夏博　胡雪　曾海峰　葛云　魏敏　張立新

摘? 要：《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。目前，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到諸多問(wèn)題，包括課程內(nèi)容多難度大、學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱、學(xué)生知識(shí)遷移能力弱。為解決上述問(wèn)題，本課程組成員開(kāi)展基于羅杰斯人本主義理論的教學(xué)實(shí)踐，并最終獲得較好的教學(xué)效果。通過(guò)分析本教學(xué)實(shí)踐前后班級(jí)的成績(jī)可知，實(shí)施基于羅杰斯人本主義理論的教學(xué)實(shí)踐后，學(xué)生成績(jī)顯示優(yōu)秀率提高11.11%，及格率提高10.31%，課堂教學(xué)效果顯著提升。

關(guān)鍵詞：控制原理;機(jī)械工程;人本主義;教學(xué)實(shí)踐;教學(xué)反思

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2019）16-0024-04

Abstract： The control principle of mechanical engineering is one of the basic professional courses for the major of mechanical Engineering. The students encounter many problems in the learning， such as the content difficulty and a great deal of theory formula deduction. In order to solve the above problems， the course group carriesout teaching practice based on Rogers' humanism theory. A better teaching result is finally achieved. Through the analysis of the results of the class before and after the teaching practice， we can see that the teaching effect has been greatly improved. The excellent rate has increased by 11.11% and the passing rate has increased by 10.31%.

Keywords： control principle; mechanical engineering; humanistic theory; teaching practice; teaching reflection

一、問(wèn)題與現(xiàn)狀

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，也是本專業(yè)核心課程之一。該課程以控制論為理論基礎(chǔ)，研究機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。本課程的主要任務(wù)是通過(guò)“課堂教學(xué)+小組研討+歸納總結(jié)+上機(jī)實(shí)踐”聯(lián)合教學(xué)方式，使學(xué)生掌握控制理論思維方法，掌握機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、時(shí)頻域性能分析和系統(tǒng)穩(wěn)定性與矯正等基本知識(shí)和基本技能;具有對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的控制問(wèn)題進(jìn)行分析、求解和論證的能力。由于該課程涉及較多的控制理論模型和數(shù)學(xué)邏輯推導(dǎo)，最終導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)困難，學(xué)習(xí)效果不理想。該課程教學(xué)過(guò)程中，存在以下問(wèn)題：（1）課程基本概念較多，且在理解概念時(shí)必須具備高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、電工學(xué)、理論力學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，課程邏輯某環(huán)節(jié)跟不上，導(dǎo)致后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)效果很差;（2）學(xué)生即便掌握了機(jī)械工程控制理論知識(shí)，但針對(duì)具體工程問(wèn)題時(shí)，因缺乏知識(shí)遷移能力，仍缺乏復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)控制問(wèn)題的分析、求解和論證能力。

針對(duì)上述教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，本課程組老師采用靈活多樣的教學(xué)方法，利用小組討論等教學(xué)手段，增加學(xué)生的課堂參與度;利用總結(jié)歸納等教學(xué)方式，幫助學(xué)生形成知識(shí)結(jié)構(gòu)和脈絡(luò);利用上機(jī)實(shí)踐等教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生理解復(fù)雜工程問(wèn)題中的結(jié)果、參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響?；诹_杰斯人本主義理論思想，以學(xué)生為中心，將學(xué)生置于課程主體地位，最終實(shí)現(xiàn)了“寓教于樂(lè)”的新型教學(xué)理念，降低學(xué)生對(duì)本課程的抵觸心理，提升學(xué)習(xí)效果。

二、羅杰斯人本主義理論內(nèi)涵

人本主義者認(rèn)為：“行為和學(xué)習(xí)是知覺(jué)的產(chǎn)物。一個(gè)人大多數(shù)的行為都是他對(duì)自己看法的結(jié)果。從某種意義上說(shuō)，學(xué)習(xí)即成為，成為一個(gè)完善的人是唯一真正的學(xué)習(xí)[2]?！绷_杰斯的人本主義理論關(guān)注學(xué)習(xí)內(nèi)容與個(gè)人的關(guān)系[3，4]。在他看來(lái)，意義學(xué)習(xí)是人本主義的、以學(xué)習(xí)者為中心的、以過(guò)程為定向的學(xué)習(xí)方式的重要核心。羅杰斯人本主義理論內(nèi)涵包括以下幾點(diǎn)：（1）人類生來(lái)就有學(xué)習(xí)的潛能。學(xué)習(xí)者總是懷著一種心理矛盾渴望發(fā)展和學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者的好奇心在學(xué)習(xí)過(guò)程中因獲得了學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)而變得遲鈍。（2）當(dāng)學(xué)習(xí)者察覺(jué)到學(xué)習(xí)內(nèi)容與他自己的目的有關(guān)時(shí)，便產(chǎn)生意義學(xué)習(xí)[5]。在這種情況下，學(xué)習(xí)者會(huì)將內(nèi)心深處對(duì)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、技能的愿望和學(xué)習(xí)潛能被全部釋放出來(lái)。（3）通過(guò)傳授者為學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)某些場(chǎng)景，讓學(xué)習(xí)者直接體驗(yàn)實(shí)際問(wèn)題，經(jīng)過(guò)切身體會(huì)和強(qiáng)化訓(xùn)練，才能獲得真正的意義學(xué)習(xí)。（4）當(dāng)學(xué)生負(fù)責(zé)任地參與學(xué)習(xí)過(guò)程時(shí)，學(xué)生自己能夠選擇學(xué)習(xí)方向、尋找學(xué)習(xí)資源、闡述學(xué)習(xí)問(wèn)題、決定行動(dòng)路線、承擔(dān)選擇后果，才能夠增強(qiáng)意義學(xué)習(xí)效果。本課程組成員基于上述羅杰斯人本主義理論內(nèi)涵與實(shí)質(zhì)，開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，最終確立了“學(xué)生為主體，教師為輔助”課堂教學(xué)模式，為學(xué)生設(shè)置合理的學(xué)習(xí)情景，引入工程案例，讓學(xué)生直接面對(duì)工程問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的責(zé)任感和自信心，強(qiáng)化意義學(xué)習(xí)效果。

