基于加涅“教學(xué)九步曲”的《動力工程測控技術(shù)》教學(xué)設(shè)計探討

陳冰虹

（上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 上海 200093）

1 課程特點分析

《動力工程測控技術(shù)》是面向能源與動力工程等理工科能動類專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是針對熱工測量原理及動力設(shè)備控制技術(shù)的一門綜合課程[1]。該門課程所涉及的內(nèi)容是對《高等數(shù)學(xué)》《概率論》《電工電子學(xué)》等基礎(chǔ)課程的遷移與應(yīng)用，也為后續(xù)《汽輪機(jī)原理》《鍋爐原理》等專業(yè)課程奠定良好的基礎(chǔ)，在學(xué)生專業(yè)課程體系中具有關(guān)鍵性的承上啟下作用，也是培養(yǎng)符合自動化新工業(yè)人才的關(guān)鍵課程。因此，如何實現(xiàn)該門課程的高效講授，引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)了解熱工測量原理、關(guān)鍵技術(shù)及方法，掌握常用動力設(shè)備運行中的自動控制原理及計算機(jī)控制方法等關(guān)鍵技能，并具備常見熱工測控過程中所涉及的數(shù)據(jù)分析、處理能力，實現(xiàn)對所學(xué)知識從記憶、了解到理解、應(yīng)用的深化過度，是該門課程教學(xué)設(shè)計中需要重點探討的關(guān)鍵。

從既往課程實施情況來看，部分學(xué)生在掌握該門課程過程中存在一定困難，具體原因可分析如下：（1）該門課程所涉及的測控原理對概率論、微積分等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)具有一定的要求，部分?jǐn)?shù)學(xué)基礎(chǔ)較為薄弱的學(xué)生在相關(guān)理論的講解過程中易出現(xiàn)跟不上、聽課意愿不佳的情況；（2）該門課程涉及抽象理論的實際應(yīng)用，既包含測量原理等抽象理論，又涉及熱工測試等具體實踐過程，要求學(xué)生掌握從抽象理論到具體實踐的知識遷移應(yīng)用能力，存在一定的掌握難度；（3）該門課程涉及多種復(fù)雜工程問題，要求學(xué)生對工程實際具有一定程度的了解，這對沒有工程經(jīng)驗的本科生而言存在一定的困難。（4）該門課程是一門典型的綜合型課程，要求學(xué)生能綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、電工電子學(xué)、熱科學(xué)、控制學(xué)、測量學(xué)等多學(xué)科知識來解決實際問題，對知識的綜合應(yīng)用能力要求較高。

綜上，該門課程是一門熱工領(lǐng)域綜合課程，存在課程難度較大、綜合性強(qiáng)等特點。因此，需結(jié)合先進(jìn)教學(xué)理論，針對性地進(jìn)行教學(xué)方案設(shè)計，從而有效提高改善課堂教學(xué)效率，優(yōu)化課程教學(xué)效果。

2 加涅“教學(xué)九步曲”概述

加涅“教學(xué)九步曲”是美國著名教育心理學(xué)家羅伯特·加涅在20世紀(jì)所提出的教學(xué)理論,其認(rèn)為教學(xué)是影響學(xué)習(xí)者內(nèi)部心理活動的外部刺激，有效學(xué)習(xí)是合適的內(nèi)部條件與外部條件共同作用的結(jié)果[2]。基于信息加工理論，其分析并提取了教學(xué)過程中的九個關(guān)鍵步驟，形成“教學(xué)九步曲”，具體如圖1所示，包括：引起注意；告知目標(biāo)；激發(fā)記憶；呈現(xiàn)刺激；提供指導(dǎo)；引出行為；提供反饋；評價行為；促進(jìn)保持和遷移[3]。其認(rèn)為通過合理組織和實施教學(xué)九大步驟，可實現(xiàn)教育教學(xué)效果的最大化。該理論在實際教育教學(xué)實踐中取得了良好的效果，對《動力工程測控技術(shù)》課程的教學(xué)設(shè)計具有重要的指導(dǎo)作用。

