主動學習教學策略在控制工程基礎課程教學中的應用

趙楊

[摘 要]為改善控制工程基礎課程掛科率居高不下，學生聽不懂、不愛學的現(xiàn)狀，教師需大力激發(fā)學生的自主學習熱情，通過貫徹主動學習教學策略，幫助學生更好地理解課程內容。項目組通過分析控制工程基礎課程中存在的課堂效率低下、授課內容偏難等問題，引出主動學習教學在該課程中的具體體現(xiàn)，針對控制工程基礎課程教學中的主動學習策略展開研究，力圖找到提高控制工程基礎這門課學習效率的有效途徑。

[關鍵詞]控制工程基礎；主動學習；實踐操作

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）07-0042-03

針對機械、儀器及其他非控制專業(yè)學生開設的控制工程基礎課程，以其內容復雜性、囊括學科多樣性、概念抽象性、操作實踐性等特點成為學生學習的難點之一。[1]為改善控制工程基礎課程掛科率居高不下，學生聽不懂、不愛學的現(xiàn)狀，教師需大力激發(fā)學生的自主學習熱情，通過貫徹主動學習教學策略，幫助學生更好地理解課程內容。

一、控制工程基礎課程教學中存在的問題

作為學院的核心課程，控制工程基礎課程通過深化自動控制理論知識，達到幫助學生提高操作水平的目的。然而，課堂效率偏低、學生積極性不足、課程內容專業(yè)性過強等現(xiàn)狀都限制了其理論的實踐化。[2]

（一）課堂效率低下

影響課堂效率的因素是多方面的。從授課方式上說，控制工程基礎課程操作性強、應用面廣的特點[3]決定了它很難像其他課程一樣通過聽講的方式實現(xiàn)學生對內容的深入了解，此外，大量涉獵微分方程、傳遞函數(shù)等數(shù)學內容使這門偏重操作的課程帶有了濃厚的數(shù)學色彩。在這種環(huán)境下，照本宣科式的教學不僅無法實現(xiàn)對教學進度的宏觀調控，還會導致學生聽課積極性的下降。

從授課內容上說，通過了解系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的概念、組成及工作原理，可以實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的基本認識，但想進行深入了解，則必須建立在對數(shù)學模型的掌握上。由于專業(yè)課的差異性以及相關數(shù)學專項練習的缺乏，學生的數(shù)學思維和邏輯思維較差，這使不少學生產(chǎn)生了“我在聽，但聽不懂”的感覺。

從聽課群體來說，生源的廣泛性造成了學生個體能力差異較大，也直接影響了學生對內容的接收領悟速度。課程安排的過于緊密與授課內容間缺乏緩沖的現(xiàn)狀使學生間逐漸拉開等級，那些基礎較差的學生在學習控制系統(tǒng)校正的相關內容時，就會因對前面所學內容的遺忘而導致學習無法繼續(xù)進行。

（二）理論與實踐脫節(jié)

控制工程基礎的學習對掌握機械設計制造原理，實現(xiàn)機械自動化都有相當大的意義。將機械運動作為主要的控制對象，需要把相關理論準確運用到實際操作環(huán)節(jié)中，并結合具體情況中分析影響系統(tǒng)穩(wěn)定性、頻率特性的具體因素，以數(shù)學理論為依托開展相關設備的設定與維護工作。

然而，由于教學設施的缺乏與相關資金的短缺，校方很難為學生提供足夠的實驗平臺。多人一組、輪換實驗的現(xiàn)狀無法滿足每個人對實驗數(shù)據(jù)、實驗結果的需求，也會造成學生操作能力的下降。這不利于普遍意義上的操作水平的培養(yǎng)和有針對性的實驗創(chuàng)新，也會導致學生對課本的理解更為吃力，從而拖慢教學效率和授課進度。

此外，理論與實踐的脫節(jié)還表現(xiàn)在學生的“實習難”上。這門課程的針對性與專業(yè)性對學生的實習范圍進行了明確規(guī)劃，而學生知識理論欠缺、操作技術不夠熟練的特點，又使其很難被一些企業(yè)的生產(chǎn)、管理部門所接納。實習難找的現(xiàn)象使學生的練習機會大幅減少，也不利于其之后的就業(yè)選擇；就業(yè)實習中的困難也可能導致學生以相對消極的心態(tài)去面對這門課程，從而造成惡性循環(huán)。