三、基于羅杰斯人本主義理論的課程教學(xué)實(shí)踐與反思

（一）教學(xué)實(shí)踐與案例分析

本課程組成員對(duì)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程中存在的問(wèn)題和現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)遇到了較多困難，課堂教學(xué)效果不理想。接下來(lái)，以本校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)為例，進(jìn)一步針對(duì)基于羅杰斯人本主義理論的機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程的教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行深入闡述。該課程共計(jì)40學(xué)時(shí)，2.5學(xué)分;采用楊叔子、楊克沖主編教材作為課程主要參考教材。筆者選取本校機(jī)制2014級(jí)1班和2015級(jí)1班為例，兩班學(xué)生在當(dāng)年的招生規(guī)模和錄取分?jǐn)?shù)方面保持統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。兩班學(xué)生基礎(chǔ)能力基本相當(dāng)，使用相同版本人才培養(yǎng)方案，均已先修相關(guān)前序課程。因此，兩班學(xué)生在本門(mén)課程的學(xué)習(xí)中不存在專業(yè)障礙，難度相同?；谏鲜銮闆r，筆者開(kāi)展基于羅杰斯人本理論的機(jī)械工程控制基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐。案例如下：

案例一：第一章第三節(jié)“反饋”，要求學(xué)生能夠正確構(gòu)建系統(tǒng)的控制框圖。

1. 學(xué)習(xí)情景：首先，以發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)為例，如圖1所示，為學(xué)生設(shè)立如下思考問(wèn)題：

（1）被控對(duì)象是什么？

（2）被控量是什么？

（3）通過(guò)什么元件實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)值的設(shè)定？

（4）控制信息如何傳遞和反饋？

2. 小組討論：通過(guò)設(shè)置具體的學(xué)習(xí)情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生直接參與學(xué)習(xí)過(guò)程，建立意義學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)小組討論，學(xué)生渴望通過(guò)自己的努力回答上述四個(gè)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)討論，最終得知被控對(duì)象是發(fā)動(dòng)機(jī)，被控量是轉(zhuǎn)速，通過(guò)預(yù)緊彈簧元件實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)值的設(shè)定。

3. 強(qiáng)化練習(xí)：激勵(lì)學(xué)生繪制控制信息傳遞的系統(tǒng)框圖，如圖2所示，促進(jìn)學(xué)生思考發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)的工作過(guò)程和工作原理。

4. 案例小結(jié)：以此為例，根據(jù)機(jī)械控制系統(tǒng)的工作過(guò)程和工作原理，引導(dǎo)學(xué)生思考工程中的機(jī)械控制系統(tǒng)的基本組成、特點(diǎn)、基本物理量、被控量、給定量、控制量、擾動(dòng)量，構(gòu)建正確的機(jī)械系統(tǒng)控制框圖。通過(guò)設(shè)置合適的案例，引導(dǎo)學(xué)生討論和思考，形成正確、統(tǒng)一的認(rèn)知。

案例二：第二章第二節(jié)“非線性方程的線性化”，要求學(xué)生掌握非線性方程的線性化方法。

1.學(xué)習(xí)情景：首先，以常見(jiàn)的液壓伺服機(jī)構(gòu)為例，如圖3所示，為學(xué)生設(shè)立如下思考問(wèn)題：

（1）輸入值x與輸出值y之間是線性關(guān)系還是非線性關(guān)系？為什么？

（2）若輸入值x與輸出值y之間是非線性關(guān)系，請(qǐng)問(wèn)該系統(tǒng)是否符合線性化條件？

（3）若要線性化，應(yīng)該怎么做呢？

2.小組討論：學(xué)生根據(jù)在日常生活中接觸到的液壓系統(tǒng)的工程案例，思考該系統(tǒng)的輸入值與輸出值之間的關(guān)系?？芍到y(tǒng)函數(shù)為非線性函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)控制和分析會(huì)更加復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，必須進(jìn)行線性化，方便理解。

