機(jī)電傳動(dòng)控制課程拋錨式教學(xué)探析

摘要：機(jī)電傳動(dòng)控制是一門理論性較強(qiáng)，綜合能力要求較高的一門課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握機(jī)械設(shè)備、電氣傳動(dòng)與控制知識(shí)的主要課程。傳統(tǒng)的教學(xué)方法偏重于理論教學(xué)，實(shí)踐環(huán)節(jié)偏少，教學(xué)效果不盡人意。闡述了拋錨式教學(xué)模式，對(duì)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行探討，并將拋錨式教學(xué)方法應(yīng)用于機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)中，提高課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的積極主動(dòng)性，提升學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)電傳動(dòng)控制；拋錨式教學(xué)；教學(xué)方法

作者簡(jiǎn)介：潘春榮（1973-），男，廣東龍川人，江西理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，副教授；黎良（1989-），男，江西樟樹人，江西理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院碩士研究生。（江西 贛州 341000）

基金項(xiàng)目：本文系基于CDIO的機(jī)械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：XJG-2012-16）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）05-0119-02

機(jī)電傳動(dòng)控制課程已由全國(guó)高等學(xué)校機(jī)械工程類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)定為“機(jī)械工程及自動(dòng)化”專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課，[1]融合了電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)、自動(dòng)控制原理、傳感器技術(shù)、電力電子等相關(guān)技術(shù)。目前全國(guó)各大高校已經(jīng)陸續(xù)開設(shè)了機(jī)電傳動(dòng)控制這門課程，對(duì)于這門課程便有了各式各樣的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法，可謂“百花齊放”。然而，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，由于學(xué)生的基礎(chǔ)和能力的不同，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)質(zhì)量也得不到保證，因此，尋求更有效的教學(xué)方法迫在眉睫。本文針對(duì)教學(xué)問題和學(xué)習(xí)誤區(qū)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了拋錨式教學(xué)。拋錨式教學(xué)（anchored instruction）是指在多元化的現(xiàn)實(shí)生活背景中運(yùn)用情境化教學(xué)技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生反思，提高遷移能力和解決復(fù)雜問題能力的一種教學(xué)模式。[2]拋錨式教學(xué)是一種學(xué)習(xí)框架，學(xué)生在基于知識(shí)整合的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)會(huì)解決問題。將拋錨式教學(xué)應(yīng)用于機(jī)電傳動(dòng)控制課程的教學(xué)中，提升教學(xué)效果。

一、拋錨式教學(xué)模式

1.拋錨式教學(xué)模式起源與發(fā)展

拋錨式教學(xué)由美國(guó)Vanderbilt大學(xué)認(rèn)知與技術(shù)小組CTGV構(gòu)建的教學(xué)模式。CTGV小組為了培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，先后開展了惰性知識(shí)項(xiàng)目、LOGO項(xiàng)目和動(dòng)態(tài)評(píng)估項(xiàng)目的研究，并在此基礎(chǔ)上提出了拋錨式教學(xué)模式。[2]該教學(xué)模式要求建立在有感染力的真實(shí)事件或問題的基礎(chǔ)上，它的核心要素是“錨”，確定這些真實(shí)事件或問題就叫“拋錨”。[3]與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，拋錨式教學(xué)模式具有以下特征：教學(xué)情境的真實(shí)性；提高學(xué)生解決問題的能力；引導(dǎo)學(xué)生提問，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；加強(qiáng)學(xué)生交流能力的培養(yǎng)；教學(xué)的開放性，激發(fā)學(xué)生發(fā)散性思維。

2.拋錨式教學(xué)基本環(huán)節(jié)

拋錨式教學(xué)可以分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示。第一，創(chuàng)設(shè)情境。利用多媒體和仿真軟件等工具使學(xué)生在模擬現(xiàn)實(shí)情況的情境中學(xué)習(xí)。第二，確定問題。根據(jù)情境選出與當(dāng)前主題密切相關(guān)的真實(shí)事件或問題。第三，自主學(xué)習(xí)。由教師向?qū)W生提供解決問題的線索，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。第四，協(xié)作學(xué)習(xí)。通過交流討論，加深學(xué)生對(duì)當(dāng)前問題的理解。第五，效果評(píng)價(jià)。教師起引導(dǎo)評(píng)價(jià)的作用，在學(xué)習(xí)中觀察并記錄學(xué)生的表現(xiàn)。