（三）課程內容抽象難懂，考核方式僵化

在學習計算機控制系統(tǒng)的相關內容時，學生經(jīng)常對離散狀體空間模型、線性離散系統(tǒng)的數(shù)學模型等內容表現(xiàn)出一定的不解，這是因為相關內容的學習必須建立在對數(shù)學模型的運用和理解上，而內容抽象的特質，加深了學生理解的難度，也不利于其在完成整本書的學習后，構建完整的知識框架。

此外，控制工程基礎課程的考查方式依然以試卷為主，通過考核學生在答題紙上完成額相關實驗的設計流程及模型的構建衡量學生對知識的理解、掌握程度。試卷考核形式在節(jié)約人力、物力的同時也有其自身的不足。例如，只注重學生紙上談兵的能力，忽視將理論規(guī)劃付諸實踐時的動手操作水平；過于關心考試成績，使知識的學習和積累演變成期末階段的突擊背誦和押題猜題；考場監(jiān)管存在一定漏洞，給部分學生的抄襲、作弊行為帶來可能，從而降低成績的真實性。簡言之，僵化的應試考核無法滿足校方及相關企業(yè)對學生綜合能力，尤其是操作實踐能力的要求，使學生對內容的掌握流于形式，降低了學生主動學習的好奇心與求知欲。

二、控制工程基礎課程教學中的主動學習策略

提高學生學習興趣，激發(fā)他們主動探索、求知創(chuàng)新的精神是改變控制工程基礎教學現(xiàn)狀，實現(xiàn)教學效率與教學成果提高的有效途徑。只有將主動學習引入課堂，才能綜合提高教師授課質量、學生聽課效率與校方硬件等方面的綜合水平。

（一）激發(fā)學習興趣，提高學生綜合素質

1.明確學科領域特點，培養(yǎng)學習興趣

控制工程基礎這門課對理論知識有較高要求，教材內超過一半的內容也集中在對系統(tǒng)、系統(tǒng)特征、系統(tǒng)控制及相關知識點的介紹上。與此同時，教材知識點覆蓋機械、數(shù)學、電氣工程幾個大類，增加了課程內容自身的復雜性和多樣性。教學中，理論知識的集中化與復雜化使很多學生無法真正了解自己所學的內容，因而對學習產(chǎn)生迷茫心理，進而導致消極學習現(xiàn)象的產(chǎn)生。

此時，教師必須幫助學生明確學科范疇，將涵蓋生物控制論、社會控制論、工程控制論等在內的控制理論明確化、清晰化。使學生在具體了解該課程應用領域的同時，認清控制工程在相關行業(yè)中的發(fā)展性與實用性。此外，教師應從生活中較為常見的控制工程實例出發(fā)，從學生熟悉的領域談起，幫助降低學生對控制工程基礎課程的恐懼心理。通過引入諸如家庭電冰箱的恒溫控制系統(tǒng)、火箭發(fā)射器自動發(fā)射、微波爐內飯菜的定時加熱、手機定時開關機在內的身邊的自動化控制，幫助學生了解他們將來可能從事的各項領域，明確學習目標。與此同時，教師還可以通過多媒體播放相關紀錄片或相關圖片，幫助學生了解控制工程在航天航空、能源建設等高端領域的應用，及其對科技進步和經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生的積極影響，從而實現(xiàn)對學生學習興趣的培養(yǎng)。

2.講好緒論課程，提高學生學習興趣

學生剛開始接觸控制工程的基礎課程時，總會不自知地產(chǎn)生畏難情緒和懈怠心理，認為理論課程在日后的工作崗位中用不到，繼而出現(xiàn)比較嚴重的應試教育思想。為此，教育者必須講好緒論課程，將學生的學習興趣激發(fā)出來。

