電氣類專業(yè)課程“問題解決”教學(xué)模式的實踐探索

摘要：針對電氣類專業(yè)部分課程理論知識抽象、難以理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中積極性差的不足，依據(jù)誘發(fā)性、演示性和適度性等原則對不同課程中的疑難問題創(chuàng)設(shè)問題情境，運(yùn)用“問題解決”的教學(xué)模式，對相關(guān)問題進(jìn)行研究和實踐，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高了學(xué)生探索問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定扎實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：問題解決；情境創(chuàng)設(shè)；電氣類；創(chuàng)新

中圖分類號：G642#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文章編號：1007-0079（2014）18-0042-02

“問題解決”（problem solving）的觀念最早是由英國數(shù)學(xué)教學(xué)協(xié)會提出的，這種觀念的主旨是以問題解決為中心，教師在向?qū)W生傳授新的知識前，通過有目的地創(chuàng)設(shè)問題情境，向?qū)W生提出問題或任務(wù)，引導(dǎo)鼓勵學(xué)生積極探索問題，找出解決策略，最終通過解決問題來獲得新的知識。這種方法用有價值的問題貫穿課堂始終，通過再現(xiàn)事物內(nèi)在秩序和聯(lián)系的過程來研究問題，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性、創(chuàng)造性，達(dá)到更深層理解并掌握和運(yùn)用知識的目的。[1，2]

一、電氣類專業(yè)課程教學(xué)分析

對于電氣類專業(yè)來說，所學(xué)的專業(yè)課程（譬如電機(jī)學(xué)、自動控制理論和檢測技術(shù)等）大多理論性強(qiáng)、抽象、難以理解或是需要在實踐中得到鍛煉。如果教師在授課的過程中只是一味把教材上的理論直接灌輸給學(xué)生，那么大多數(shù)學(xué)生對這些抽象的、遙遠(yuǎn)的、冷漠的知識是沒有好感的，也不會真正理解這些知識所包含的意義，這種教學(xué)方法在某種程度上極大地束縛了學(xué)生思維的發(fā)展及創(chuàng)造力的培養(yǎng)。對于這些專業(yè)課程授課的基本理念應(yīng)當(dāng)倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，注重理論與實際的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，獲取知識的能力以及交流與合作的能力，這正與“問題解決”的觀念不謀而合，因此可以把這種教學(xué)模式應(yīng)用到電氣類專業(yè)的教學(xué)中，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

二、問題情境創(chuàng)設(shè)與實踐

實施“問題解決”教學(xué)的關(guān)鍵是要創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)奶骄繂栴}情景，激起學(xué)生積極的創(chuàng)造性思維活動，再通過準(zhǔn)確設(shè)置有層次的問題，激起學(xué)生探索新知識的欲望，同時也要重視交流與反饋環(huán)節(jié)，最后在教師精心的引導(dǎo)下使學(xué)生掌握新的知識。由于學(xué)生是在獨(dú)立思索，自主探究新問題下進(jìn)行學(xué)習(xí)和建構(gòu)知識體系，所以一旦被掌握，就能靈活運(yùn)用這些知識到實踐當(dāng)中去。下面將介紹幾種在電氣類專業(yè)課程教學(xué)中如何設(shè)計問題情境的實例，以及相應(yīng)問題解決過程中的收效情況。

1.誘發(fā)性問題

創(chuàng)設(shè)問題情境，是為了能喚起學(xué)生的求知欲望，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，所以，一定要保證所設(shè)情境能誘發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，造成學(xué)生心理上的懸念，從而把學(xué)生帶入一種與問題有關(guān)的情境中去，進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)。[3]

電機(jī)學(xué)作為電氣類專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，概念抽象，是電與磁、靜與動、交直流的混合，一直是公認(rèn)的難教難學(xué)課程。在講授電動機(jī)的工作原理時，教學(xué)計劃安排是先講直流電動機(jī)的工作原理，然后再講三相異步電動機(jī)的工作原理。那么，在講解三相異步電動機(jī)工作原理前，可以讓學(xué)生先回顧一下直流電動機(jī)的工作原理，然后向?qū)W生提出問題，三相異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間沒有任何機(jī)械和電的聯(lián)系，為什么定子繞組通電后，轉(zhuǎn)子會旋轉(zhuǎn)起來？這樣，在學(xué)生回顧已學(xué)知識的同時造成了學(xué)生心理上的懸念，從而喚起了學(xué)生的求知欲望。帶著這樣的問題，學(xué)生積極主動地去查閱、收集資料，互相交流探討、總結(jié)，最后教師對學(xué)生得出的結(jié)論進(jìn)行點(diǎn)評。通過這種方式教學(xué)，學(xué)生一定會對這部分內(nèi)容理解更加深刻，從而使教學(xué)效果得到大大改善的同時也提高了學(xué)生探索問題、解決問題的能力。