3.拋錨式教學(xué)模式目的

拋錨式教學(xué)目的是使學(xué)生在一個(gè)真實(shí)的情境中，引導(dǎo)其挖掘問題，促進(jìn)組員之間的相互交流，達(dá)到主動(dòng)學(xué)習(xí)、實(shí)踐并提高自身能力的一個(gè)過程，具體表現(xiàn)如圖2所示：

二、機(jī)電傳動(dòng)控制課程的難點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)

1.課程的難點(diǎn)

電機(jī)是機(jī)電一體化設(shè)備的重要組成部分，因此，學(xué)好機(jī)電傳動(dòng)控制具有較強(qiáng)的實(shí)用性。本課程主要的難點(diǎn)如下：

（1）各類電機(jī)的工作原理及其機(jī)械特性、啟動(dòng)特性、調(diào)速特性和制動(dòng)特性。

（2）在熟悉常用低壓電器的功能運(yùn)用、工作原理和電器符號(hào)的基礎(chǔ)上，了解生產(chǎn)機(jī)械電氣控制線路的繪制方法，重點(diǎn)掌握繼電器-接觸器控制線路的基本環(huán)節(jié)組成和工作原理，以及繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的功能。

2.課程的教學(xué)目標(biāo)

針對(duì)本課程的難點(diǎn)，應(yīng)給學(xué)生提供與專業(yè)環(huán)境相似的活動(dòng)情境，幫助學(xué)生明確問題和目標(biāo)，以便更好地利用拋錨式教學(xué)模式進(jìn)行施教。該課程的教學(xué)目標(biāo)分為如下兩部分：

一是通過掌握電機(jī)的工作原理及特性，使學(xué)生熟悉各類電機(jī)的基本方程、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系以及應(yīng)用場(chǎng)合，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)功底和能力，為今后從事相關(guān)工作打好基礎(chǔ)。

二是通過學(xué)生熟悉常用的控制電器機(jī)構(gòu)、原理、用途及型號(hào)，并能準(zhǔn)確選用；掌握電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)及對(duì)其獨(dú)立分析的能力；學(xué)會(huì)分析典型生產(chǎn)機(jī)械的控制線路并設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的控制線路，具有從事電氣設(shè)備的安裝、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)保養(yǎng)等應(yīng)用能力。

三、課程教學(xué)的現(xiàn)狀

1.教師“灌輸”模式

在傳統(tǒng)的教育活動(dòng)中，教師處于一種教育者的位置，大多采取“滿堂灌”的授課形式，這對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程無疑是事倍功半。機(jī)電傳動(dòng)控制這門課程涉及的知識(shí)面之廣、公式之多，純粹的理論教學(xué)已無法滿足教學(xué)要求，學(xué)生對(duì)于作業(yè)的完成度不理想。部分學(xué)生存在抄襲現(xiàn)象，不利于獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而在拋錨式教學(xué)中，要求教師要充當(dāng)“教練”甚至“學(xué)習(xí)者”的角色。教師鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生查詢相關(guān)資料，提倡學(xué)生相互學(xué)習(xí)。同時(shí)作為學(xué)習(xí)者，指導(dǎo)學(xué)生如何操作，發(fā)現(xiàn)新問題與其共同探討，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維。[4，5]

2.學(xué)生學(xué)習(xí)情緒不高，思維得不到拓展

學(xué)好機(jī)電傳動(dòng)控制必須要有扎實(shí)的機(jī)械傳動(dòng)、電工電子基礎(chǔ)，而有些學(xué)生的基礎(chǔ)并不好，且該課程安排在大三或大四，很多學(xué)生把大量精力花在考研和找工作上，對(duì)課程的重視程度不夠。由于本課程專業(yè)性較強(qiáng)，會(huì)直接引起學(xué)生的情緒變化。例如，在學(xué)習(xí)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性時(shí)，學(xué)生能理解和掌握，但對(duì)于學(xué)習(xí)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)特性時(shí)，情緒便開始急躁，造成學(xué)習(xí)效率低，影響教學(xué)質(zhì)量。