圖1：加涅“教學(xué)九步曲”的九大關(guān)鍵教學(xué)步驟

基于“教學(xué)九步曲”，對《動力工程測控技術(shù)》教學(xué)設(shè)計中的不同教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，思考具體實施方法及背后所依據(jù)的教學(xué)原理，可為該門課程的高效開展提供良好的理論指導(dǎo)。

3 具體教學(xué)設(shè)計

課堂教學(xué)的開展是通過不同教學(xué)方法、手段的綜合運用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生具體方法技能的過程，而加涅“教學(xué)九步曲”為具體教學(xué)設(shè)計提供了宏觀的實施框架[4]。下面，基于“教學(xué)九步曲”對《動力工程測控技術(shù)》實際教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計思路展開討論。

3.1 課程導(dǎo)入

課程導(dǎo)入環(huán)節(jié)是課堂的開端，可通過不同教學(xué)手段在短時間內(nèi)引發(fā)學(xué)生興趣，同時讓學(xué)生明確該堂課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在實施過程中，可結(jié)合“教學(xué)九步曲”的前三步，通過引起注意、告知目標(biāo)、激發(fā)記憶，實現(xiàn)課程的導(dǎo)入。

在課堂開始，可通過呈現(xiàn)視屏、圖片資料，如熱力發(fā)電設(shè)備運轉(zhuǎn)過程、航天發(fā)射測控中心實況等令人震撼的現(xiàn)場或時事熱點引起學(xué)生注意，并通過教師的講解分析其與動力測控技術(shù)的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而引出該堂課講授內(nèi)容。隨后，告知學(xué)生該堂課的學(xué)習(xí)標(biāo)，讓學(xué)生在聽課過程中做到內(nèi)心有數(shù)，提高其聽課效率。最后，對與該堂課內(nèi)容相關(guān)的前序?qū)W習(xí)內(nèi)容進(jìn)行回憶，如在進(jìn)行第四章溫度測量的講解前，可通過課堂討論形式，引導(dǎo)學(xué)生回憶其在熱工實驗課中進(jìn)行溫度測量時采用的儀器、儀器的讀數(shù)方法等，讓學(xué)生對溫度測量實驗學(xué)習(xí)經(jīng)歷進(jìn)行回顧，并進(jìn)一步遷移到新知識的學(xué)習(xí)，引出熱電偶測試原理的內(nèi)容講授。

3.2 主體內(nèi)容講解

在完成高效的課堂導(dǎo)入后，可開始課堂新內(nèi)容的系統(tǒng)講解。該教學(xué)環(huán)節(jié)是一堂課的關(guān)鍵主體，是對教學(xué)內(nèi)容的和盤托出，在實際教學(xué)過程中，如不能采用合理的教學(xué)方法，則容易出現(xiàn)學(xué)生對知識理解不清，難以掌握的情況。在“教學(xué)九步曲”中，該環(huán)節(jié)主要涉及第四步及第五步，即呈現(xiàn)與該堂課學(xué)習(xí)目標(biāo)相關(guān)的具體內(nèi)容刺激，并為學(xué)生對知識的掌握應(yīng)用提供指導(dǎo)。因此，如何進(jìn)行合理的刺激呈現(xiàn)，實現(xiàn)高效指導(dǎo)是該環(huán)節(jié)中應(yīng)仔細(xì)思考的問題。

在動力工程測控技術(shù)實際教學(xué)實施過程中，該環(huán)節(jié)常常是具體基本概念的給出，如熱電偶的基本構(gòu)成、測控過程的信息轉(zhuǎn)化與傳遞等，涉及大量的新學(xué)知識點，對學(xué)生而言具有一定的陌生感，因而要求教師能夠?qū)虒W(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效組織，如對內(nèi)容呈現(xiàn)進(jìn)行前期邏輯分析，在課堂上以循序漸進(jìn)的方式來引導(dǎo)學(xué)生對復(fù)雜知識點由簡至繁，由易至難的逐步掌握。同時，在提供指導(dǎo)環(huán)節(jié)，可結(jié)合例子對抽象化概念進(jìn)行具象化類比，幫助學(xué)生理解抽象化概念。如在對測量精密度、精細(xì)度、準(zhǔn)確度概念的區(qū)分過程中，借用射擊這一具象過程，將測量與其進(jìn)行類比，通過對射擊結(jié)果的分析評估幫助學(xué)生對該抽象概念進(jìn)行區(qū)分，同時加強(qiáng)其對該知識點的記憶。此外，課堂討論、反例驗證、原理推導(dǎo)等教學(xué)方法也是該環(huán)節(jié)中可采用的有效教學(xué)手段，可針對具體教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)方法的合理選取與組合，從而實現(xiàn)教學(xué)效果的最大化。