教育者要讓學生認識到學習基礎課程的重要性。在工程領域當中，控制理論的課程內容能夠被應用到各個環(huán)節(jié)中，尤其是在科技發(fā)展速度異常迅猛的現(xiàn)代社會中，工程控制理論的學習是非常重要的，學生只有充分掌握好控制理論中所包含的專業(yè)知識，才能夠在日后的工作崗位中表現(xiàn)得如魚得水。教育者可以在日后的教學課堂中加入一些圖片、聲音以及視頻信息，并且向學生展示一些有關于控制理論的實際應用案例，例如過去的蒸汽機、自動火炮以及當下的登月工程、天氣預報等。

3.豐富知識面，在閱讀學習中養(yǎng)成興趣

學生對控制工程基礎這門課興趣缺乏，在很大程度上是因為課程難度偏大，涉及學科多，上課聽不懂。此時，可以通過豐富學生的知識面，加強學生數(shù)學能力的培養(yǎng)，幫助學生更好地理解控制工程基礎這門課程。

學校應針對學生的授課需要，適當開設數(shù)學方面的選修課程，為數(shù)學基礎薄弱，數(shù)學建模掌握不到位的學生提供二次學習的機會，并以此加深對所學內容的理解，確保學生能跟上授課進度。此外，校方還可適當采納學生意見，對圖書館館藏書籍進行及時增補，對于控制工程基礎內容相關的書籍，應擺放在臨近位置，在方便學生閱讀的同時保證書籍的質量與數(shù)量。與此同時，可以通過提供不同版本的教材，幫助學生從不同側面、不同實驗了解相關理論知識，并通過反復閱讀實現(xiàn)理論知識的深化記憶。例如：對于控制工程中的傳遞函數(shù)化簡部分，可以先由方塊圖簡化原則出發(fā)，由淺入深，最后在講解梅遜公式的應用。提高其學習主動性還能從閱讀內容的循序漸進上實現(xiàn)，除專業(yè)性理論書籍外，學生還可根據(jù)自身水平，有針對性地閱讀相關雜志期刊，并根據(jù)理論水平的提高及時調整所看書籍的難度。通過在閱讀中加深對控制工程的了解，真正做到讀懂相關內容，來實現(xiàn)學習興趣和閱讀習慣的養(yǎng)成。

（二）合理控制課時，將理論與操作相結合

針對課本內容多，授課進度偏慢的情況，教師應對授課內容進行有針對性的調整。與此同時，還要合理安排理論學習與實驗操作所占的課時比重，將教學重心轉移到實驗上來，實現(xiàn)理論與操作能力的同步培養(yǎng)。

在實驗前，教師應確保學生對相關理論知識的掌握程度，使每位學生都能按實驗操作規(guī)范進行相關操作。此外，還應做好相關實驗器材、實驗材料及實驗專用表格的準備工作，并擬定試驗計劃，對實驗結果保持明確的認識。試驗中，將學生分為兩人一組，組內交替進行基礎知識、基本原理的驗證性實驗與綜合性實驗，每次實驗由一人操作，另一人負責觀察現(xiàn)象，記錄相關數(shù)據(jù)。實驗結束后，兩人職能互換，進行下一次實驗。此時教師應起到引導和解惑作用，給予更具針對性的指導，并為學生提供充足的空間，以提高他們的操作能力與創(chuàng)新能力。教師僅起到幫助學生發(fā)現(xiàn)問題，尋找類似事件的解決方法的引導者作用，而不應過度干涉實驗，使實驗淪為一板一眼的“提線教學”。實驗后，還應做好數(shù)據(jù)的整理歸納工作，并針對實驗中存在的問題提出新的實驗方案。確保學生能將所學知識靈活應用于實踐，并從操作中收獲經(jīng)驗、體會到動手操作的樂趣，能在最大限度上激發(fā)他們的自主性，使其養(yǎng)成主動構思實驗—設計實驗—準備實驗—操作實驗—反思實驗—完善實驗的思維體系，促進他們不斷深入探索控制工程基礎課程的內涵。