3.強(qiáng)化練習(xí)：通過(guò)思考確定該函數(shù)是連續(xù)非線性函數(shù)，且在預(yù)定工作點(diǎn)附近有小偏差運(yùn)動(dòng)，符合非線性函數(shù)的線性化條件。為了簡(jiǎn)化該液壓伺服機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行非線性函數(shù)的線性化運(yùn)算。

4. 案例小結(jié)：通過(guò)設(shè)置合適的學(xué)習(xí)情境和工程案例，確定系統(tǒng)函數(shù)是線性函數(shù)還是非線性函數(shù)。若為非線性函數(shù)，確定該非線性函數(shù)是否滿足線性化條件，并根據(jù)總結(jié)歸納的解題思路，讓學(xué)生理解并掌握非線性方程的線性化方法。本案例中，學(xué)生完成問(wèn)題的思考和分析過(guò)程，同時(shí)教師輔助完成總結(jié)歸納過(guò)程，二者結(jié)合起來(lái)，幫助學(xué)生加深對(duì)此知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和解題思路。

（二）教學(xué)實(shí)踐效果分析

通過(guò)對(duì)比機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)2014級(jí)1班（28人）成績(jī)和2015級(jí)1班（27人）成績(jī)（如圖5所示）可知，學(xué)生期末成績(jī)優(yōu)良率從14.28%提升至37.04%;優(yōu)良率從0.00%提升至11.11%;及格率從78.58%提升至88.89%，提升了10.31%。從學(xué)生成績(jī)分布圖可知，機(jī)制2014級(jí)1班學(xué)生成績(jī)?cè)?0-100、80-90、70-80、60-70、0-60分?jǐn)?shù)段占比分別為0.00%、14.28%、14.29%、50.00%、21.43%;機(jī)制2015級(jí)1班學(xué)生成績(jī)?cè)?0-100、80-90、70-80、60-70、0-60分?jǐn)?shù)段占比分別為11.11%、25.93%、22.22%、29.63%、11.11%;綜合比較，機(jī)制2015級(jí)1班學(xué)生成績(jī)高分人數(shù)占比和及格率明顯提高，成績(jī)明顯提升。

（三）教學(xué)反思

通過(guò)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》教學(xué)實(shí)踐和分析可知，基于羅杰斯人本主義理論的教學(xué)方法對(duì)于提升本課程的教學(xué)效果至關(guān)重要。通過(guò)本次教學(xué)實(shí)踐，本課程組教師發(fā)現(xiàn)，若要提升課堂教學(xué)效果，需進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和課堂參與度。具體措施如下：

1. 設(shè)置的工程案例必須貼近實(shí)際生活生產(chǎn)，這種學(xué)習(xí)情境有助于喚醒學(xué)生對(duì)知識(shí)的探索精神和好奇心，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。與此同時(shí)，學(xué)生通過(guò)這一工程實(shí)例的學(xué)習(xí)和講解，會(huì)發(fā)現(xiàn)機(jī)械工程控制理論在實(shí)際生活生產(chǎn)的應(yīng)用方法，使學(xué)生明白機(jī)械工程控制理論并非枯燥無(wú)聊，而是有意義有價(jià)值的，使其對(duì)所學(xué)理論知識(shí)產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2. 根據(jù)設(shè)置的工程案例，必須增加小組討論環(huán)節(jié)，方可提高教學(xué)效果。通過(guò)小組討論，能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)該工程問(wèn)題的思考深度和思考廣度，甚至?xí)纬膳行运季S;當(dāng)其他同學(xué)提出不同觀點(diǎn)時(shí)，學(xué)生甚至?xí)瘩g對(duì)方觀點(diǎn)，提高思辨能力，培養(yǎng)其形成批判性思維，有助于學(xué)生開(kāi)拓視野。

3. 引入工程案例后，教師必須根據(jù)學(xué)生討論得出的觀點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，并進(jìn)一步凝練，形成明確的邏輯鏈條和解題思路，幫助學(xué)生理解和記憶。如此做有兩大好處：一方面明確學(xué)生在課堂中的參與和貢獻(xiàn)，另一方面肯定學(xué)生在課堂中的表現(xiàn)及其觀點(diǎn)的正確性，增強(qiáng)學(xué)生的自信心，也變相激勵(lì)學(xué)生積極參與課堂的積極性，真正達(dá)到“學(xué)生為中心，教師為輔助”學(xué)習(xí)理念。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著高等教育的不斷發(fā)展，“學(xué)生為中心，教師為輔助”的課堂教學(xué)模式愈發(fā)受到重視。基于羅杰斯人本主義理論的教學(xué)模式能夠有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量和課堂教學(xué)效果，全面提升學(xué)生的認(rèn)知能力和思辨能力。未來(lái)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程的講授過(guò)程中，本課程組成員將繼續(xù)以人本主義理論為指導(dǎo)，進(jìn)一步總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，推廣教學(xué)成果，以期為同行們提供更多有效的教學(xué)理論支撐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)推廣。

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