技工院校自動控制原理課程之視覺思維教育教學實踐與研究

孟祥毅

[摘要]? 根據職校生的學習能力和綜合素質的客觀實際，沿著控制學科的歷史發展軌跡，將控制論的專業理論教學與學生的三觀教育相融合，從愛國主義、科學素養、工程實踐、科學探究等方面精選教學場景，圍繞軍事、重大歷史事件、生活實用技術方面等素材作為教學經典案例和主要線索，探究基于視覺的圖景思維的教育思想及教學方式方法，培養學生用數學的思想解釋分析控制理論的物理屬性的能力，探索控制理論在學習中的圖景思維一般規律，總結出可行的規范化、標準化思維流程模式。

[關鍵詞]? 視覺思維;轉彎半徑;軌線預測;PID控制

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）37-0202-02

自動控制原理課程的重要意義不僅僅是自動化類的專業理論課程，也是一門具有數學思想和物理屬性的科學思想性課程，其理論主要來源于現代交通運輸的標志性產物艦船、汽車及航空航天的大發展。由此，課程的教學沿著學科的發展歷史軌跡，通過以多媒體的圖像與視頻教學為主要形式，確立軍事、體育，后退式、停直式停車等內容為教育教學的技術載體，豐富的影視及重要歷史事件資料為視頻化教學提供了堅實的物質條件保障。本文主張課堂教學的形態把工程技術案例的數學性分析演算與圖象及視頻化的圖景思維邏輯的教學有機融合，將有限的課時用于多看、多想、多分析的混合式思想性啟發教育，教學圍繞“看”做文章，這種形式適合技工院校學生的認知心理現狀。

一、研究的必要性

大多數院校的授課教學現狀是開篇圍繞教科書中的工業生產典型對象的自動控制為教學主線展開討論，圍繞預設好的集成化的工業過程控制系統實訓裝置和計算機仿真開展教學，教學的邏輯是為后續的工業自動化系統畢業設計服務。這些內容及形式對技校生開展思想啟發教育來說難度還是很高的，聽課率就是最好的教學效果指標。有必要換個角度，從科學技術發展的歷史脈絡出發，從現實生活實用技能角度，借鑒“視覺思維”教學理論，進行視覺化思維教學探索與實踐，解決控制理論數學性描述與其物理屬性闡述論證過程中的數學思維障礙問題。

（一）將愛國主義與專業理論有機融合

控制理論有一個極為重要的知識點——阻尼，阻尼（damping）是指搖蕩系統或振動系統受到阻滯使能量隨時間而耗散的物理現象。用圖景視頻的方式演繹是最好的形式，可選之材很多，軍事題材也是不勝枚舉。根據圖景思維流程的視覺思維理論，可以用線性排列的時間序列逐一展示有關教學視頻，學生會根據其內在的邏輯，自己加工成思維流程。

將具有愛國主義和國防教育意義的教學素材展示給學生，教師首先應是一個愛國者，如果是一個軍事題材的愛好者會更好。

案例一：攝制于1952年的國產黑白戰爭電影《南征北戰》，展現了人民解放軍在山東沂蒙地區發起了圍殲國民黨李仙洲集團的萊蕪戰役。解放軍用繳獲的美制105毫米榴彈炮，準確地把炮彈打到敵人的碉堡，炮彈的爆炸是實彈射擊，有個細節就是炮彈出膛的反作用力使炮身緩慢后縮，這就是阻尼器的作用。值得一提的是，片中演員有很多是參加了當年的這場戰役的解放軍戰士，所用的武器都是真槍實彈，就連兩軍所穿的軍服都是當年交戰雙方的實物。這部電影的誕生，要感謝陳毅元帥的鼎力支持和粟裕大將的親切關懷，令人遺憾的是，看過革命歷史題材的軍事電影的學生為數不多，愛國主義和國防教育在學生的思想意識和文化積淀幾乎是一片空白，這是令人極為擔憂的。

（二）科學素養是控制理論教學的核心能力

選擇處于運動中的汽車這樣一個不穩定的對象為研究話題，通過閉環負反饋的控制，實現在穩定的前提下按照一定的預期參考軌線，實施安全、順暢地精確控制其運動軌跡入軌就位的話題展開圖象思維教學序列。學生面對似曾相識的景象，重新看待和認識生活中常見的這個“新生”事物。駕車這個技能并不是孤立存在的新事物，而是圍繞學習這個“新”技能，需要換一個“新腦筋”，把已經存在的知識、經驗和技能從思想認識、科學知識與技能和具體實踐幾個層面有機地重新組織綜合，構建成一個有針對性的、非常有把握的、體系化的知識體系及認知體系，會“看”能“說”眼中之所見，多看是至關重要的，而基于視覺的景象圖象化思維及信息處理和加工在其中發揮重要的作用，是廣大民眾基于視覺圖景學習的直覺思維方式的普遍客觀實在。

學無止境，每次駕車都是一次新的學習和重新認識及提高的過程，是人駕馭交通工具技術范式的一個具體實踐性活動，需要有針對性的、持續的、有目的的、系統的觀察，積累充分的感性認識，從而獲得思維的啟發，升華為理性認識;駕車具有很強的科學性、重復性、可逆性及可追溯性，很有必要充分利用互聯網和文獻資源，博采眾長，汲取借鑒和學習別人的經驗，全面深刻地重新認識所面對的種種現象問題;有助于把自身已有的知識、技能和生活經驗經過系統化、理性化和邏輯化的加工，重新構建一個圖形化和技術規范化的圖景交互式思維結構。

從認識與思維發展規律看，圖景思維是融合形象思維和抽象思維混合而成的一種綜合思維方式，如同庖丁解牛之初的“所見無非牛者”進階“三年之后，未嘗見全牛也”，直至“以神遇而不以目視”，達到形象中有抽象的“游刃有余”之境界，建立“理智直觀”的視角，需要運用多種思維技巧來建立物理的靜態圖形和動態景象的關聯關系，來定性解析汽車后退垂直停車案例（倒車入庫）技術，分析技術體系中的骨干支撐點的視覺景象背后的科學道理，概括出簡便實用操作技術模式，科學闡述后退式駕車行為的逆向參照空間控制機理及其心理圖景思維流程。