郭凱凱 李敬兆

摘? 要：為了滿足新工科背景下對人才培養(yǎng)提出的更高需求，以工科院校培養(yǎng)高素質(zhì)人才作為研究目標(biāo)，針對電氣工程專業(yè)的特點及現(xiàn)在課程教學(xué)中的不足，以“電力拖動自動控制系統(tǒng)”課程的教學(xué)為例，提出以計算思維為基礎(chǔ)的問題探索型教學(xué)方法，此方法通過不同的調(diào)速系統(tǒng)之間的對比，尋找運(yùn)動控制系統(tǒng)間存在的聯(lián)系，以運(yùn)動控制系統(tǒng)存在問題的解決為主線，開展教學(xué)工作。該教學(xué)法既能提升基礎(chǔ)理論知識傳授質(zhì)量，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。學(xué)生不僅可以更好的掌握課程的相關(guān)知識，還可以通過學(xué)習(xí)構(gòu)建知識框架、提高解決未來發(fā)展出現(xiàn)的問題的能力。通過此課程教學(xué)得到的體會對其他工科理論課程的教學(xué)工作也有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：問題探索型教學(xué)方法;運(yùn)動控制系統(tǒng);創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）06-0102-03

Abstract： In order to meet the higher demand for talent training in the new engineering background， and improve the cultivation of high-quality talents in engineering colleges， according to the characteristics of electrical engineering and the shortcomings in the current curriculum teaching， a problem exploration teaching method is proposed， which takes computation as the basic thinking， and the solution to the problem of the motion control system as the main program. The course of "Electric Power Drag Automatic Control System" is taken as an example， to compare with different speed control systems，and the relationship between different motion control systems is analyzed. The method can not only improve the teaching quality of basic theoretical knowledge， but also cultivate students' innovative thinking and innovative ability. Students can not only master the relevant knowledge of the course better， but also learn to build a knowledge framework and improve their ability to solve problems in the future. The experience gained through the teaching of this course is also useful for the teaching of other engineering theory courses.

Keywords： problem exploration teaching method; motion control system; creativity ability

引言

隨著“中國制造2025”、“一帶一路”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“人工智能”等重大國家戰(zhàn)略及“新工科”概念的提出，對工科專業(yè)大學(xué)生的培養(yǎng)提出了更高的要求，促使廣大教師對工科知識和課程體系及能夠運(yùn)用所學(xué)知識解決現(xiàn)有問題、具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力和國際競爭力的高素質(zhì)人才的培養(yǎng)產(chǎn)生新的思考，以適應(yīng)新工科建設(shè)和發(fā)展的要求。

專業(yè)課是大學(xué)生從事科研或工作奠定專業(yè)基礎(chǔ)的課程。通過專業(yè)課的學(xué)習(xí)，可以系統(tǒng)的掌握本專業(yè)的知識體系及發(fā)展趨勢，同時還可以提高發(fā)現(xiàn)、分析和解決專業(yè)相關(guān)實際問題的能力。如何在課堂有限的時間內(nèi)，針對不同層次的學(xué)生，構(gòu)建知識體系是需要關(guān)注的問題，值得深入思考。根據(jù)專業(yè)課程特點，以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)為目標(biāo)，對課堂教學(xué)進(jìn)行全面的設(shè)計和安排，選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而更好地完成教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)質(zhì)量。因此課堂教學(xué)方法的創(chuàng)新引起了廣大師生的廣泛重視，應(yīng)用科學(xué)的教學(xué)方法是實現(xiàn)培養(yǎng)能力型、創(chuàng)新型人才的需要。

根據(jù)《國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中的要求，目前，數(shù)字化和智能化已成為前沿發(fā)展領(lǐng)域，智能制造裝備、智能服務(wù)機(jī)器人等行業(yè)的發(fā)展是社會發(fā)展的必然趨勢?！半娏ν蟿幼詣涌刂葡到y(tǒng)”課程是本科院校電氣工程專業(yè)的核心課程，具有知識面廣、概念多、理論性、專業(yè)性、應(yīng)用性和綜合性強(qiáng)、公式推導(dǎo)復(fù)雜的特點，且知識點間相互滲透銜接。為了使學(xué)生既學(xué)到有用的知識，又不至于害怕這門課程，行之有效的教學(xué)方法是提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性的關(guān)鍵，是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要環(huán)節(jié)。

