淺析多媒體+板書教學對機電專業課程教學質量的影響

摘要：多媒體教學和板書教學是當今兩種應用最為廣泛的教學模式，為探索不同教學模式對機電專業課程教學質量的影響，筆者將兩者相結合并在“Electro-Hydraulic Control Techniques and Applications of Launching Systems”課程教學中進行了一定的實踐探索，該課程是面向機電方向的研究生課程，具有多學科交叉融合的特征。基于教學實踐工作，筆者淺析了不同的教學模式對于教學質量的影響，以期為機電專業課程教學模式探索提供一些參考。

關鍵詞：多媒體教學;板書教學;機電專業;教學質量

機電專業是典型的工科專業，具有多學科交叉融合的特征，為我國現代化工業建設培養了大量人才。機電專業課程要求學生掌握必要的基礎理論知識的同時，具備較強的解決實際工程問題的能力。在“互聯網+”的時代背景下，機電專業課程的教學模式相較于傳統模式有了非常大的改變，諸如多媒體教學、網絡公開課、翻轉課堂等相繼應用于機電專業的課堂教學。然而，其中多媒體教學仍然是目前高校機電專業課堂教學的主要模式，傳統的板書教學在機電專業課程的教學中逐漸被放棄。筆者所承擔的“Electro-Hydraulic Control Techniques and Applications of Launching Systems”課程是一門面向機電專業的研究生課程，具有明顯的工程應用背景和復雜的理論內容等特點，這門課程主要講授電液伺服控制技術及其在火箭導彈武器發射系統中的應用，涉及典型火箭導彈發射系統的組成、液壓回路、控制系統組成及工作原理等內容，同時也包含最為核心的內容：介紹前沿的電液伺服非線性控制算法，如反饋線性化控制、自適應控制、滑模控制、自適應魯棒控制等等，并使學生學會采用數值仿真軟件實現所學控制算法。筆者通過將多媒體和板書教學綜合應用于該課程的課堂教學中，淺析兩種教學模式對于課程教學質量的影響。

一、多媒體教學模式的應用

多媒體教學模式廣泛應用于各個高校的機電專業課程教學中，逐漸成為高校主流的教學模式。它是集文字、圖像、動畫、視頻等多種素材為一體，教師利用電腦、投影儀或其他電子設備為載體，提前制作課件，采用邊放映邊講解的方式為學生呈現教學內容的教學方式。多媒體教學模式具有諸多顯著的優點：由于多媒體教學可采用文字、圖像、視頻、動畫等形式直觀地將課程內容展示給學生，因此可大大節省教學時間，提升教學效率;多媒體教學信息量大，教師可以在制作課件的過程中通過互聯網更新豐富的前沿資料;此外，多媒體教學可以使課堂教學活動變得活潑生動有趣，富有啟發性，從而活躍學生的思維，激發學生的興趣。

盡管筆者所承擔的這門課程側重于電液伺服系統非線性控制方法的講授，但這些控制方法有明確的應用對象，即火箭發射導彈武器發射系統，控制算法需基于控制對象的數學模型進行設計。因此，了解并掌握火箭導彈發射系統相關的基礎知識，可為后續控制理論算法的講授奠定基礎。為此，在本課程教學中，筆者利用多媒體教學模式的優勢，采用課件講授的形式介紹本課程的研究背景和研究對象。此外，為使學生掌握采用數值仿真軟件實現所學的控制算法，教師應在課堂上利用多媒體設備向學生展示軟件的一些基本操作，簡單控制算法的編程實現等等。具體地，為使學生更好地掌握本課程內容，有效利用多媒體教學模式，需做以下工作：

（1）多媒體教學課件的制作。一個制作精良、內容豐富、重點突出、邏輯清晰的教學課件是教師講課思路的結晶，對于牽引課堂教學、提升教學質量具有重要的影響。本課程的教學課件主要用于介紹火箭武器系統的發展史、現代火箭導彈發射系統的組成、液壓回路圖、控制系統組成及工作原理等內容。為了更加全面、清晰地展示火箭武器系統地發展史，需搜集大量的相關素材，包含各歷史時期國內外不同型號的火箭炮圖片，梳理其核心的技術參數，使學生了解火箭武器的發展歷程及我國火箭炮與其他國家之間的差別。此外，對于火箭發射裝置的液壓回路圖、電液伺服控制系統的組成及工作原理，則應大量運用動畫、視頻、原理框圖等形式代替簡單的文字描述，從而將課程內容更加生動地展現給學生，以增強學生的興趣，使他們對于相關知識點的記憶更加深刻。例如，對于火箭導彈發射液壓系統回路圖，可通過制作動畫體現液壓油路的切換、油液在執行器腔內的流動，以不同的線條顏色區分進油路和回油路，則更容易使學生掌握其工作原理。

