拋錨式教學模式在《機械工程控制基礎》課程教學中的應用探索

林華　許鋒　曹昌勇

摘要：機械專業《機械工程控制基礎》課程抽象、理論性強、涉及知識廣，學生在學習中容易出現動力不足、畏難情緒大等情況，針對此門課在教與學中出的問題，本文將拋錨式教學模式在教學過程中進行了應用，結果表明此模式的應用明顯有助于提高學生的自主學習能力，提高了教學效果。

關鍵詞：機械工程控制基礎；教學模式；拋錨式；自主學習

引言

《機械工程控制基礎》是機械專業的一門重要理論基礎課之一，是學習后緒機電一體化方面課程的基礎。它不僅是一門基礎課，更是培養學生應用能力和創新能力的基礎，課程本身具有較強的理論性和實踐性，涉及知識面廣，與工程實際聯系緊密，加上現在的大學教育活動趨于短學程化，各類大學在開設本課程時均壓縮至32課時左右，且諸多高校在大三上學期開設，且在之前沒有開設積分變換、復變函數等課程，所以導致學生在學習本課程時，感到學習目標不明確、空洞乏味、力不從心，最終導致學習主動性不足，學習效果較差[1-3]。

課程教學是理實一體的教學過程，在教學過程中能不能用行之有效的方法激發學習興趣，使學生主動學習，培養專業素養，學生在學習中能不能有利于感悟學習方法、掌握理論體系，是培養合格的專業人才是重要因素。

拋錨式教學是眾多教學模式中的一種，有時稱為“實例式教學”或“基于問題的教學”或“情境性教學”。本文將此種教學模式應用于《機械工程控制基礎》的課程教學中進行了嘗試。

1.課程教學現狀

《機械工程控制基礎》是機械、電子、控制、數學、信息領域的交叉學科，主要以控制論為基礎理論，研究機械工程中有關信息的傳遞、反饋及控制，研究機械系統的動態特性，主要解決控制理論和系統的兩大類問題——系統分析和系統設計。此課是一門學科更是一門方法論，所以在教與學的過程中不僅要注重基礎理論，更是要重視抽象思維與一般規律，并且要與機械工程實際緊密聯系。

控制不像某些專業課那樣有很強的專業性，學生在此門課程的學習時，幾乎要涉及到以往所學的全部數學知識，甚至有些根本沒有學過，還需要用到電學、動力學等知識，知識多且雜，對于數學基礎薄弱的，自主學習能力不強的，往往會感到力不從心，漸漸就會尚失學習興趣。

而在教學中，面對理論體系龐雜、數學推導和計算瑣繁無比的這門課，必須要在32課時內進行系統全面的講授。一直以來諸多高校包括筆者所在的學校，教學一直采用課堂講授，教師按照自己的理解傳教知識、學生在面對考試怪獸的壓力下去學，可謂“教的抽象”與“學的機械”之間的矛盾突出。

2.拋錨式教學模式

明顯傳統的教學模式已經無法從容面對上述矛盾了，老師們除了精心設計、準備教案、課堂練習與討論外，還需從改革教學模式上去嘗試和努力。如何在教的過程中使學生獲得知識并能靈活運用，是教師的任務和使命。

教學模式是在一定教學思想或教學理論指導下建立起來的較為穩定的教學活動結構框架和活動程序。

拋錨式教學，這種教學要求建立在有感染力的真實事件或真實問題的基礎上。確定這類真實事件或問題被形象地比喻為“拋錨”，因為一旦這類事件或問題被確定了，整個教學內容和教學進程也就被確定了（就像輪船被錨固定一樣）。

拋錨式教學模式其理論基礎是建構主義。建構主義認為，學習者想要獲得知識和對事物的最好理解，最好的辦法是讓學習者到現實世界的真實環境中去感受、去體驗（即通過獲取直接經驗來學習），而不是僅僅聆聽別人（例如教師）關于這種經驗的介紹和講解。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、主動發現知識，強調對所學知識意義的主動建構”[4]。

由此可見，教師在教學過程中應積極創設情境，確定問題，讓學生主動去學，這樣充分調動學生學習的主動性，可以使教學效果大大改觀。具體應從以下幾個方面努力：

2.1 創設情境

創設的情境使學習能在和現實情況基本一致或相類似的情境中發生。這便需要教師充分吃透知識點，高屋建瓴，可以播放國內外經典事件的視頻、動畫、以及現實中最常見的一些事情或事物，如：流體伺服機構、液壓隨動系統、蒸氣機離心調速器、恒溫箱、數控工作臺等，也可以引入教師自己的科研方向的事例，筆者就經常引入大學生智能車競賽中的攝像頭組、光電組、電磁組的控制實例視頻和問題來導入和分析控制系統，充分激發了學生的學習興趣。

