陳寧

摘要：對于本科一年級的學(xué)生，通過一個(gè)日常生活中常見的實(shí)例消除學(xué)生對控制系統(tǒng)的神秘感。通過對學(xué)生科技創(chuàng)新作品的分析，以及部分學(xué)生科技創(chuàng)新比賽題目的分析，提高學(xué)生的參與的積極性。在學(xué)生動手環(huán)節(jié)中由簡漸難，通過一些小陷阱培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：啟發(fā)；互動；實(shí)踐

一、背景

在高等學(xué)校素質(zhì)教育體系中，工程訓(xùn)練對學(xué)生科研素質(zhì)培養(yǎng)具有十分突出的作用。工程認(rèn)識教學(xué)性質(zhì)較為特殊，是學(xué)生處于從中學(xué)的被動式學(xué)習(xí)模式到大學(xué)的自主式學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)換時(shí)期，對學(xué)生進(jìn)行的工程觀的啟蒙教育。該階段的教學(xué)就要求教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)既能被學(xué)生接受又滿足教學(xué)目標(biāo)。工程認(rèn)識階段教學(xué)中控制系統(tǒng)認(rèn)識環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)，同樣存在學(xué)生能否接受及是否能參與進(jìn)來的問題。本文主要是針對控制系統(tǒng)認(rèn)識中系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與大家進(jìn)行交流。

二、內(nèi)容設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)認(rèn)識單元目標(biāo)中有兩項(xiàng)：初步了解電器控制的基本組成，組建原則及注意事項(xiàng)；利用電壓電器元器件，搭建簡單電器控制回路。在這部分內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，為了學(xué)生能夠接受并參與進(jìn)來，設(shè)計(jì)了用實(shí)際生活中常見的自動門的設(shè)計(jì)引導(dǎo)，通過學(xué)生自己動手解決一個(gè)小問題為手段，讓學(xué)生發(fā)自內(nèi)心的感受到設(shè)計(jì)的樂趣。在教學(xué)上主要采用討論、實(shí)踐為主的方式，講授為輔。

1.實(shí)例設(shè)計(jì)

通過實(shí)例讓學(xué)生了解電器控制的基本組成、組建原則及注意事項(xiàng)，是目前選用的方法。在教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)例為實(shí)際生活中常見的自動門。

首先，在定義好門的類型后讓學(xué)生提出設(shè)計(jì)自動門的思路。之所以給出一部分時(shí)間，目的是為了讓學(xué)生能夠有目的性的進(jìn)行思考。教學(xué)組織者需要把握好一個(gè)方向，要在這個(gè)實(shí)例中解決那些問題。在這個(gè)實(shí)例中要解決的問題有以下幾點(diǎn)：考慮控制系統(tǒng)的基本步驟、消除恐懼感、解決問題的途徑不唯一、綜合評價(jià)方案最終解決問題進(jìn)而歸納出控制系統(tǒng)的組成。

本科一年級的學(xué)生在工程經(jīng)驗(yàn)比較欠缺的情況下，不會系統(tǒng)地考慮和解決問題。在提出設(shè)計(jì)自動門的題目后，90%的學(xué)生會首先考慮用什么傳感器、怎么感應(yīng)到目標(biāo)，認(rèn)為解決這個(gè)問題就解決了自動門的設(shè)計(jì)。這時(shí)需要通過互動方式讓學(xué)生了解怎么個(gè)過程更容易設(shè)計(jì)出系統(tǒng)：手動開門關(guān)門→電動開門關(guān)門→自動開門關(guān)門。

讓學(xué)生了解到只有在手動開關(guān)門的基礎(chǔ)上了解了門的特性，才能通過相應(yīng)的手段實(shí)現(xiàn)用電動開關(guān)門。用電動開關(guān)門要注意那些問題？分析了注意事項(xiàng)后，給出3組開關(guān)、1直流電源、1直流電機(jī)、導(dǎo)線若干讓學(xué)生運(yùn)用中學(xué)知識設(shè)計(jì)電動門的開關(guān)電路。一簡單的電路解決了門的電動開關(guān)問題，初中級別物理知識解決問題進(jìn)而消除了學(xué)生對設(shè)計(jì)的畏懼感調(diào)動了學(xué)生的好奇心——下面該如何設(shè)計(jì)呢？