（2）深入淺出的課堂講解。基于制作的教學課件，教師的課堂講解是決定教學質量的關鍵因素。在課堂講解過程中，不應機械地照著課件內容傳授知識，給學生一種“念PPT”的不良感覺，而是應從傳授知識本身出發，充分體現學生的主體地位，調動學生的學習興趣，提高課堂參與度，讓學生的興趣和思維緊緊圍繞所學知識展開，形成氛圍好、互動性強的課堂環境。此外，針對課件內容的講解應做到深入淺出，既傳遞需要學生掌握的專業基礎知識，又能對知識點做進一步擴充和延伸，結合工程實際使學生更為全面深入地理解所學內容。

（3）仿真軟件操作演示。除了采用課件教學之外，考慮到本課程的特殊性，筆者借助多媒體技術講授控制仿真模型的建立，控制算法編程實現等內容，使學生掌握將所學控制算法理論應用于實際物理系統的能力。盡管數值仿真軟件的基本操作可由學生在課后自學完成，但對于本課程所授的復雜非線性控制算法的編程實現較為復雜，學生自學的周期普遍較長，難以在規定時間內完成課程設計任務。因此，筆者在教學過程中以一種典型的非線性控制算法為例，基于Matlab/Simulink仿真軟件，利用多媒體設備向學生演示如何利用Simulink模塊搭建火箭導彈發射裝置電液伺服系統的仿真模型，以及控制算法編程的步驟、典型算法運算的代碼實現方式、算法編寫完成后如何進行參數調節等，同時在課堂上展示控制算法的仿真結果，讓學生體會如何將理論運用于實踐，進而加深他們對于理論的理解。

二、板書教學模式的應用

盡管多媒體教學有著諸多優點，但并不適合于電液伺服非線性控制算法理論的講授，原因在于控制算法理論屬于復雜的數學問題，涉及公式的推演、引理的證明等難以通過課件講解的內容，而傳統的板書教學則顯得十分的契合。板書教學是教師借助板書，采用文字、符號、線條等方式為學生呈現教學內容，使知識條理化、系統化的教學方式。盡管板書教學相對于多媒體教學，在圖片、視頻、音頻等方面難以達到類似形象生動的效果，但板書教學也有著獨有的優勢，一方面在于教師在教學過程中書寫的板書是會隨時被擦除的，不像課件可以在課后進行拷貝，因此將促使學生在課堂集中注意力聽講并記錄相關的授課內容，而多媒體教學過程學生則存在僥幸心理從而忽視課堂教學;另一方面，在講解具有大量數學公式推導的內容時，板書教學具有天然的優勢，教師在黑板上一筆一畫地推導，并伴隨一些肢體上的引導，學生跟著教師的思路進行思考，有助于學生對于抽象內容的理解，提高學生的課堂專注度，從而提升課堂教學質量。

在本課程的教學過程中，筆者通過梳理幾種控制算法之間的遞進關系，由簡到繁地給學生依次講授，包含建立數學模型、分析控制算法設計的假設條件、控制算法的設計及系統閉環穩定在證明，引導學生跟隨老師的思路完成算法的學習，同時通過對學生提問的方式及時發現學生難以理解和掌握的知識點，再著重進行講解，以便學生更好地掌握算法理論。具體地，本課程的板書教學部分需做以下方面的工作：

（1）提前做好板書的設計。講授抽象的課程內容對于板書的設計要求較高，教師應在課前深入地鉆研擬授課內容，梳理各部分之間的邏輯關系，從而對授課內容進行全面的概括和整理。例如，針對魯棒控制、自適應控制和自適應魯棒控制算法的設計，分析三部分內容之間的邏輯關系，魯棒控制和自適應控制是處理系統模型不確定性的兩大類方法，而自適應魯棒控制則是兩者的有機結合，因此在板書設計時應盡量將這三種控制算法的核心設計步驟同時展示在黑板上，以使學生更直觀地理解它們之間地區別和聯系。此外，板書設計時應考慮如何突出每節課的重點和難點，合理規劃板書的篇幅和時機。如不提前設計好板書，教師在課堂上隨意發揮則容易導致學生學習思路混亂，理不清課程內容的內在關系，抓不住重點，從而影響教學質量。