3.教學(xué)資源有限，理論與實(shí)踐脫節(jié)

鑒于學(xué)校資源有限且受高校擴(kuò)招的影響，實(shí)驗(yàn)設(shè)備受限，實(shí)踐教學(xué)安排不足，造成教學(xué)側(cè)重于理論教學(xué)。例如在學(xué)習(xí)繼電器過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)時(shí)間繼電器的原理及線圈符號(hào)、觸頭符號(hào)的含義沒有清晰的理解，分不清“失電延時(shí)”和“得電延時(shí)”功能及符號(hào)表示，導(dǎo)致設(shè)計(jì)中出現(xiàn)誤用。而在以后的設(shè)計(jì)工作中，與各種電器接觸的機(jī)會(huì)很多，如果在學(xué)校沒有得到動(dòng)手能力的訓(xùn)練，將使以后的實(shí)踐受到限制。[6]因此，針對(duì)容易混淆的內(nèi)容，采用拋錨式教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)類似電機(jī)控制的情境，以此來彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)的不足。

四、拋錨式教學(xué)模式在教學(xué)中的應(yīng)用

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，拋錨定題

拋錨式教學(xué)的理論基礎(chǔ)是情境認(rèn)知，情境是認(rèn)知的基礎(chǔ)。針對(duì)機(jī)電傳動(dòng)控制有簡(jiǎn)明易懂的內(nèi)容和復(fù)雜難懂的原理及過程，采用不同的創(chuàng)設(shè)情境的教學(xué)方法。

（1）對(duì)于簡(jiǎn)單的內(nèi)容，可采取多媒體教學(xué)工具，將機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)做成動(dòng)畫形式展示出來，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。[7]例如，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的整體，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以用運(yùn)動(dòng)方程式來描述，[8]比如單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為：

式中：T為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩（N·m）；TL為生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N·m）；J為單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的角速度（rad/s）；t為時(shí)間（s）。這對(duì)于有機(jī)械傳動(dòng)基礎(chǔ)的同學(xué)來說容易掌握，然后，引入典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算原則和方法。最后，再討論機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。

（2）對(duì)于課程的難點(diǎn)，以學(xué)生的基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)情況為根本，創(chuàng)設(shè)與現(xiàn)實(shí)一致的情境，養(yǎng)成獨(dú)立思考和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。例如在講機(jī)床的自動(dòng)間歇潤(rùn)滑系統(tǒng)之前，教師可以先讓學(xué)生觀看一段機(jī)床工作的視頻，以此來激發(fā)學(xué)生對(duì)未知事物的好奇心。然后，讓學(xué)生自由討論并提出觀點(diǎn)，選出與當(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)的目標(biāo)，即如何設(shè)計(jì)相關(guān)的控制線路圖來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)間歇潤(rùn)滑和點(diǎn)動(dòng)控制其潤(rùn)滑。確定問題后讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，通過閱讀教材或電子資源等途徑來設(shè)計(jì)所需功能的控制線路圖，如圖3所示。按鈕SB1為控制電路總開關(guān)，開關(guān)S的作用是控制潤(rùn)滑油泵電動(dòng)機(jī)有規(guī)律地間歇工作，按鈕SB2能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制潤(rùn)滑油泵電動(dòng)機(jī)的工作。

2.自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)相結(jié)合

拋錨式教學(xué)強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)的重要性，它與傳統(tǒng)教學(xué)方式的主要區(qū)別在于教師不會(huì)直接告訴學(xué)生該如何解決問題，而是向?qū)W生提供解決該問題的有關(guān)線索，并注重發(fā)展學(xué)生的自學(xué)能力。因此，教師要從實(shí)際出發(fā)，因材施教，及時(shí)與學(xué)生進(jìn)行溝通交流，引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和目標(biāo)。特別是對(duì)于繼電器-接觸器這類知識(shí)面較廣、實(shí)用性較強(qiáng)的內(nèi)容，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)際素材相結(jié)合的教學(xué)方法。

