機電傳動控制課程拋錨式教學探析

摘要：機電傳動控制是一門理論性較強，綜合能力要求較高的一門課程，是學生學習和掌握機械設備、電氣傳動與控制知識的主要課程。傳統(tǒng)的教學方法偏重于理論教學，實踐環(huán)節(jié)偏少，教學效果不盡人意。闡述了拋錨式教學模式，對教學中存在的問題進行探討，并將拋錨式教學方法應用于機電傳動控制課程教學中，提高課程教學質量和學生的積極主動性，提升學生的實踐和創(chuàng)新能力。

關鍵詞：機電傳動控制；拋錨式教學；教學方法

作者簡介：潘春榮（1973-），男，廣東龍川人，江西理工大學機電工程學院，副教授；黎良（1989-），男，江西樟樹人，江西理工大學機電工程學院碩士研究生。（江西 贛州 341000）

基金項目：本文系基于CDIO的機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究與實踐（項目編號：XJG-2012-16）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0119-02

機電傳動控制課程已由全國高等學校機械工程類專業(yè)教學指導委員會定為“機械工程及自動化”專業(yè)的主干技術基礎課，[1]融合了電機與拖動基礎、自動控制原理、傳感器技術、電力電子等相關技術。目前全國各大高校已經陸續(xù)開設了機電傳動控制這門課程，對于這門課程便有了各式各樣的教學方法和學習方法，可謂“百花齊放”。然而，在傳統(tǒng)的教學中，由于學生的基礎和能力的不同，導致學生學習積極性不高，教學質量也得不到保證，因此，尋求更有效的教學方法迫在眉睫。本文針對教學問題和學習誤區(qū)的現(xiàn)狀進行分析，提出了拋錨式教學。拋錨式教學（anchored instruction）是指在多元化的現(xiàn)實生活背景中運用情境化教學技術，促進學生反思，提高遷移能力和解決復雜問題能力的一種教學模式。[2]拋錨式教學是一種學習框架，學生在基于知識整合的學習環(huán)境中，學會解決問題。將拋錨式教學應用于機電傳動控制課程的教學中，提升教學效果。

一、拋錨式教學模式

1.拋錨式教學模式起源與發(fā)展

拋錨式教學由美國Vanderbilt大學認知與技術小組CTGV構建的教學模式。CTGV小組為了培養(yǎng)學生運用理論知識解決實際問題的能力，先后開展了惰性知識項目、LOGO項目和動態(tài)評估項目的研究，并在此基礎上提出了拋錨式教學模式。[2]該教學模式要求建立在有感染力的真實事件或問題的基礎上，它的核心要素是“錨”，確定這些真實事件或問題就叫“拋錨”。[3]與傳統(tǒng)的教學方法相比，拋錨式教學模式具有以下特征：教學情境的真實性；提高學生解決問題的能力；引導學生提問，調動學生的學習積極性；加強學生交流能力的培養(yǎng)；教學的開放性，激發(fā)學生發(fā)散性思維。

2.拋錨式教學基本環(huán)節(jié)

拋錨式教學可以分為以下幾個環(huán)節(jié)，如圖1所示。第一，創(chuàng)設情境。利用多媒體和仿真軟件等工具使學生在模擬現(xiàn)實情況的情境中學習。第二，確定問題。根據(jù)情境選出與當前主題密切相關的真實事件或問題。第三，自主學習。由教師向學生提供解決問題的線索，引導學生自主學習。第四，協(xié)作學習。通過交流討論，加深學生對當前問題的理解。第五，效果評價。教師起引導評價的作用，在學習中觀察并記錄學生的表現(xiàn)。

3.拋錨式教學模式目的

拋錨式教學目的是使學生在一個真實的情境中，引導其挖掘問題，促進組員之間的相互交流，達到主動學習、實踐并提高自身能力的一個過程，具體表現(xiàn)如圖2所示：

二、機電傳動控制課程的難點和教學目標

1.課程的難點

電機是機電一體化設備的重要組成部分，因此，學好機電傳動控制具有較強的實用性。本課程主要的難點如下：

（1）各類電機的工作原理及其機械特性、啟動特性、調速特性和制動特性。

（2）在熟悉常用低壓電器的功能運用、工作原理和電器符號的基礎上，了解生產機械電氣控制線路的繪制方法，重點掌握繼電器-接觸器控制線路的基本環(huán)節(jié)組成和工作原理，以及繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的功能。

