優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法在直流伺服電動(dòng)機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：在直流伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)容的教學(xué)過程中，采用以優(yōu)質(zhì)的問題和提問為核心的優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法，通過準(zhǔn)備問題、提出問題、回答問題和反思問題四個(gè)階段，能夠使傳統(tǒng)的課堂轉(zhuǎn)化為以問題為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心的優(yōu)質(zhì)提問課堂，并提供足夠并且有效的反饋信息，為反饋控制教學(xué)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)，從而進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：直流伺服電動(dòng)機(jī)；優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法；教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0097-02

直流伺服電動(dòng)機(jī)是一種工業(yè)控制系統(tǒng)或武器系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件[1]。在工程系統(tǒng)中，直流伺服電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)均被封裝在體積小、密封性好的機(jī)殼內(nèi)，在控制系統(tǒng)中又往往被二次集成到系統(tǒng)內(nèi)部，導(dǎo)致很多首次接觸它的本科生學(xué)生難以對其進(jìn)行快速和直觀的認(rèn)識。另外，直流伺服電動(dòng)機(jī)基于電磁學(xué)原理進(jìn)行工作，定轉(zhuǎn)子之間存在的看不見、摸不著的電磁耦合關(guān)系也使得教學(xué)內(nèi)容變得抽象。基于上述原因，在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，學(xué)生普遍感覺直流伺服電動(dòng)機(jī)部分難以理解和掌握，故對課程學(xué)習(xí)的參與度不高。因此，有必要改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用新的教學(xué)方法提高學(xué)生積極參與教學(xué)過程的興趣。

一、優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法的基本原理

優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法包括優(yōu)質(zhì)的問題和優(yōu)質(zhì)的提問兩個(gè)核心部分[2]，這兩個(gè)部分相輔相成、不可或缺。優(yōu)質(zhì)的問題是保證授課質(zhì)量的前提條件，優(yōu)質(zhì)的提問是促使學(xué)生積極參與教學(xué)過程的重要手段。圍繞問題和提問，優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法的實(shí)施包括準(zhǔn)備問題、提出問題、回答問題和反思問題四個(gè)階段。

首先，授課人員應(yīng)該在準(zhǔn)備問題階段精心準(zhǔn)備優(yōu)質(zhì)的問題。一般而言，優(yōu)質(zhì)的問題必須能夠清晰地向提問對象闡明提問的內(nèi)容，同時(shí)要關(guān)注主要教學(xué)內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)若干教學(xué)目標(biāo)，可以促使提問對象在適當(dāng)?shù)恼J(rèn)知水平上參與思考。因此，在準(zhǔn)備優(yōu)質(zhì)問題的過程中，授課人員必須明確教學(xué)目標(biāo)，確定教學(xué)內(nèi)容，選擇提問對象的認(rèn)知水平，在此基礎(chǔ)上構(gòu)思和確定問題的具體內(nèi)容。

在提出問題階段，授課人員應(yīng)該根據(jù)教學(xué)過程的進(jìn)展情況，在合適的時(shí)機(jī)拋出合適的問題并選擇合適的回答者。值得注意的是，除了提出恰當(dāng)?shù)膯栴}之外，授課人員還應(yīng)指明回答問題的方式。此外，為了促使更多的提問對象參與教學(xué)過程，授課人員在提出問題后，應(yīng)該靈活地把握控制權(quán)，選擇不同的回答者回答不同的問題。

回答問題階段應(yīng)該以提問對象為主體。授課人員可以根據(jù)課堂授課的實(shí)際效果和其他情況，在提出問題后稍作停頓，等待提問對象主動(dòng)回答或選擇合適的提問對象回答問題，對于給出不同答案的提問對象要進(jìn)行幫助和鼓勵(lì)，將其思維導(dǎo)入到正確的方向上來。同時(shí)，授課人員還可以根據(jù)提問對象回答問題的具體情況，對他們的答案進(jìn)行歸納、總結(jié)和引導(dǎo)，引發(fā)他們更多的回應(yīng)和問題等。

反思問題工作一般在授課結(jié)束后進(jìn)行。在此階段，授課人員應(yīng)該對課堂提問的整個(gè)過程進(jìn)行總結(jié)和反思，具體工作包括對問題本身的分析、應(yīng)答者選擇的圖解、答案模式評估以及對于授課人員和提問對象的評估等。

通過上述四個(gè)主要的步驟，可以在很大程度上促使提問對象參與教學(xué)過程，從而將傳統(tǒng)的課堂轉(zhuǎn)化為以問題為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心的優(yōu)質(zhì)提問課堂。在優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)過程中，通過優(yōu)質(zhì)的問題和提問引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極地思考和學(xué)習(xí)，在提高教學(xué)效果的同時(shí)為授課人員提供有效的反饋信息，從而為整門課程實(shí)施反饋控制教學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

