法比較適合應用。在對每種方式分析講解中，盡量貼近學生的思維，用學生的方法來影響學生。同時，輔助介紹每個設計方法所耗費的成本、維護的復雜性、產生誤差的概率有多大等等一系列影響因素。

2.拓展設計

通過實例，學生們消除了神秘感后會對一些設計產生興趣，這個階段通過自動門的實例，引入介紹控制系統的組成就容易多了。了解了控制系統的結構后，為了加深學生們的印象，組織討論幾個小題目：從智能小車尋找火源滅火的設計，進而到運用相同原理如何設計自動追光的模擬向日葵的設計。

該部分內容設計為講授、討論交叉進行，純粹的討論+點評進度不容易掌控。單純的講授學生的興趣調動不起來。

3.實踐設計

在討論、演示過后，安排了學生動手搭建簡單控制回路的過程。學生設計一以4盞電燈組成的循環流水燈，硬件固定學生進行簡單的編程即可。這為學生動手設計的第一階段內容，90%以上的學生能夠完成該部分內容，所以設置該部分為一個課堂成績考核點，使得大部分學生的心理壓力大為減小。完成了依次循環后，講評學生設計中的共性問題并演示問題，對學生提出階段要求——利用課堂知識完善其前面的設計。此為本課程的第二考核點。

在進行第二階段動手設計時，會出現完成速度不均的現象，我們為速度較快的學生設置了附加難度：如何不按排列好的順序循環。附加難度的設計也是給學生設計了個小障礙，解決這個問題時需要充分的分析思考和實驗，也使得課堂氣氛更加活躍。

三、結論

經過教學嘗試，并對實踐效果進行分析不難看出：單對本科一年級學生工程觀、研究能力啟蒙方面，目前訓練模式結構緊湊、內容全面、容易展開、評價有依據性，可以利用完成進度、研討、講評、指導等形式提高教學的趣味性和參與性，適當的控制階段教學內容的難度使其由淺及深、由表及里會使教學效果更加全面。同時，適當的設置小困難以提高學生的思維靈活性及適當的講評的訓練模式還具有良好的可操作性，對師資隊伍的培養也有幫助。對目前的工程教育來說這是一個行之有效的模式。

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