2.2 確定問題

在上述情境下，選擇出與當前學習主題密切相關的真實性事件或問題作為學習的中心內容。選出的事件或問題就是“錨”，這一環節的作用就是“拋錨”。

工程控制這門課程的核心就是圍繞“輸入-系統-輸出”三者展開的系統分析與設計，經過分析系統、建立模型、施加不同的輸入信號分析其不同的響應輸出、穩定性判定及校正、最終希望系統的性能指標達到要求。那么在設置情境或問題時、在分析問題時要圍繞輸入、系統、輸出這三要素展開，構建知識體系。

如在講解第二章數學模型里的傳遞函數框圖的建立時，可以直接給出之前所建立過的電機控制方程，提出問題如何將這些方程按照信號在系統的中傳遞順序，將輸入放在左邊，輸出放在右邊，構建傳遞函數方框圖。又如在講解二階典型環節時，舉出實例：“旋轉運動的J-c-k系統，在力矩 M 作用下扭轉”，確定問題，輸入是M，輸出是旋轉，此時目標是求解系統的傳遞函數。教師也可以在講解此環節時引入Matlab軟件進行仿真設計來輔助教學，亦可與實驗的內容相結合來講[5]，使得環節與圖示一目了然，效果更佳。例子很多，可見在教學中，一定要充分舉例，拋出問題，引導學生按照輸入-系統-輸出的思路去分析問題，可以充分調動學生的學習主動性，活躍了課堂氣氛，顯著提高了教學效果。

2.3 自主學習和協作學習

在這里不是由教師直接告訴學生應當如何去解決面臨的問題，而是由教師向學生提供解決該問題的有關線索，并特別注意發展學生的“自主學習”能力。可以通過討論、交流，通過不同觀點的交鋒，補充、修正、加深每個學生對當前問題的理解。

如在講解奈氏穩定判據時，提出問題：“開環為最小相位系統時，只有三階及其以上，其閉環系統才有可能不穩定。”讓學習主動去根據例題以及判據內容去分析這種問題的結論為什么是這樣。 又如在實驗課中，學生不要只單單的完成實驗指導書的幾個驗證性的圖形繪制或原理驗證，教師應要求學生，自主改變傳遞函數中的控制參數，并設計不同的控制目標，這樣才有助于提高的學習興趣，提高了對知識的掌握熟練程度也提高了對仿真軟件的認識及操作。

2.4 效果評價

《機械工程控制基礎》是理論性與實踐性結合很強的一門課程，對學生的評價不能單單依賴最終的期末考試卷面成績，我們應該改革傳統的考核方式，建立一種考核機制——教學全程考核模式，降低期末考試在總成績中的比重，使成績構成多樣化。這樣的考核內容與方式才能有效激勵學生自主學習，應該有助于提升學生的專業素養。

拋錨式教學中學生解決問題的過程就是學習過程，該過程能直接反映出學生的學習效果。所以教師在教學中要更加注意觀察學生的表現并記錄。這種打分最終應與平時的考勤、作業、實驗、卷面成績等一起進行考核，形成學生的學科成績。

3.結束語

本文針對《機械工程控制基礎》課程在教與學的過程中存在的問題，將拋錨式教學應用于課程教學，更加注重教學中情境教學、實例教學、問題導向，更加注重引導學習過程中的興趣激發、自主學習、協作學習，最后建立了與之相對應的多元考核模式，實踐證明，此教學模式的應用能有效提高教學效率與質量。

參考文獻

[1]楊叔子，楊克沖等.機械工程控制基礎[M].第六版.華中科技大學出版社，2011.

[2]鄒方利，肖莉.應用型工科院校《控制工程基礎》課程教學方法探析[J].教育教學論壇，2014.9（36）：48-49.

[3]張超鋒.《機械工程控制基礎》的引導性教學探討[J].科技信息，2013.1：138.

[4]阮中燕，范晉偉等.機械控制工程基礎課程主動學習教學策略研究[J].中國現在教育裝備，2014.17（207）：48-50.

[5]曹昌勇，張曉東.機械工程控制基礎課程教學方法改革[J].高師理科學刊，2013.1（33）：99-101.

作者簡介：林華（1984-）安徽東至人，講師，主要從事機電一體化系統的研究。

基金項目：皖西學院委托課題2013zb16；2013zb53。