二、直流伺服電動(dòng)機(jī)優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)的探索

在直流伺服電動(dòng)機(jī)這一部分內(nèi)容的教學(xué)過程中，課程教學(xué)組依據(jù)優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法的主要思想和實(shí)施步驟，首先對課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行認(rèn)真分析，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入梳理，并采用多種形式對學(xué)生進(jìn)行調(diào)研。在充分調(diào)研和了解的基礎(chǔ)上，精心設(shè)計(jì)了一系列的優(yōu)質(zhì)問題，并利用這些問題逐步引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握直流伺服電動(dòng)機(jī)的相關(guān)知識。在授課結(jié)束后，再對課堂提問的過程以及取得的效果進(jìn)行反思和總結(jié)，多名課程教學(xué)組成員在一起討論授課體會(huì)和心得，分析進(jìn)一步提高問題和提問質(zhì)量的方法[4]。下面以直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理授課為例，簡單介紹優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法的應(yīng)用情況。該部分內(nèi)容在授課時(shí)分為四個(gè)部分，分別是課程的引入、直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理、直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用實(shí)例和小結(jié)，后續(xù)內(nèi)容為直流伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，本文下面主要介紹前三個(gè)部分問題的設(shè)計(jì)。

1.引入問題設(shè)計(jì)

直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理是直流伺服電動(dòng)機(jī)教學(xué)內(nèi)容的第一次課，而課前大部分學(xué)生對直流伺服電動(dòng)機(jī)并不熟悉，部分學(xué)生甚至并未見過實(shí)際的直流電機(jī)。同時(shí)，直流伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部定轉(zhuǎn)子之間存在的電磁耦合關(guān)系和相互作用也使其工作原理變得抽象。為便于學(xué)生理解，可結(jié)合直流伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史及其早期典型應(yīng)用，采用引導(dǎo)式和舉例式引入法，沿著直流電源—直流電機(jī)的發(fā)展歷史—直流伺服電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用—直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)這一主線引出直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。

在課程引入的過程中，設(shè)置的主要問題如下：（1）歷史上最早出現(xiàn)的電源是直流電還是交流電？（2）直流電動(dòng)機(jī)使用何種類型電源？通過上述兩個(gè)問題引出直流電機(jī)的發(fā)展歷史和特點(diǎn)。（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)目前主要應(yīng)用于哪些方面？通過該問題引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己的見聞，思考直流伺服電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用。（4）為什么直流伺服電動(dòng)機(jī)能夠在很多場合得到廣泛應(yīng)用？通過該問題引導(dǎo)學(xué)生思考直流伺服電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩、調(diào)速以及電源等方面具有的四大優(yōu)勢。（5）相對于其它類型電機(jī)，為什么直流伺服電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩更大一些？（6）直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能否實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)？（7）直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法有哪些？（8）直流伺服電動(dòng)機(jī)有沒有缺點(diǎn)？上述四個(gè)問題對本章內(nèi)容起提綱挈領(lǐng)的作用。要回答這幾個(gè)問題，必須了解直流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理和具體的結(jié)構(gòu)組成，由此進(jìn)入后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。通過上述八個(gè)主要問題，將學(xué)生一步一步由直流電機(jī)的發(fā)展歷史引入到對于直流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理分析的過程之中。

2.直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理問題設(shè)計(jì)

按照通常的認(rèn)知規(guī)律，對于控制元件的教學(xué)應(yīng)該由已知到未知，由簡單到復(fù)雜，遵循基本概念—結(jié)構(gòu)組成—工作原理—特性分析—選擇使用的教學(xué)思路。但是，課程組經(jīng)了解得知，學(xué)生在中學(xué)階段就已經(jīng)對于直流電動(dòng)機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)（并非具體結(jié)構(gòu)）有所掌握，但由于沒接觸過實(shí)物故對于直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成（具體或?qū)嶋H結(jié)構(gòu)）并不熟悉。因此，如果在此部分內(nèi)容的教學(xué)過程中先講直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成后講其工作原理，將學(xué)生不熟悉的內(nèi)容放在前面介紹，而將學(xué)生熟悉的知識放在后面講解，勢必給學(xué)生的學(xué)習(xí)理解帶來一些困難。所以，課程組在教學(xué)設(shè)計(jì)中調(diào)整了教學(xué)內(nèi)容的講授順序，將直流電動(dòng)機(jī)的工作原理調(diào)整到結(jié)構(gòu)組成之前先行介紹，這樣一來便使得教學(xué)過程符合由已知到未知、逐步深入的認(rèn)知規(guī)律。