（三）利用問題導向來構建教學情境

教育者要牢牢把握住促進學生主動學習的關鍵之處，幫助學生形成獨立且客觀的認知狀態(tài)，充分運用好問題導向來構建符合學生學習能力的教學情景。在這里需要注意的是，教育者在進行問題設計時要做到主題明確且知識要點豐富，同時還要結合與學生日常生活息息相關的例子來促進學生知識體系的構建。首先，在已有條件下來系統(tǒng)化的分析問題；其次，針對現(xiàn)有問題展開更進一步的整合與優(yōu)化；最后，借助多媒體技術來將抽象問題具象化展示。

（四）引導學生圍繞問題來構建知識體系

控制工程的基礎課程中主要涉及控制理論、數(shù)學基礎以及力學基礎等多個領域的知識內容，教育者要在授課過程中適當?shù)囊胍恍┕こ虒嵗c重點問題，幫助學生將不同領域中的知識要點緊密地串連起來。首先，教育者要引導學生去了解控制工程基礎課程的三大要素，即“輸入、系統(tǒng)、輸出”，而后再去幫助學生加深對系統(tǒng)關系的認識，逐步理解和吸收數(shù)學模型知識；其次，教育者要在開展系統(tǒng)特性分析的基礎之上，針對系統(tǒng)的性能指標展開更進一步的分析和校正。雖然在一些比較復雜的系統(tǒng)當中會存在一些比較困難且抽象化的數(shù)學運算，但只要教育者能夠讓學生正確且深入地理解系統(tǒng)與輸入輸出之間的關系，就可以幫助他們進一步明確主動學習的方向，進而達到提高教學效率的最終目的。

（五）創(chuàng)新教學考核方法，確立學生的課堂主體地位

大學課堂人數(shù)多，授課時間長，授課周期長等特點決定了其授課方式以“聽講式”為主，主要通過教師講授完成相關知識的學習。過于單調的授課方式降低了課堂效率，也使得學生很難集中注意力，從而降低了他們自主學習的積極性。此時，教師可以通過引入Matlab軟件，使學生在電腦上進行知識學習和模擬操作，對階躍和正弦信號仿真分析。也可以仿照初高中課堂中的提問式教學方式，在課堂上給予學生一定的討論和做題時間，使他們從被動的知識接收者轉變?yōu)橹鲃影l(fā)現(xiàn)問題、積極解決問題的課堂主導者。此外，學習控制工程的相關理論，必須與相關實驗同步進行，避免出現(xiàn)“一人課堂”的現(xiàn)象，應使盡量多的學生敢于在講臺上做示范性試驗，確立學生的課堂主體地位。

此外，學校還應改變只以期末考試成績論英雄的局面，加大定期考核與隨機考核及課堂表現(xiàn)在成績中所占比重，并將實驗環(huán)節(jié)納入考核范疇，從而促進學生在日常學習及實驗操作中的主動性。新的考核方式不僅能有效提高學生的課堂注意力與實驗參與性，也能避免期末突擊復習現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高其學習積極性。

三、結語

高校應通過激發(fā)學生學習積極性，培養(yǎng)他們的求知心與好奇心，拓展學生知識面，豐富與控制工程基礎課程相關的知識，可以幫助他們養(yǎng)成主動學習的習慣。而學習能力、操作技能的提升也能有效提高教學的針對性、技術性與靈活性，使教師成功轉化為引導者，并留給學生更多發(fā)揮的空間，讓他們在發(fā)揮主體作用的同時完成對授課內容、授課進度的調控，讓發(fā)揮學習主動性變得更容易。簡言之，授課形式與內容的革新，理論與實踐相結合的授課方法能極大促進學生的主動學習，實現(xiàn)學生綜合能力的有效提高。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 楊青，黨選舉，趙學軍.“電力拖動自動控制系統(tǒng)”課程建設的改革與實踐 [J].中國電力教育，2013（2）：76-77.

[2] 楊柳.高職“工程控制測量”課程教學改革實踐探索[J].陜西教育（高教版），2012（6）：88-89.

[3] 孫建偉，韓連英，關英俊.機械工程控制基礎教材的改革研究[J].長春工業(yè)大學學報（高教研究版），2013（2）：84-85.

[責任編輯：劉鳳華]