（2）工整的板書書寫。教師的板書水平對于課堂教學質量有著重要的影響，工整、優美的板書可以給學生良好的觀感，同時也讓學生更容易把注意力集中在課堂內容上，雜亂無序或者字跡潦草的板書則會導致學生對內容理解上的偏差。對于有些復雜的理論內容，僅從煩瑣的公式展示難以從宏觀層面進行理解，此時在板書時若能配以邏輯清晰的原理框圖，做到一定程度上的圖文并茂，則可以更加有助于學生理解。另外，對于控制算法設計或者理論證明上的關鍵步驟的書寫，可采用不同顏色予以區分，保證板書內容具有較為明顯的差異性，這樣可以給學生提供一定的視覺沖擊，對于提升學生的注意力也會起到一定的作用。

（3）循循善誘的課堂板書教學。在板書教學模式的課堂上，教師憑借的工具只有粉筆和黑板，因此在加強教師和學生互動的同時，教師應充分發揮板書對課堂的引導控制作用，引導學生進行思考，激發學生的學習興趣，從而更好地實現教學目標。以自適應魯棒控制算法設計的講解為例，關于自適應魯棒控制律中的非線性魯棒項的設計需滿足的兩個必要條件以及非線性魯棒控制律的構型學生往往難以理解，在講解這部分內容的過程中教師可通過試錯法、反證法等手段向學生展示算法設計的內在必然性。由于非線性控制理論相關的內容對于機電專業的學生來說是完全新的內容，之前沒有相關基礎課程作為基礎，因此教師在課堂講解過程中，需注意速度和節奏的把握，每講完一個關鍵的知識點需留出一定的時間給學生理解消化，并通過提問的方式解決學生存在的難點或疑點，從而使其真正掌握本課程的控制算法理論。另外，引導學生積極參與板書也是非常重要的，這不僅可以檢驗他們對于課程內容的掌握程度，還可以進一步發展他們的思維和創造能力。

三、多媒體+板書教學模式對教學質量影響的分析

筆者基于“Electro-Hydraulic Control Techniques and Ap-plications of Launching Systems”這門課程的教學實踐工作，淺析多媒體+板書教學模式對教學質量的影響如下。

（1）對于偏應用的內容部分，更適合采用多媒體教學模式，通過圖片、視頻或音頻作為切入的話題，可以增強學生的興趣和參與意愿。多媒體教學模式下的教學質量與教學課件的制作水平息息相關，一個制作精良、內容豐富、重點突出、邏輯清晰的教學課件是高質量課堂教學的前提，對于牽引課堂教學、提升教學質量具有重要的影響。此外，在多媒體教學課堂上，教師如何充分發揮多媒體教學模式的優勢、形成氛圍良好、互動性強的課堂環境，也是提升教學多媒體教學質量的關鍵。

（2）板書教學模式適合講授復雜、抽象的工科理論專業課內容如大量的公式推導、煩瑣的數學計算、復雜的重點難點知識的講解等，板書的內容設計的合理性和靈活性、板書的書寫次序、書寫節奏、公式的解釋、分析、推理、邏輯思路、引導學生積極參與板書等都對教學質量有一定的影響，過于枯燥、單調的板書只能使學生喪失學習的積極性和主動性，不利于教學質量的提升。

（3）多媒體+板書教學模式的應用，以板書教學為主講授抽象的理論內容，以多媒體教學為輔講授課程研究背景和應用對象，充分發揮了兩種教學模式各自的優勢，非常適合多學科交叉融合的機電專業課程教學，相較于單獨的多媒體或板書教學，可以激發學生學習興趣、活躍課堂氣氛的同時，又使得授課內容重點難點突出，加深學生對于所學內容的記憶，使學生學會思考的方式，從而更全面深刻地掌握教學內容，顯著提升機電專業課程的教學質量。

四、總結與展望

為揭示多媒體和板書教學模式對機電專業教學質量的影響，筆者以所承擔的“Electro-Hydraulic Control Tech-niques and Applications of Launching Systems”課程為例，通過實踐多媒體+板書綜合的教學模式，對于兩種模式對課程教學質量進行了簡要分析。由分析結果可知，兩種教學模式均有各自的優缺點，多媒體與板書教學模式的有機結合可以綜合兩者的優勢，有利于機電專業課程的教學質量提升。因此，對于機電專業課程的教學，應充分利用多媒體和板書教學的特點，合理分配教學內容，做到兩種教學模式相輔相成，共同促進教學質量的提升。

作者簡介：鄧文翔（1991— ），男，江西贛州人，博士，南京理工大學機械工程學院講師。