在該教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生應(yīng)該在復(fù)習(xí)電磁學(xué)基本知識的基礎(chǔ)上掌握直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理，為下一步學(xué)習(xí)直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成打下基礎(chǔ)，主要問題設(shè)置如下：（1）電磁力是如何產(chǎn)生的？結(jié)合電磁力產(chǎn)生原理動(dòng)畫演示，引導(dǎo)學(xué)生重溫電磁力定律。（2）單匝線圈直流電動(dòng)機(jī)是如何工作的？通過該問題引導(dǎo)學(xué)生回顧單匝線圈直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，為分析其缺點(diǎn)做鋪墊。（3）單匝線圈直流電動(dòng)機(jī)有何不足之處？通過該問題引導(dǎo)學(xué)生分析單匝線圈直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，為討論該類電機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案做鋪墊。（4）針對單匝線圈直流電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)缺點(diǎn)，有沒有更好的設(shè)計(jì)方案呢？通過該問題引導(dǎo)學(xué)生從轉(zhuǎn)矩的大小和波動(dòng)兩個(gè)方面思考單匝線圈直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，為后續(xù)介紹環(huán)形繞組直流電動(dòng)機(jī)做鋪墊。（5）環(huán)形繞組直流電動(dòng)機(jī)有沒有缺點(diǎn)？通過該問題引出對于環(huán)形繞組直流電動(dòng)機(jī)在鐵芯內(nèi)部導(dǎo)體的利用率和制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)性和工藝性等方面問題的討論，為后續(xù)介紹鼓形繞組直流電動(dòng)機(jī)做鋪墊。（6）針對環(huán)形繞組直流電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)缺點(diǎn)，有沒有改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案呢？通過該問題引出鼓形繞組電動(dòng)機(jī)教學(xué)內(nèi)容。通過上述六個(gè)主要問題穿針引線，再結(jié)合多媒體動(dòng)畫和圖像演示，能夠使學(xué)生逐步掌握單匝線圈直流電動(dòng)機(jī)和環(huán)形繞組直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，重點(diǎn)掌握鼓形繞組直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，為下一步詳細(xì)分析鼓形繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)的具體結(jié)構(gòu)奠定知識基礎(chǔ)。

3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成問題設(shè)計(jì)

在該教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生應(yīng)該掌握電磁式、永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，包括定子鐵芯、定子繞組、電刷裝置和機(jī)座等定子結(jié)構(gòu)以及電樞鐵芯、電樞繞組、換向器和轉(zhuǎn)軸等轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)[1]，為后續(xù)學(xué)習(xí)直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性以及選擇使用打下基礎(chǔ)。下面以電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)為例，設(shè)置問題如下：（1）電機(jī)中用來產(chǎn)生磁場的部件是哪一個(gè)？通過該問題引出直流伺服電動(dòng)機(jī)定子磁極的介紹。（2）定子磁場是如何產(chǎn)生的？該問題引導(dǎo)學(xué)生了解定子磁場產(chǎn)生的原理及定子磁極的具體結(jié)構(gòu)，繼而引出定子繞組和定子鐵芯。（3）定子鐵芯由哪種材料制作而成，有加工成片狀的必要嗎？該問題的目的在于引導(dǎo)學(xué)生回顧磁滯和渦流效應(yīng)，對硅鋼片留下初步印象，并為轉(zhuǎn)子鐵芯的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。（4）電機(jī)中用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能源由哪個(gè)部件輸入？通過該問題引出對于電樞繞組和電樞鐵芯的分析。（5）如何實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換？通過該問題回顧直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，引出對電刷裝置、換向器和轉(zhuǎn)軸的討論。總的來說，通過上述五個(gè)關(guān)鍵問題，結(jié)合實(shí)物視頻、三維動(dòng)畫和電機(jī)結(jié)構(gòu)圖片演示，使學(xué)生深入掌握直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，并由最后兩個(gè)問題引入到對于直流伺服電動(dòng)機(jī)工作特性的探討。

四、結(jié)語

優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法倡導(dǎo)以優(yōu)質(zhì)的問題和優(yōu)質(zhì)的提問為教學(xué)與學(xué)習(xí)行為的核心，旨在創(chuàng)建以學(xué)生為中心、以問題為導(dǎo)向的優(yōu)質(zhì)提問課堂。授課人員通過課前精心準(zhǔn)備問題，授課過程中適時(shí)提出問題，促使更多的學(xué)生參與思考過程、闡述自己的見解并提出新的問題。在提問和回答問題的過程中，授課人員也能夠獲取足夠的反饋信息，從而利用反饋控制教學(xué)原理更加有效地改進(jìn)和控制教學(xué)過程，以達(dá)到預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。

優(yōu)質(zhì)提問教學(xué)法在直流伺服電動(dòng)機(jī)相關(guān)內(nèi)容教學(xué)中的應(yīng)用具有較好的示范意義，經(jīng)過一定的適應(yīng)性修改后，完全可以推廣到其它教學(xué)內(nèi)容或其它課程的教學(xué)中去。

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（責(zé)任編輯：劉麗娜）