這時(shí)候引導(dǎo)學(xué)生在把開關(guān)組用一繼電器替換（初中物理知識）實(shí)現(xiàn)了用一個(gè)電信號控制門的開關(guān)，這樣就導(dǎo)入了下個(gè)階段如何獲取這個(gè)信號實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)門。在這里開展討論用什么方法可以獲得信號呢？結(jié)論是聲音信號、光學(xué)信號、紅外信號、重力信號等都可以解決問題。重點(diǎn)在每種方式解決問題的方法、存在那些問題，最終讓學(xué)生來判斷那個(gè)方法比較適合應(yīng)用。在對每種方式分析講解中，盡量貼近學(xué)生的思維，用學(xué)生的方法來影響學(xué)生。同時(shí)，輔助介紹每個(gè)設(shè)計(jì)方法所耗費(fèi)的成本、維護(hù)的復(fù)雜性、產(chǎn)生誤差的概率有多大等等一系列影響因素。

2.拓展設(shè)計(jì)

通過實(shí)例，學(xué)生們消除了神秘感后會對一些設(shè)計(jì)產(chǎn)生興趣，這個(gè)階段通過自動門的實(shí)例，引入介紹控制系統(tǒng)的組成就容易多了。了解了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)后，為了加深學(xué)生們的印象，組織討論幾個(gè)小題目：從智能小車尋找火源滅火的設(shè)計(jì)，進(jìn)而到運(yùn)用相同原理如何設(shè)計(jì)自動追光的模擬向日葵的設(shè)計(jì)。

該部分內(nèi)容設(shè)計(jì)為講授、討論交叉進(jìn)行，純粹的討論+點(diǎn)評進(jìn)度不容易掌控。單純的講授學(xué)生的興趣調(diào)動不起來。

3.實(shí)踐設(shè)計(jì)

在討論、演示過后，安排了學(xué)生動手搭建簡單控制回路的過程。學(xué)生設(shè)計(jì)一以4盞電燈組成的循環(huán)流水燈，硬件固定學(xué)生進(jìn)行簡單的編程即可。這為學(xué)生動手設(shè)計(jì)的第一階段內(nèi)容，90%以上的學(xué)生能夠完成該部分內(nèi)容，所以設(shè)置該部分為一個(gè)課堂成績考核點(diǎn)，使得大部分學(xué)生的心理壓力大為減小。完成了依次循環(huán)后，講評學(xué)生設(shè)計(jì)中的共性問題并演示問題，對學(xué)生提出階段要求——利用課堂知識完善其前面的設(shè)計(jì)。此為本課程的第二考核點(diǎn)。

在進(jìn)行第二階段動手設(shè)計(jì)時(shí)，會出現(xiàn)完成速度不均的現(xiàn)象，我們?yōu)樗俣容^快的學(xué)生設(shè)置了附加難度：如何不按排列好的順序循環(huán)。附加難度的設(shè)計(jì)也是給學(xué)生設(shè)計(jì)了個(gè)小障礙，解決這個(gè)問題時(shí)需要充分的分析思考和實(shí)驗(yàn)，也使得課堂氣氛更加活躍。

三、結(jié)論

經(jīng)過教學(xué)嘗試，并對實(shí)踐效果進(jìn)行分析不難看出：單對本科一年級學(xué)生工程觀、研究能力啟蒙方面，目前訓(xùn)練模式結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)容全面、容易展開、評價(jià)有依據(jù)性，可以利用完成進(jìn)度、研討、講評、指導(dǎo)等形式提高教學(xué)的趣味性和參與性，適當(dāng)?shù)目刂齐A段教學(xué)內(nèi)容的難度使其由淺及深、由表及里會使教學(xué)效果更加全面。同時(shí)，適當(dāng)?shù)脑O(shè)置小困難以提高學(xué)生的思維靈活性及適當(dāng)?shù)闹v評的訓(xùn)練模式還具有良好的可操作性，對師資隊(duì)伍的培養(yǎng)也有幫助。對目前的工程教育來說這是一個(gè)行之有效的模式。

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