《機械工程控制基礎》課程教學實踐與反思

夏博　胡雪　曾海峰　葛云　魏敏　張立新

摘? 要：《機械工程控制基礎》課程是機械設計制造及自動化專業的專業基礎課之一。目前，學生在學習過程中遇到諸多問題，包括課程內容多難度大、學生數學基礎薄弱、學生知識遷移能力弱。為解決上述問題，本課程組成員開展基于羅杰斯人本主義理論的教學實踐，并最終獲得較好的教學效果。通過分析本教學實踐前后班級的成績可知，實施基于羅杰斯人本主義理論的教學實踐后，學生成績顯示優秀率提高11.11%，及格率提高10.31%，課堂教學效果顯著提升。

關鍵詞：控制原理;機械工程;人本主義;教學實踐;教學反思

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）16-0024-04

Abstract： The control principle of mechanical engineering is one of the basic professional courses for the major of mechanical Engineering. The students encounter many problems in the learning， such as the content difficulty and a great deal of theory formula deduction. In order to solve the above problems， the course group carriesout teaching practice based on Rogers' humanism theory. A better teaching result is finally achieved. Through the analysis of the results of the class before and after the teaching practice， we can see that the teaching effect has been greatly improved. The excellent rate has increased by 11.11% and the passing rate has increased by 10.31%.

Keywords： control principle; mechanical engineering; humanistic theory; teaching practice; teaching reflection

一、問題與現狀

機械工程控制基礎是機械設計制造及其自動化專業的一門專業基礎課[1]，也是本專業核心課程之一。該課程以控制論為理論基礎，研究機械工程中廣義系統的動力學問題。本課程的主要任務是通過“課堂教學+小組研討+歸納總結+上機實踐”聯合教學方式，使學生掌握控制理論思維方法，掌握機電系統的數學建模、時頻域性能分析和系統穩定性與矯正等基本知識和基本技能;具有對復雜機械系統的控制問題進行分析、求解和論證的能力。由于該課程涉及較多的控制理論模型和數學邏輯推導，最終導致學生學習困難，學習效果不理想。該課程教學過程中，存在以下問題：（1）課程基本概念較多，且在理解概念時必須具備高等數學、復變函數、電工學、理論力學等基礎知識，課程邏輯某環節跟不上，導致后續內容學習效果很差;（2）學生即便掌握了機械工程控制理論知識，但針對具體工程問題時，因缺乏知識遷移能力，仍缺乏復雜機械系統控制問題的分析、求解和論證能力。

針對上述教學過程中存在的問題，本課程組老師采用靈活多樣的教學方法，利用小組討論等教學手段，增加學生的課堂參與度;利用總結歸納等教學方式，幫助學生形成知識結構和脈絡;利用上機實踐等教學方法，促進學生理解復雜工程問題中的結果、參數對系統性能的影響。基于羅杰斯人本主義理論思想，以學生為中心，將學生置于課程主體地位，最終實現了“寓教于樂”的新型教學理念，降低學生對本課程的抵觸心理，提升學習效果。

二、羅杰斯人本主義理論內涵

人本主義者認為：“行為和學習是知覺的產物。一個人大多數的行為都是他對自己看法的結果。從某種意義上說，學習即成為，成為一個完善的人是唯一真正的學習[2]?！绷_杰斯的人本主義理論關注學習內容與個人的關系[3，4]。在他看來，意義學習是人本主義的、以學習者為中心的、以過程為定向的學習方式的重要核心。羅杰斯人本主義理論內涵包括以下幾點：（1）人類生來就有學習的潛能。學習者總是懷著一種心理矛盾渴望發展和學習，學習者的好奇心在學習過程中因獲得了學習經驗而變得遲鈍。（2）當學習者察覺到學習內容與他自己的目的有關時，便產生意義學習[5]。在這種情況下，學習者會將內心深處對知識、經驗、技能的愿望和學習潛能被全部釋放出來。（3）通過傳授者為學習者設計某些場景，讓學習者直接體驗實際問題，經過切身體會和強化訓練，才能獲得真正的意義學習。（4）當學生負責任地參與學習過程時，學生自己能夠選擇學習方向、尋找學習資源、闡述學習問題、決定行動路線、承擔選擇后果，才能夠增強意義學習效果。本課程組成員基于上述羅杰斯人本主義理論內涵與實質，開展教學實踐活動，最終確立了“學生為主體，教師為輔助”課堂教學模式，為學生設置合理的學習情景，引入工程案例，讓學生直接面對工程問題，激發學生的責任感和自信心，強化意義學習效果。

三、基于羅杰斯人本主義理論的課程教學實踐與反思

（一）教學實踐與案例分析

本課程組成員對《機械工程控制基礎》課程中存在的問題和現狀進行了分析，學生學習時遇到了較多困難，課堂教學效果不理想。接下來，以本校機械設計制造及其自動化專業為例，進一步針對基于羅杰斯人本主義理論的機械工程控制基礎課程的教學實踐進行深入闡述。該課程共計40學時，2.5學分;采用楊叔子、楊克沖主編教材作為課程主要參考教材。筆者選取本校機制2014級1班和2015級1班為例，兩班學生在當年的招生規模和錄取分數方面保持統一標準。兩班學生基礎能力基本相當，使用相同版本人才培養方案，均已先修相關前序課程。因此，兩班學生在本門課程的學習中不存在專業障礙，難度相同?；谏鲜銮闆r，筆者開展基于羅杰斯人本理論的機械工程控制基礎教學實踐。案例如下：

