超前回饋實驗、演示實驗與自動化控制教學

姜榮東

（滄州師范學院機械與電氣工程學院，河北滄州 061001）

認知規律是高等教育理論的核心，建構主義是高等教育的宏觀指導原則，同化論則是高等教育具體實踐的微觀行為準則。這三大理論的有機結合構成了當今我國高等教育的基本理論的主要內容。如何貫徹教育部啟發互動式教學的指示精神，全國各高校都進行了各種各樣的改革與實踐。然而超前回饋實驗和演示實驗的設計與應用，無疑是簡單、實用和有效的。

1 超前回饋實驗、演示實驗

超前回饋實驗是使實驗教學有目的、有計劃地超前于理論教學，并在完成每一個實驗任務的同時，提出下次或下下次理論課將要接觸到的理論知識命題，使學生充分了解實驗的目的及完成實驗所需要的知識，掌握相關操作技術。在實驗教師的指導下，要求學生認真觀察教師指定的實驗現象、記錄老師提出的問題。指導教師對學生的不理解和提出的疑問不必做出回答，讓學生帶著問題課下去思考。而這些問題正是以后課堂教學的重點內容。該實驗的設計，可讓學生在有限的時間和空間內獲得最大的物理、化學、生物等自然現象的信息量，使其有力地配合課堂教學。實驗課中的“隱沒”與理論課上的“顯現”前后呼應，將兩課有機地聯系在一起，可激發學生的思維和興趣，調動他們的學習熱情。

演示實驗是課堂教學實施啟發互動教學的“短平快”，它應屬于超前回饋實驗范疇。演示實驗能夠為學生提供豐富的感性材料，幫助學生建立思維模型，克服知識的難點，或為科學結論和規律提供實證。

啟發式互動教學需要學生對一些自然現象有所感知、感覺。如果學生沒有一點對相關自然現象的觀察、感知作基礎，那你靠什么去“啟發”，又靠什么去“互動”呢？隨著理論學習的不斷深入，所涉及到的一些重要現象在日常生活中幾乎觀察不到。感性知識越來越少，與理論相關的信息只能靠實驗直接或間接得到，但受諸多條件的限制（如環境、設備、時間、技能等），可供感覺、感觀的實驗越來越少。因而，有人過于強調用多媒體技術來解決這一困難，但過多使用多媒體技術而獲得相關信息，一則占用課堂時間較多，二則減少甚至斷絕了學生身臨其境感受實踐的過程，這對于學習自然科學的學生們來說，是一件十分可怕的事情，因過分強調一方面，而忽視了另一方面的歷史教訓值得注意。有目的有針對性地設計部分實驗（除超導、高能粒子對撞實驗外），則顯得更加明智和必要。超前回饋實驗的設計就能有效地解決上面所提到的困難，在有限的時間和空間內最大限度地讓學生觀察物理現象，感知變化過程，為推理思維提供更多的信息。

2 超前回饋實驗、演示實驗在自動化控制教學中的應用

自動控制理論是研究自動控制共同規律的技術科學。它的發展初期，是以反饋理論為基礎的自動調節原理，主要用于工業控制。隨著現代應用數學新成果的推出和電子計算機的應用，主要研究具有高性能、高精度的多變量變參數的最優控制問題，主要采用的方法是以狀態為基礎的狀態空間法。目前，自動控制理論還在繼續發展，正向以控制論、信息論、仿生學、人工智能為基礎的智能控制理論深入。這是一門非常重要的理論課，然而多年來，學生們一直感覺深奧、枯燥難懂。為了克服學生們的畏難情緒，盡可能的讓學生們通過實驗去發現問題、思考問題。教師以實驗中觀察到的現象素材去啟發學生，這樣才產生良好的互動效果。例如，在講授自動控制系統概念時，插入一個液位控制的演示實驗，一個帶有水漂的自動控制流量的自控水箱，突出展示不可缺少的“基于反饋控制原理的反饋控制環節”的作用。又如，當理論課講到多變量控制系統前1-2周時，實驗教師要在某一單變量控制系統實驗后插入一個2-3個變量的控制系統的超前回饋實驗，用于課上理論學習之用。實驗應在教師指導下完成，只要求學生觀察現象，至于為什么，如何控制的問題不做回答，學生可以帶著問題課下去討論分析。這些問題正是下周理論課要講的內容，當課堂上老師將這個實驗現象作為啟發素材時學生就會很投入地與教師互動起來。

3 超前回饋實驗、演示實驗教學手段的推廣

超前實驗的設計，也不需要改變原實驗課的教學計劃。它并不需要刻意去單獨安排，教師可根據課堂教學的需要，靈活安插在某一個實驗課的后10-15分鐘完成即可。如果是面向全校開設的基礎課程，人數眾多，而每次實驗課的人數又是有限的。因此，很難在某次理論課前安排一輪統一內容的實驗課，這就需要教師課上安插一個超前“演示實驗”，同樣可起到積極的效果。

通過對多所不同院校、不同專業以及不同年級學生的問卷調查，反映效果良好。93.9%的學生認為使用該方法后的教學質量與沒有使用該方法前時相比有了明顯提高。它的可操作性強，完全適合于高等學校自然科學各專業教學。該方法還可推廣到可以推廣到經濟、管理及教育等有實驗課的專業，超前實驗的設計不亞于用典型案例授課的教學效果。

超前回饋實驗、演示實驗的應用，在指導思想上與認知規律是一致的，在知識獲得的過程上與建構主義的理論是相符的，在具體細節的處理上與同化論的觀念是相同的。它是認知規律的具體踐行，它是能力建構的縮影，它是同化論應用的典范。超前回饋實驗、演示實驗用于理論課教學是我國高等教育深化改革的需要，是素質教育、創新人才培養不可或缺的手段和方法。