基于加涅“教學(xué)九步曲”的《動(dòng)力工程測(cè)控技術(shù)》教學(xué)設(shè)計(jì)探討

陳冰虹

（上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 上海 200093）

1 課程特點(diǎn)分析

《動(dòng)力工程測(cè)控技術(shù)》是面向能源與動(dòng)力工程等理工科能動(dòng)類專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是針對(duì)熱工測(cè)量原理及動(dòng)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(duì)《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(dòng)化新工業(yè)人才的關(guān)鍵課程。因此，如何實(shí)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(cè)量原理、關(guān)鍵技術(shù)及方法，掌握常用動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行中的自動(dòng)控制原理及計(jì)算機(jī)控制方法等關(guān)鍵技能，并具備常見熱工測(cè)控過程中所涉及的數(shù)據(jù)分析、處理能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)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(jì)中需要重點(diǎn)探討的關(guān)鍵。

從既往課程實(shí)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(cè)控原理對(duì)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(shí)際應(yīng)用，既包含測(cè)量原理等抽象理論，又涉及熱工測(cè)試等具體實(shí)踐過程，要求學(xué)生掌握從抽象理論到具體實(shí)踐的知識(shí)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(duì)工程實(shí)際具有一定程度的了解，這對(duì)沒有工程經(jīng)驗(yàn)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(cè)量學(xué)等多學(xué)科知識(shí)來解決實(shí)際問題，對(duì)知識(shí)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(diǎn)。因此，需結(jié)合先進(jìn)教學(xué)理論，針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)方案設(shè)計(jì)，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(guó)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(dòng)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]?；谛畔⒓庸だ碚摚浞治霾⑻崛×私虒W(xué)過程中的九個(gè)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(píng)價(jià)行為；促進(jìn)保持和遷移[3]。其認(rèn)為通過合理組織和實(shí)施教學(xué)九大步驟，可實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)效果的最大化。該理論在實(shí)際教育教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果，對(duì)《動(dòng)力工程測(cè)控技術(shù)》課程的教學(xué)設(shè)計(jì)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(duì)《動(dòng)力工程測(cè)控技術(shù)》教學(xué)設(shè)計(jì)中的不同教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，思考具體實(shí)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(jì)

課堂教學(xué)的開展是通過不同教學(xué)方法、手段的綜合運(yùn)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(jì)提供了宏觀的實(shí)施框架[4]。下面，基于“教學(xué)九步曲”對(duì)《動(dòng)力工程測(cè)控技術(shù)》實(shí)際教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)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(shí)間內(nèi)引發(fā)學(xué)生興趣，同時(shí)讓學(xué)生明確該堂課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在實(shí)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(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)過程、航天發(fā)射測(cè)控中心實(shí)況等令人震撼的現(xiàn)場(chǎng)或時(shí)事熱點(diǎn)引起學(xué)生注意，并通過教師的講解分析其與動(dòng)力測(cè)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(duì)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(cè)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(shí)驗(yàn)課中進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)采用的儀器、儀器的讀數(shù)方法等，讓學(xué)生對(duì)溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)經(jīng)歷進(jìn)行回顧，并進(jìn)一步遷移到新知識(shí)的學(xué)習(xí)，引出熱電偶測(cè)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(duì)教學(xué)內(nèi)容的和盤托出，在實(shí)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(duì)知識(shí)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(duì)知識(shí)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(shí)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(dòng)力工程測(cè)控技術(shù)實(shí)際教學(xué)實(shí)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(cè)控過程的信息轉(zhuǎn)化與傳遞等，涉及大量的新學(xué)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)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(duì)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(duì)復(fù)雜知識(shí)點(diǎn)由簡(jiǎn)至繁，由易至難的逐步掌握。同時(shí)，在提供指導(dǎo)環(huán)節(jié)，可結(jié)合例子對(duì)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(duì)測(cè)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(cè)量與其進(jìn)行類比，通過對(duì)射擊結(jié)果的分析評(píng)估幫助學(xué)生對(duì)該抽象概念進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)加強(qiáng)其對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的記憶。此外，課堂討論、反例驗(yàn)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(duì)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(shí)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(duì)知識(shí)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(shí)際應(yīng)用于計(jì)算，這也對(duì)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(duì)《動(dòng)力工程測(cè)控技術(shù)》這門課程，則涉及如何應(yīng)用測(cè)控原理對(duì)實(shí)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(duì)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(duì)實(shí)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(gè)環(huán)節(jié)。

以有效數(shù)的運(yùn)算法則為例，在完成有效數(shù)基本定義和運(yùn)算法則講解后，需引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)具體測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在具體實(shí)施過程中，可首先由教師進(jìn)行示范，對(duì)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(duì)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(duì)其練習(xí)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出錯(cuò)誤原因，并再次練習(xí)。通過引出行為、提供反饋兩個(gè)環(huán)節(jié)的循環(huán)使用，來實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)應(yīng)用能力的掌握。

3.4 課堂小結(jié)

課堂小結(jié)是對(duì)整堂課教學(xué)的回顧與總結(jié)，是課程的總結(jié)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)行為、保持遷移?？赏ㄟ^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(shí)掌握情況進(jìn)行對(duì)比，對(duì)實(shí)際學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)，可通過設(shè)立思考題，引發(fā)學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)知識(shí)的課后保持及應(yīng)用遷移，從而將學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度從理解記憶上升到應(yīng)用、創(chuàng)造。

以簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)為例，在課堂小結(jié)環(huán)節(jié)，可對(duì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行總結(jié)歸納，加深學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)及相關(guān)設(shè)計(jì)方法的理解掌握。通過引入鍋爐水包實(shí)例，簡(jiǎn)單講解鍋爐汽包水位在鍋爐運(yùn)行過程中的實(shí)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(jiǎn)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(shí)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(duì)課程教學(xué)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)的作用，通過應(yīng)用該理論，對(duì)《動(dòng)力工程測(cè)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)。