一、問題分析

電氣工程類專業(yè)課的課程一般理論性強(qiáng)、難以理解，如果學(xué)生不能很好的理解和掌握專業(yè)課程的內(nèi)容，對以后的繼續(xù)深造，還是就業(yè)，均會有諸多不利影響。通過分析，一方面原因是多數(shù)學(xué)生依賴性學(xué)習(xí)強(qiáng)，但又因為學(xué)生存在升學(xué)或者就業(yè)壓力，上課不能集中精力，導(dǎo)致學(xué)習(xí)質(zhì)量下降;二是傳統(tǒng)教學(xué)只注重專業(yè)知識的傳授，很少有學(xué)生會注意到所授知識與自己以后發(fā)展的聯(lián)系，培養(yǎng)出來的工科人才視野相對狹窄。三是大多數(shù)教學(xué)方法忽略了知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系性的講解，增加了學(xué)習(xí)的難度，消弱了學(xué)習(xí)的興趣及自學(xué)的動力。因此，在新工科背景下，如何提高專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性，提高綜合素質(zhì)是現(xiàn)在教學(xué)面臨的首要問題。

針對以上問題，本文根據(jù)電氣工程專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計的特點，以“電力拖動運(yùn)動控制系統(tǒng)”課程為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，提出了一種研究性學(xué)習(xí)方法，即問題探索型教學(xué)方法，它的核心是要改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，以計算思維為基礎(chǔ)、能力培養(yǎng)為目標(biāo)，它將問題自主探索作為學(xué)生學(xué)習(xí)的主要方式，在教學(xué)過程中，充分地將教師自身的科研工作和教學(xué)工作有機(jī)地結(jié)合起來，最大限度地激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，運(yùn)用各種先進(jìn)的教學(xué)手段，合理的設(shè)置教學(xué)內(nèi)容及形式，來激發(fā)學(xué)生求知欲和創(chuàng)造力，以改善教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而讓學(xué)生更加靈活地掌握這些基礎(chǔ)知識，從而完成對學(xué)生思維方式和學(xué)科架構(gòu)形成引導(dǎo)。在教學(xué)過程中，以解決運(yùn)動控制系統(tǒng)存在的問題為主線，課堂教學(xué)逐層深入，讓學(xué)生通過獨(dú)立發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題來進(jìn)行課程知識的學(xué)習(xí)，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才奠定基礎(chǔ)。

二、問題探索型教學(xué)方法研究

要合理的設(shè)計每堂課的教學(xué)思路，首先備課要充分，教師要清楚學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容，要明確讓學(xué)生明白為什么要學(xué)習(xí)這門課程，需要用多長時間來學(xué)習(xí)，及學(xué)習(xí)本課程后對自己以后的發(fā)展有什么用。

然后，教師需要進(jìn)一步確定在課堂上通過哪些具體的教學(xué)策略及內(nèi)容來提高學(xué)生的知識與技能、過程與方法，設(shè)計適合不同層次學(xué)生的知識框架。著力引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會知識、思路和方法，教師豐富的科研實踐經(jīng)驗有利于與學(xué)生產(chǎn)生共鳴，從而圍繞關(guān)鍵問題展開討論，使學(xué)生逐漸認(rèn)識到要學(xué)些什么，怎么學(xué)。

針對學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊、自學(xué)能力、學(xué)習(xí)目標(biāo)不同的問題，教師應(yīng)該深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)，課后提供必要的幫助。課堂上給予學(xué)生思考時間的同時，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力，通過建立基本知識點、小知識點以及衍生知識點幫助學(xué)生構(gòu)建課程的知識框架，設(shè)立自己的目標(biāo)，進(jìn)而建立自己的知識體系及思維方式。

針對學(xué)生對課上提的問題采取消極不思考態(tài)度的問題，教師應(yīng)多反思自己的課堂講授內(nèi)容、課堂用語，多關(guān)注學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生，在課堂上營造敢于質(zhì)疑老師，敢于向固有理論挑戰(zhàn)的環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的批判主義精神。

最后教師需要考慮對教學(xué)效果進(jìn)行綜合而全面的反思，以長期培養(yǎng)人才的態(tài)度對待授課，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

三、實踐結(jié)果

問題探索型教學(xué)方法是一種思維方式和解決問題的思路，并不是純粹在教學(xué)過程中講述一些知識，而是不斷引導(dǎo)學(xué)生思考，鼓勵他們養(yǎng)成不斷思考和不斷質(zhì)疑的習(xí)慣。

1. 興趣是學(xué)習(xí)的源動力，如果對課程一點興趣都沒有，只是被動地接收知識，學(xué)習(xí)效率不會高，難以取得良好的學(xué)習(xí)效果。教師應(yīng)該積極引導(dǎo)學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，根據(jù)《中國制造2025》提出的大力支持高檔數(shù)控機(jī)床及工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域的發(fā)展，讓學(xué)生意識到學(xué)習(xí)知識的重要性。對課程學(xué)習(xí)的理解上升到專業(yè)需求的高度，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)欲望，提高學(xué)習(xí)效率。