教學(xué)中多采用多媒體教學(xué)工具，比如將車床的控制線路做成動(dòng)畫形式展示出來，對(duì)車床的每一個(gè)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)分析。對(duì)于有多種方式控制的電路環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生參與討論。教師還可以利用學(xué)習(xí)軟件等工具，例如MATLAB的Simulink仿真功能，將線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動(dòng)過程中的參數(shù)形象直觀、動(dòng)態(tài)地顯示出來，[9]進(jìn)而使學(xué)生更好地掌握電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性，結(jié)合多媒體課件，提高教學(xué)效果。

3.實(shí)驗(yàn)研究及評(píng)價(jià)

因課時(shí)有限，且主要是以理論教學(xué)為主，為了加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，采取如下措施：一方面，多購(gòu)置實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)或與企業(yè)相聯(lián)合，切實(shí)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。采用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)交替進(jìn)行，避免“先理論后實(shí)踐”的現(xiàn)象。[10]學(xué)生在實(shí)際操作的過程中，提高獨(dú)立分析和解決問題的能力，增強(qiáng)教學(xué)效果。另一方面，當(dāng)本課程理論講授結(jié)束后，需安排課程設(shè)計(jì)，以組為單位，各自擬一個(gè)題目，讓學(xué)生根據(jù)題目要求，主動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，遇問題相互協(xié)商，相互討論，加深學(xué)生對(duì)問題的理解。

拋錨式教學(xué)使學(xué)生學(xué)習(xí)解決問題能力，且該過程能直接反映出學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，所以，教師需及時(shí)地記錄學(xué)生的表現(xiàn)并評(píng)價(jià)。課程設(shè)計(jì)考核時(shí)，每組可采用PPT展示學(xué)習(xí)的成果，然后由學(xué)生代表和教師進(jìn)行綜合打分評(píng)估。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行論述，提出了拋錨式教學(xué)方法。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化及當(dāng)代大學(xué)生的特點(diǎn)，通過引導(dǎo)式教學(xué)激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力及綜合應(yīng)用能力。通過拋錨式教學(xué)方案，充分發(fā)揮了學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)踐和創(chuàng)新的能力，達(dá)到了學(xué)以致用的效果，提升教學(xué)質(zhì)量，滿足人才培養(yǎng)的需求，同時(shí)促進(jìn)工科類專業(yè)課程的建設(shè)與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮清秀，鄧星鐘，等.機(jī)電傳動(dòng)控制[M].第五版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.

[2]劉洋，鐘志賢.論拋錨式教學(xué)模式[J].江西教育科研，2005，（2）：9-11.

[3]張甲秋.“拋錨式”教學(xué)模式在高職“Photoshop圖形圖像處理”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育探索，2012，（8）：57-58.

[4]王香紅.談拋錨式教學(xué)法在電氣專業(yè)專業(yè)課中的運(yùn)用[J].職業(yè)教育，2012，（6）：128.

[5]郝昕玉，張廣冬，王福元.機(jī)電傳動(dòng)控制課程的教學(xué)方法初探[J].中國(guó)電力教育，2011，（32）：102-103.

[6]王才東，楊文建，王輝.“機(jī)電傳動(dòng)控制”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2013，（10）：73-74.

[7]吳濤，尹志宏.“機(jī)電傳動(dòng)控制”課程的研究型教學(xué)模式[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（1）：105-107.

[8]郝用興，苗滿香，羅小燕.機(jī)電傳動(dòng)控制[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

[9]顧永玉.MATLAB在《機(jī)電傳動(dòng)控制》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（32）：217.

[10]尹久.“機(jī)電傳動(dòng)控制”理實(shí)一體化教學(xué)探析[J].科教文匯（下旬刊），2011，（1）：49-50.

（責(zé)任編輯：王意琴）