2.課程的教學目標

針對本課程的難點，應給學生提供與專業(yè)環(huán)境相似的活動情境，幫助學生明確問題和目標，以便更好地利用拋錨式教學模式進行施教。該課程的教學目標分為如下兩部分：

一是通過掌握電機的工作原理及特性，使學生熟悉各類電機的基本方程、能量轉換關系以及應用場合，培養(yǎng)學生扎實的專業(yè)功底和能力，為今后從事相關工作打好基礎。

二是通過學生熟悉常用的控制電器機構、原理、用途及型號，并能準確選用；掌握電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)及對其獨立分析的能力；學會分析典型生產機械的控制線路并設計簡單的控制線路，具有從事電氣設備的安裝、調試、運行和維護保養(yǎng)等應用能力。

三、課程教學的現(xiàn)狀

1.教師“灌輸”模式

在傳統(tǒng)的教育活動中，教師處于一種教育者的位置，大多采取“滿堂灌”的授課形式，這對于實踐性較強的課程無疑是事倍功半。機電傳動控制這門課程涉及的知識面之廣、公式之多，純粹的理論教學已無法滿足教學要求，學生對于作業(yè)的完成度不理想。部分學生存在抄襲現(xiàn)象，不利于獨立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而在拋錨式教學中，要求教師要充當“教練”甚至“學習者”的角色。教師鼓勵并指導學生查詢相關資料，提倡學生相互學習。同時作為學習者，指導學生如何操作，發(fā)現(xiàn)新問題與其共同探討，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新思維。[4，5]

2.學生學習情緒不高，思維得不到拓展

學好機電傳動控制必須要有扎實的機械傳動、電工電子基礎，而有些學生的基礎并不好，且該課程安排在大三或大四，很多學生把大量精力花在考研和找工作上，對課程的重視程度不夠。由于本課程專業(yè)性較強，會直接引起學生的情緒變化。例如，在學習機電傳動系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)特性時，學生能理解和掌握，但對于學習交流電動機的啟動、調速和制動特性時，情緒便開始急躁，造成學習效率低，影響教學質量。

3.教學資源有限，理論與實踐脫節(jié)

鑒于學校資源有限且受高校擴招的影響，實驗設備受限，實踐教學安排不足，造成教學側重于理論教學。例如在學習繼電器過程中，發(fā)現(xiàn)學生對時間繼電器的原理及線圈符號、觸頭符號的含義沒有清晰的理解，分不清“失電延時”和“得電延時”功能及符號表示，導致設計中出現(xiàn)誤用。而在以后的設計工作中，與各種電器接觸的機會很多，如果在學校沒有得到動手能力的訓練，將使以后的實踐受到限制。[6]因此，針對容易混淆的內容，采用拋錨式教學模式，創(chuàng)設類似電機控制的情境，以此來彌補實踐教學的不足。

四、拋錨式教學模式在教學中的應用

1.創(chuàng)設真實的學習情境，拋錨定題

拋錨式教學的理論基礎是情境認知，情境是認知的基礎。針對機電傳動控制有簡明易懂的內容和復雜難懂的原理及過程，采用不同的創(chuàng)設情境的教學方法。

（1）對于簡單的內容，可采取多媒體教學工具，將機電傳動系統(tǒng)做成動畫形式展示出來，激發(fā)學生學習的興趣。[7]例如，機電傳動系統(tǒng)是一個由電動機拖動，通過傳動機構帶動生產機械運動的整體，它的運動規(guī)律可以用運動方程式來描述，[8]比如單軸機電傳動系統(tǒng)的運動方程為：

式中：T為電動機產生的電磁轉矩（N·m）；TL為生產機械產生的負載轉矩（N·m）；J為單軸機電傳動系統(tǒng)的角速度（rad/s）；t為時間（s）。這對于有機械傳動基礎的同學來說容易掌握，然后，引入典型生產機械的負載特性以及負載轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算原則和方法。最后，再討論機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件，讓學生學會分析系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點。

（2）對于課程的難點，以學生的基礎和現(xiàn)實情況為根本，創(chuàng)設與現(xiàn)實一致的情境，養(yǎng)成獨立思考和理論聯(lián)系實際的學習方法，提高學生分析和解決問題的能力。例如在講機床的自動間歇潤滑系統(tǒng)之前，教師可以先讓學生觀看一段機床工作的視頻，以此來激發(fā)學生對未知事物的好奇心。然后，讓學生自由討論并提出觀點，選出與當前學習主題密切相關的真實性事件或問題作為學習的目標，即如何設計相關的控制線路圖來實現(xiàn)機床的自動間歇潤滑和點動控制其潤滑。確定問題后讓學生自主學習，通過閱讀教材或電子資源等途徑來設計所需功能的控制線路圖，如圖3所示。按鈕SB1為控制電路總開關，開關S的作用是控制潤滑油泵電動機有規(guī)律地間歇工作，按鈕SB2能實現(xiàn)點動控制潤滑油泵電動機的工作。