3.3 應(yīng)用練習(xí)與鞏固

應(yīng)用是對知識掌握的進(jìn)一步升華和遷移，是提高學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵。與文科類課程不同，理工科類課程常常涉及方法的實際應(yīng)用于計算，這也對教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用練習(xí)環(huán)節(jié)的設(shè)置提出了相應(yīng)的要求。針對《動力工程測控技術(shù)》這門課程，則涉及如何應(yīng)用測控原理對實際熱工問題進(jìn)行分析等過程。因此，在通過內(nèi)容講解環(huán)節(jié)對理論方法進(jìn)行學(xué)習(xí)后，需進(jìn)一步應(yīng)到學(xué)生應(yīng)用具體理論方法對實際問題進(jìn)行分析求解。從“教學(xué)九步曲”來看，該環(huán)節(jié)主要包含引出行為、提供反饋兩個環(huán)節(jié)。

以有效數(shù)的運算法則為例，在完成有效數(shù)基本定義和運算法則講解后，需引導(dǎo)學(xué)生針對具體測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在具體實施過程中，可首先由教師進(jìn)行示范，對數(shù)據(jù)處理中涉及的具體步驟進(jìn)行演示，并由此再次回顧講解的內(nèi)容。在示范完成后，引出學(xué)生的練習(xí)，讓學(xué)生對一道新的題目進(jìn)行分析求解，并在答題后給出正確答案，對其練習(xí)結(jié)果進(jìn)行評價，指出錯誤原因，并再次練習(xí)。通過引出行為、提供反饋兩個環(huán)節(jié)的循環(huán)使用，來實現(xiàn)學(xué)生對新知識應(yīng)用能力的掌握。

3.4 課堂小結(jié)

課堂小結(jié)是對整堂課教學(xué)的回顧與總結(jié)，是課程的總結(jié)評價與引發(fā)深入思考的重要環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)主要包含“教學(xué)九步曲”中的評價行為、保持遷移。可通過回顧課堂導(dǎo)入過程中所設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，將其與當(dāng)前知識掌握情況進(jìn)行對比，對實際學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價。同時，可通過設(shè)立思考題，引發(fā)學(xué)生對課堂學(xué)習(xí)知識的課后保持及應(yīng)用遷移，從而將學(xué)生對知識的掌握程度從理解記憶上升到應(yīng)用、創(chuàng)造。

以簡單控制系統(tǒng)為例，在課堂小結(jié)環(huán)節(jié)，可對簡單控制系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計原理進(jìn)行總結(jié)歸納，加深學(xué)生對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識及相關(guān)設(shè)計方法的理解掌握。通過引入鍋爐水包實例，簡單講解鍋爐汽包水位在鍋爐運行過程中的實際意義及控制水位變化的基本原理，引導(dǎo)學(xué)生思考課上所學(xué)簡單控制系統(tǒng)在鍋爐汽包水位控制中如何應(yīng)用，并作為課后思考題，通過課后思考題的完成，幫助學(xué)生進(jìn)行課堂知識的回顧保持及進(jìn)一步遷移應(yīng)用。

4 總結(jié)

“教學(xué)九步曲”對課程教學(xué)設(shè)計具有重要的指導(dǎo)的作用，通過應(yīng)用該理論，對《動力工程測控技術(shù)》的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行剖析應(yīng)用，可有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，提高課堂教學(xué)效果，為該課程教學(xué)的高效開展奠定了良好的基礎(chǔ)。