2.演示性問題

對于那些抽象的、難以理解的問題，在創(chuàng)設(shè)問題情境時，最好充分運(yùn)用形象化的實例來揭示知識的發(fā)生和發(fā)展過程，展示內(nèi)在的思維過程，這既體現(xiàn)了現(xiàn)代教學(xué)的基本要求，也反映了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。[4]

自動控制理論課程也是電氣類甚至是整個工科專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)。特點(diǎn)也是理論性比較強(qiáng)，用到的數(shù)學(xué)知識較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)時會感到抽象和難學(xué)。例如，在講到反饋控制原理時，給出反饋控制原理的內(nèi)容：在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控對象施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實現(xiàn)對被控對象進(jìn)行控制的任務(wù)。通常，學(xué)生對這樣的理論內(nèi)容理解起來都是一知半解的，那么可以讓學(xué)生帶著理論內(nèi)容進(jìn)入到這樣的情境，譬如，如果人的手要夠到桌子上的書，都要經(jīng)過怎樣的過程呢？在這種情境中，學(xué)生可以把人看做是一個極其復(fù)雜的反饋控制系統(tǒng)，大腦是控制器，被控對象是手，被控量是手的位置，輸入量是書的位置，大腦對手的控制是由手和書之間的距離，也就是偏差來決定的，只要這個偏差存在，控制作用就存在。通過理論內(nèi)容與身邊常見情況相聯(lián)系，學(xué)生經(jīng)過認(rèn)真思考、總結(jié)后會很好地掌握這類理論內(nèi)容并靈活運(yùn)用它去分析類似的情況，在這個過程中，學(xué)生的創(chuàng)造思維能力也得到了提高。[4]

3.適度性問題

在創(chuàng)設(shè)問題情境時，應(yīng)根據(jù)特定的知識內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，將學(xué)生已有知識經(jīng)驗與將要學(xué)習(xí)的知識聯(lián)系起來，設(shè)置難易適度的問題。

在講解自動控制理論課程的穩(wěn)態(tài)誤差問題時，需要強(qiáng)調(diào)的是，穩(wěn)態(tài)誤差大的系統(tǒng)并不是不穩(wěn)定的系統(tǒng)。那么，在講過穩(wěn)態(tài)誤差的概念后，可以給學(xué)生提出這樣一個問題：一個控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差隨著時間的增加越來越大，這個系統(tǒng)是否穩(wěn)定？要正確的回答這個問題，學(xué)生就要明確之前講過的穩(wěn)定的概念與穩(wěn)態(tài)誤差的區(qū)別，系統(tǒng)的穩(wěn)定是指系統(tǒng)在干擾的作用下偏離原來的平衡狀態(tài)，當(dāng)干擾作用消失后，能夠恢復(fù)到原始平衡狀態(tài)；穩(wěn)態(tài)誤差是當(dāng)某種特定類型的輸入作用于控制系統(tǒng)后，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)精度的度量。區(qū)分開這兩個概念后，學(xué)生很容易會得出結(jié)論，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差大并不表明系統(tǒng)不穩(wěn)定，而是表明這個系統(tǒng)對于某個輸入不能跟蹤或者是穩(wěn)態(tài)精度很差的系統(tǒng)，對于這樣的系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中需要采取措施來消除穩(wěn)態(tài)誤差。接著還可以向?qū)W生提出問題：消除穩(wěn)態(tài)誤差的辦法都有哪些呢？學(xué)生在解決這樣一層一層的適度性問題中，激發(fā)了學(xué)習(xí)的主動性，獲得了新的知識，分析問題、解決問題的能力也得到了提高。

4.延伸性問題

在所創(chuàng)設(shè)的問題情境中，不僅構(gòu)建當(dāng)前教學(xué)應(yīng)當(dāng)解決的問題，還蘊(yùn)含著與當(dāng)前問題有關(guān)，讓學(xué)生自己回味、思考的問題，營造出一種完而未完、意味無窮的境界，目的在于激發(fā)學(xué)生循著課堂教學(xué)的線索去閱讀資料、思考問題、進(jìn)行課外實驗，甚至進(jìn)行自主、獨(dú)立、系統(tǒng)的自學(xué)，使課堂教學(xué)具有延伸性，達(dá)到提高課堂教學(xué)效率的目的。[5]

