郭愛文，周 洪

(武漢大學(xué)自動化系，湖北武漢 430072)

“自動控制原理”是高校自動化、機(jī)械及相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，隨著專業(yè)課程建設(shè)的深入，該課程的教學(xué)學(xué)時(shí)雖有縮減，但教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求卻在不斷提高。我們發(fā)現(xiàn)教學(xué)中仍存在著難教和難學(xué)的現(xiàn)象［1］。

本文以“自動控制原理”課程的教學(xué)模式改革探索為例，分析了該課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，并在現(xiàn)有的教學(xué)模式基礎(chǔ)上，從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，提出基于學(xué)習(xí)金字塔模型的教學(xué)模式改革。

1 學(xué)習(xí)金字塔模型理論

圖1所示的學(xué)習(xí)金字塔模型理論是美國緬因州國家訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室NTL研究發(fā)現(xiàn)的。該模型理論是從戴爾學(xué)習(xí)圓錐發(fā)展而來的［2］。

圖1 學(xué)習(xí)金字塔模型

該理論表明，學(xué)習(xí)者在兩周以后還能記得的學(xué)習(xí)內(nèi)容，會因?yàn)椴煌膶W(xué)習(xí)方式而有很大差異。學(xué)生僅僅聽教師講述，兩周以后記得的內(nèi)容只剩5%。因?yàn)檫@是最被動的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生的參與度最低。圖1中自頂向下的第一項(xiàng)至第四項(xiàng)的學(xué)習(xí)方式都是被動式的，所以學(xué)習(xí)的保存率都無法超過30%;而學(xué)習(xí)保存率在50%以上的，都是采用團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)和參與式學(xué)習(xí)獲得的。

2 基于學(xué)習(xí)金字塔模型的教學(xué)改革

從學(xué)習(xí)金字塔模型中可以看出，學(xué)生的學(xué)習(xí)以能夠轉(zhuǎn)教別人的效果為最好。學(xué)生若以教師的身份對他人進(jìn)行教學(xué)，不僅要自己對內(nèi)容相當(dāng)熟悉，同時(shí)也要將內(nèi)容轉(zhuǎn)化為讓他人能懂的表達(dá)方式，這也提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)等潛在智能的發(fā)展。

我們根據(jù)這一思路，在“自動控制原理”課程教學(xué)時(shí)，通過啟發(fā)式教授，學(xué)生通過參與式學(xué)習(xí)，可取得很好的教學(xué)效果。以系統(tǒng)Nyquist穩(wěn)定判據(jù)講解為例，這屬于穩(wěn)定性分析的講解，具有一定的難度。教師在之前的時(shí)域分析法中介紹過Routh-Hurwitz判據(jù)，這一判斷方法簡潔明了，容易掌握;在根軌跡分析法中，學(xué)生學(xué)會了通過根軌跡圖形來判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性;教師此時(shí)可以提出:既然有了Routh-Hurwitz判據(jù)和根軌跡分析等方法，為什么還要在頻域分析法中再學(xué)習(xí)較難掌握的Nyquist穩(wěn)定判據(jù)呢?學(xué)生從這些提問中思考和理解控制原理中穩(wěn)定性判據(jù)各自的作用，通過自主學(xué)習(xí)、小組討論及選派代表上臺講解等方式，并將時(shí)域分析法、根軌跡分析法和頻域分析法融會貫通，就能系統(tǒng)地掌握課程知識。

再如課程中控制系統(tǒng)的校正是較難掌握的環(huán)節(jié)。該部分內(nèi)容不但需要較為扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識體系，而且不同學(xué)生的校正結(jié)果可能不完全一致。而實(shí)質(zhì)上在經(jīng)典控制理論中常用的校正方法主要也是來自于時(shí)域校正、根軌跡校正和頻域校正的方式。在教學(xué)過程中，教師在講解了基本原理后，可以安排學(xué)生以組為單位，運(yùn)用所掌握的基礎(chǔ)理論去分析，在課后自行編寫相應(yīng)程序。在正式講授過程中，我們讓學(xué)生代表講解程序原理，并以實(shí)例進(jìn)行剖析，不僅提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力和口頭表達(dá)能力，同時(shí)增加了學(xué)生的主動參與度，更活躍了課堂氛圍。

將學(xué)習(xí)金字塔模型理論應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐的過程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生已從原來的被動接收知識轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)。學(xué)生在查資料、寫教案和上講臺等方式中投入了大量的課外時(shí)間，結(jié)果使其對知識的理解和掌握程度普遍提高。對于Nyquist穩(wěn)定判據(jù)這一重點(diǎn)和難點(diǎn)的掌握上，平均教學(xué)保存率超過了85%。

3 基于學(xué)習(xí)金字塔的實(shí)踐環(huán)節(jié)改革

為了加強(qiáng)“自動控制原理”課程開始前的認(rèn)知環(huán)節(jié)，我們?yōu)閷W(xué)生開設(shè)了2-3學(xué)時(shí)的“走進(jìn)自動控制”的認(rèn)知課程。該課程一方面可激發(fā)學(xué)生對“自動控制原理”的感性認(rèn)識，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ);另一方面能幫助學(xué)生梳理之前學(xué)過的相關(guān)基礎(chǔ)課程，如“電路原理”和“模擬電子技術(shù)”等課程，讓他們重溫此前學(xué)過的概念、理論和方法。給學(xué)生建立系統(tǒng)的觀念，為后續(xù)學(xué)習(xí)作好鋪墊。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，擬好的實(shí)驗(yàn)方案經(jīng)教師檢查后可安排實(shí)驗(yàn)。這樣可以有效利用實(shí)驗(yàn)平臺，并可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。實(shí)驗(yàn)過程中，教師充分重視學(xué)生的過程學(xué)習(xí)以及過程考評。在實(shí)驗(yàn)中，安排學(xué)生可以扮演不同角色:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者、實(shí)驗(yàn)操作者和記錄者等。為了鼓勵學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)成績上應(yīng)予適當(dāng)反映。

4 結(jié)語

學(xué)習(xí)金字塔教學(xué)模式還可以用于習(xí)題課講解及學(xué)生作業(yè)批改等教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中。

針對本文提出的基于學(xué)習(xí)金字塔的“自動控制原理”教學(xué)模式和教學(xué)方法，我們相應(yīng)地設(shè)計(jì)了綜合成績評價(jià)體系和考核辦法［3］。針對該課程內(nèi)容多和難度大，我們增加了課程平時(shí)作業(yè)和階段測試內(nèi)容，特別是增加了課程學(xué)習(xí)過程評價(jià)。實(shí)驗(yàn)成績除了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量考核外，還增加了學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的動手能力和小組組織協(xié)調(diào)能力考核。

從教學(xué)過程中看，學(xué)習(xí)金字塔教學(xué)法可以提高學(xué)生的主觀能動性。這種教學(xué)模式尚存在的不足之處是過程評價(jià)體系不夠精確，人為因素偏差較大等。

［1］ 沈輝，張湘平，張明.采用思維導(dǎo)圖進(jìn)行自動控制原理的研討式教學(xué)［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2012，34(1)

［2］ 趙慧杰，黃志紅.學(xué)習(xí)金字塔模型在《外科護(hù)理學(xué)》教學(xué)中的應(yīng)用［J］.山西:護(hù)理研究.2006，(5)

［3］ 張曉瀛，馬東堂，王德剛.美國MIT電氣科學(xué)與工程專業(yè)本科生培養(yǎng)［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2012，34(4)