案例一：第一章第三節“反饋”，要求學生能夠正確構建系統的控制框圖。

1. 學習情景：首先，以發動機離心調速系統為例，如圖1所示，為學生設立如下思考問題：

（1）被控對象是什么？

（2）被控量是什么？

（3）通過什么元件實現了目標值的設定？

（4）控制信息如何傳遞和反饋？

2. 小組討論：通過設置具體的學習情境，調動學生的積極性，讓學生直接參與學習過程，建立意義學習過程。通過小組討論，學生渴望通過自己的努力回答上述四個問題。經過討論，最終得知被控對象是發動機，被控量是轉速，通過預緊彈簧元件實現了目標值的設定。

3. 強化練習：激勵學生繪制控制信息傳遞的系統框圖，如圖2所示，促進學生思考發動機離心調速系統的工作過程和工作原理。

4. 案例小結：以此為例，根據機械控制系統的工作過程和工作原理，引導學生思考工程中的機械控制系統的基本組成、特點、基本物理量、被控量、給定量、控制量、擾動量，構建正確的機械系統控制框圖。通過設置合適的案例，引導學生討論和思考，形成正確、統一的認知。

案例二：第二章第二節“非線性方程的線性化”，要求學生掌握非線性方程的線性化方法。

1.學習情景：首先，以常見的液壓伺服機構為例，如圖3所示，為學生設立如下思考問題：

（1）輸入值x與輸出值y之間是線性關系還是非線性關系？為什么？

（2）若輸入值x與輸出值y之間是非線性關系，請問該系統是否符合線性化條件？

（3）若要線性化，應該怎么做呢？

2.小組討論：學生根據在日常生活中接觸到的液壓系統的工程案例，思考該系統的輸入值與輸出值之間的關系?？芍到y函數為非線性函數時，系統控制和分析會更加復雜，為了簡化系統，必須進行線性化，方便理解。

3.強化練習：通過思考確定該函數是連續非線性函數，且在預定工作點附近有小偏差運動，符合非線性函數的線性化條件。為了簡化該液壓伺服機構的系統動態特性的數學模型，進行非線性函數的線性化運算。

4. 案例小結：通過設置合適的學習情境和工程案例，確定系統函數是線性函數還是非線性函數。若為非線性函數，確定該非線性函數是否滿足線性化條件，并根據總結歸納的解題思路，讓學生理解并掌握非線性方程的線性化方法。本案例中，學生完成問題的思考和分析過程，同時教師輔助完成總結歸納過程，二者結合起來，幫助學生加深對此知識點的掌握程度，構建知識網絡和解題思路。

（二）教學實踐效果分析

通過對比機械設計制造及其自動化專業2014級1班（28人）成績和2015級1班（27人）成績（如圖5所示）可知，學生期末成績優良率從14.28%提升至37.04%;優良率從0.00%提升至11.11%;及格率從78.58%提升至88.89%，提升了10.31%。從學生成績分布圖可知，機制2014級1班學生成績在90-100、80-90、70-80、60-70、0-60分數段占比分別為0.00%、14.28%、14.29%、50.00%、21.43%;機制2015級1班學生成績在90-100、80-90、70-80、60-70、0-60分數段占比分別為11.11%、25.93%、22.22%、29.63%、11.11%;綜合比較，機制2015級1班學生成績高分人數占比和及格率明顯提高，成績明顯提升。

（三）教學反思

通過《機械工程控制基礎》教學實踐和分析可知，基于羅杰斯人本主義理論的教學方法對于提升本課程的教學效果至關重要。通過本次教學實踐，本課程組教師發現，若要提升課堂教學效果，需進一步調動學生的積極性和課堂參與度。具體措施如下：

1. 設置的工程案例必須貼近實際生活生產，這種學習情境有助于喚醒學生對知識的探索精神和好奇心，調動學生的學習潛能。與此同時，學生通過這一工程實例的學習和講解，會發現機械工程控制理論在實際生活生產的應用方法，使學生明白機械工程控制理論并非枯燥無聊，而是有意義有價值的，使其對所學理論知識產生學習興趣和學習動力。

2. 根據設置的工程案例，必須增加小組討論環節，方可提高教學效果。通過小組討論，能夠激發學生對該工程問題的思考深度和思考廣度，甚至會形成批判性思維;當其他同學提出不同觀點時，學生甚至會反駁對方觀點，提高思辨能力，培養其形成批判性思維，有助于學生開拓視野。

3. 引入工程案例后，教師必須根據學生討論得出的觀點進行歸納總結，并進一步凝練，形成明確的邏輯鏈條和解題思路，幫助學生理解和記憶。如此做有兩大好處：一方面明確學生在課堂中的參與和貢獻，另一方面肯定學生在課堂中的表現及其觀點的正確性，增強學生的自信心，也變相激勵學生積極參與課堂的積極性，真正達到“學生為中心，教師為輔助”學習理念。

四、結束語

隨著高等教育的不斷發展，“學生為中心，教師為輔助”的課堂教學模式愈發受到重視。基于羅杰斯人本主義理論的教學模式能夠有效提高課堂教學質量和課堂教學效果，全面提升學生的認知能力和思辨能力。未來《機械工程控制基礎》課程的講授過程中，本課程組成員將繼續以人本主義理論為指導，進一步總結教學經驗，推廣教學成果，以期為同行們提供更多有效的教學理論支撐和教學經驗推廣。

參考文獻：

[1]周先輝.面向工程能力培養的《機械工程控制基礎》課程教學方法探索[J].高教論壇，2010（1）：81-83.

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[4]張海燕，鄭傳才.羅杰斯的人本主義思想及其人格理論在后進生教育和轉化中的應用[J].教育探索，2007（10）：6-7.

[5]崔林.奧蘇伯爾和羅杰斯意義學習理論之比較[J].遼寧師范大學學報（社會科學版），2006，29（5）：73-75.