檢測技術(shù)與單片機(jī)原理都是電氣類專業(yè)非常重要的專業(yè)課，它們的特點(diǎn)是課本上的理論內(nèi)容都比較空洞，學(xué)生學(xué)起來沒有真實感，學(xué)生要學(xué)好這類課程最好的辦法是在實踐中獲得真知。教師在授課的同時，可以通過給學(xué)生下達(dá)具體任務(wù)的方式引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生帶著任務(wù)去學(xué)習(xí)，教師起指導(dǎo)作用，充分調(diào)動學(xué)生的實踐積極性，不僅加深所學(xué)課程知識點(diǎn)的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力和解決實際問題能力。

以筆者所在學(xué)校2010級農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)中一個課程設(shè)計為例，針對不同負(fù)載電機(jī)工作溫度如何變化的實際檢測問題，要求一組學(xué)生使用一種溫度傳感器，實現(xiàn)電機(jī)工作時溫度數(shù)據(jù)采集的功能。學(xué)生要完成這個任務(wù)，首先要分析這個解決問題的過程中要用到多少知識，忘記的知識要重新復(fù)習(xí)，然后小組成員要交流，討論，最后制訂解決方案。

學(xué)生完成任務(wù)的過程如下：掌握AD590溫度傳感器的工作原理；熟悉AT89S52單片機(jī)的工作方式及軟硬件資源；進(jìn)一步掌握Protel軟件協(xié)同開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)方法；最終實現(xiàn)測溫以及將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行LCD顯示的功能。

在總結(jié)報告中學(xué)生指出：通過對相關(guān)資料的查閱，提高了對所需資料的提取能力；對整合理論知識與實踐操作的能力有了很大的提高；在畫PCB原理圖的過程中讓自己更加熟練了Protel軟件的應(yīng)用；在實際操作過程中，通過自己動腦思考、查閱大量的資料，逐步發(fā)現(xiàn)問題、處理問題。從方案選擇，器件選擇到電路連接，從寫控制程序到系統(tǒng)調(diào)試，各個部分都在動腦思考、跟小組成員交流討論、請教老師，不僅進(jìn)一步掌握了焊接的方法，在編程和調(diào)試的過程中更加熟練地掌握了各類工程軟件的運(yùn)用，也更進(jìn)一步熟悉和掌握了傳感器、單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等芯片的基本功能和工作原理。通過完成本次任務(wù)，小組成員也發(fā)現(xiàn)了自己還有很多不足，走了不少彎路，在最初篩選器件時沒有考慮周全，急于求成，以致半途而廢；在硬件調(diào)試時，也曾接錯線路，讓本組成員深深感受到在做任何事情時，需要的不僅是知識，還需要細(xì)心、耐心，需要團(tuán)體的合作和交流。

三、結(jié)論

實踐證明，在一些抽象難懂的專業(yè)課教學(xué)中，應(yīng)用“問題解決”教學(xué)模式，通過創(chuàng)設(shè)合理的問題情境或下達(dá)解決問題的任務(wù)，以問題的解決為主線，幫助學(xué)生主動建構(gòu)知識，教師對反饋的問題進(jìn)行指導(dǎo)、總結(jié)。把學(xué)習(xí)的自主權(quán)交回給學(xué)生，讓學(xué)生真正成為課堂教學(xué)的主體，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時從根本上提高了學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)新問題、分析新問題和解決新問題的能力，提高了科學(xué)探究能力和團(tuán)體合作能力，有利于創(chuàng)造能力的發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊曙光.“問題解決”教學(xué)法的探索與實踐[J].大學(xué)數(shù)學(xué)，2008，

24（6）：193-196.

[2]張?zhí)O.大學(xué)生問題解決能力培養(yǎng)研究[J].北京城市學(xué)院學(xué)報，

2013，（4）：90-96.

[3]寧立新.問題解決教學(xué)模式在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2009，（6）.

[4]陳建華.“問題解決”教學(xué)若干問題研究[J].教學(xué)新論，2011，（8）：

67-69.

[5]梁中波，馮金洪.“問題解決”教學(xué)模式的研究與實踐[EB/OL]. http：//www.guangztr.edu.cn/oldwww/gztr/jxgg/jxgg/wtjj.htm.

（責(zé)任編輯：王意琴）