2.自主學習與協(xié)作學習相結合

拋錨式教學強調自主學習的重要性，它與傳統(tǒng)教學方式的主要區(qū)別在于教師不會直接告訴學生該如何解決問題，而是向學生提供解決該問題的有關線索，并注重發(fā)展學生的自學能力。因此，教師要從實際出發(fā)，因材施教，及時與學生進行溝通交流，引導學生明確學習的動機和目標。特別是對于繼電器-接觸器這類知識面較廣、實用性較強的內容，應加強實際素材相結合的教學方法。

教學中多采用多媒體教學工具，比如將車床的控制線路做成動畫形式展示出來，對車床的每一個控制環(huán)節(jié)進行詳細分析。對于有多種方式控制的電路環(huán)節(jié)，可以讓學生參與討論。教師還可以利用學習軟件等工具，例如MATLAB的Simulink仿真功能，將線繞式異步電動機的轉子回路串頻敏變阻器啟動過程中的參數(shù)形象直觀、動態(tài)地顯示出來，[9]進而使學生更好地掌握電動機的啟動特性，結合多媒體課件，提高教學效果。

3.實驗研究及評價

因課時有限，且主要是以理論教學為主，為了加強實踐教學，采取如下措施：一方面，多購置實驗臺套數(shù)或與企業(yè)相聯(lián)合，切實加強實踐教學。采用理論教學和實踐教學交替進行，避免“先理論后實踐”的現(xiàn)象。[10]學生在實際操作的過程中，提高獨立分析和解決問題的能力，增強教學效果。另一方面，當本課程理論講授結束后，需安排課程設計，以組為單位，各自擬一個題目，讓學生根據(jù)題目要求，主動進行實驗研究，遇問題相互協(xié)商，相互討論，加深學生對問題的理解。

拋錨式教學使學生學習解決問題能力，且該過程能直接反映出學生學習的效果，所以，教師需及時地記錄學生的表現(xiàn)并評價。課程設計考核時，每組可采用PPT展示學習的成果，然后由學生代表和教師進行綜合打分評估。

五、結束語

本文針對機電傳動控制課程教學中存在的問題進行論述，提出了拋錨式教學方法。針對網絡化及當代大學生的特點，通過引導式教學激發(fā)學生的興趣，提高學生的動手能力、創(chuàng)新能力及綜合應用能力。通過拋錨式教學方案，充分發(fā)揮了學生的理論聯(lián)系實踐和創(chuàng)新的能力，達到了學以致用的效果，提升教學質量，滿足人才培養(yǎng)的需求，同時促進工科類專業(yè)課程的建設與發(fā)展。

參考文獻：

[1]馮清秀，鄧星鐘，等.機電傳動控制[M].第五版.武漢：華中科技大學出版社，2011.

[2]劉洋，鐘志賢.論拋錨式教學模式[J].江西教育科研，2005，（2）：9-11.

[3]張甲秋.“拋錨式”教學模式在高職“Photoshop圖形圖像處理”課程教學中的應用[J].教育探索，2012，（8）：57-58.

[4]王香紅.談拋錨式教學法在電氣專業(yè)專業(yè)課中的運用[J].職業(yè)教育，2012，（6）：128.

[5]郝昕玉，張廣冬，王福元.機電傳動控制課程的教學方法初探[J].中國電力教育，2011，（32）：102-103.

[6]王才東，楊文建，王輝.“機電傳動控制”課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2013，（10）：73-74.

[7]吳濤，尹志宏.“機電傳動控制”課程的研究型教學模式[J].實驗室研究與探索，2013，32（1）：105-107.

[8]郝用興，苗滿香，羅小燕.機電傳動控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2010.

[9]顧永玉.MATLAB在《機電傳動控制》課程教學中的應用[J].科技創(chuàng)新導報，2009，（32）：217.

[10]尹久.“機電傳動控制”理實一體化教學探析[J].科教文匯（下旬刊），2011，（1）：49-50.

（責任編輯：王意琴）