2. 學(xué)生的學(xué)習(xí)需要自己建構(gòu)，教師以提高學(xué)生的綜合能力為主，凝練教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生掌握知識的系統(tǒng)性?！半娏ν蟿幼詣涌刂葡到y(tǒng)”課程是在電路與磁路的基礎(chǔ)上，以運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本理論與分析方法為重點，根據(jù)課程特點，要讓學(xué)生改變接受式學(xué)習(xí)方式，就應(yīng)該讓學(xué)生積極地參與問題的討論和解決。從學(xué)習(xí)過程的探究性入手，在教學(xué)過程中，讓學(xué)生不斷地提出新問題，在探索中學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供更多思考的空間。只有經(jīng)過學(xué)生主動的思考，加深對問題的理解，才能真正的理解、掌握知識、加深印象。

3. 激活思維、質(zhì)疑問題是知識創(chuàng)新的基礎(chǔ)。教師要引導(dǎo)學(xué)生將不同的運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行對比，使學(xué)生養(yǎng)成比較學(xué)習(xí)的習(xí)慣。通過采用此教學(xué)方法，促使學(xué)生養(yǎng)成勤于思考的習(xí)慣，使他們在以后的學(xué)習(xí)和工作過程中多思考、敢質(zhì)疑，使其成為國家需要的高科技人才。教學(xué)的源動力在于教師的創(chuàng)新觀念和創(chuàng)新方法，教師必須關(guān)注課程的最新研究狀況，在教學(xué)中主動結(jié)合科研，實現(xiàn)知識的重新建構(gòu)，在授課時傳授傳統(tǒng)知識的同時，教授學(xué)生書本上沒有的新知識、新理論，使教學(xué)內(nèi)容具備一定的前沿性。

4. 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，許多如精品課程、微課、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂等在線教育課程興起，PPT課件是現(xiàn)在課堂教學(xué)必不可少的工具，在課件中加入圖片、聲音和動畫等多種媒體，教師應(yīng)該做利于教師教學(xué)的課件，輔助于“教”，利于學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)。根據(jù)學(xué)生的理解程度，安排所要講解的內(nèi)容，可以在線觀看相應(yīng)的知識點，進(jìn)行知識點的梳理，講解重點、難點，展示公式、理論的推導(dǎo)過程，把計算思維的形成發(fā)展傳授給學(xué)生，并進(jìn)行適當(dāng)拓展和延伸，提高課堂效率，加深理解和知識體系的掌握，進(jìn)而逐步培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

以電力拖動自動控制系統(tǒng)課程中第二部分交流調(diào)速系統(tǒng)為例進(jìn)行分析：（1）提出問題：為什么要開發(fā)交流調(diào)速系統(tǒng)？在學(xué)生展開思考的同時，針對之前學(xué)習(xí)的直流調(diào)速系統(tǒng)的知識進(jìn)行回顧，指出直流調(diào)速系統(tǒng)的缺點，引出交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性;（2）交流調(diào)速系統(tǒng)如此優(yōu)越，為何最近40年才開始發(fā)展？引出發(fā)展中所受到的限制，進(jìn)而學(xué)習(xí)交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域;（3）進(jìn)行交流調(diào)速系統(tǒng)分類和調(diào)速方法的概述，引出本部分學(xué)習(xí)的主線：重點內(nèi)容是異步電動機(jī)采用變壓變頻調(diào)速控制方法，如何構(gòu)成運(yùn)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)速控制？以性能提高為主線：性能一般的開環(huán)系統(tǒng)，性能一般的閉環(huán)系統(tǒng)，高動態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)。（4）進(jìn)行高動態(tài)性能交流調(diào)速系統(tǒng)的詳細(xì)學(xué)習(xí)，包含異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換，異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)，異步電動機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，整個第二部分的學(xué)習(xí)需16學(xué)時完成。

以含異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換2課時的學(xué)習(xí)為例：（1）思考問題：異步電動機(jī)通電之后如何轉(zhuǎn)動起來？引出異步電機(jī)的工作原理的學(xué)習(xí);（2）從機(jī)械特性出發(fā)學(xué)習(xí)異步電動機(jī)調(diào)速方法，分三步走：異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路（在一定的轉(zhuǎn)差率下電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)電氣特性）;機(jī)械特性（電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系）;兩種調(diào)速方法：調(diào)壓調(diào)速，變頻調(diào)速。其中每種調(diào)速方法的機(jī)械特性，工作效率，思考背后的物理原因。在整個過程中，以學(xué)生的自主思維為基礎(chǔ)，不斷的深入。

通過實踐，學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)有了顯著提高：

（1）熟練的掌握Matlab等仿真軟件，加深對理論知識的理解。

（2）提高了運(yùn)用所學(xué)知識解決運(yùn)動控制系統(tǒng)中實際問題的能力。

（3）提高了發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維。

（4）養(yǎng)成探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

（5）提高了獨(dú)立自學(xué)能力。

（6）提高了計算能力。

（7）培養(yǎng)了創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。

四、結(jié)束語

為了滿足新時期“新工科”對大學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的現(xiàn)實需求，本文通過對現(xiàn)在課堂教學(xué)存在問題進(jìn)行分析，提出了以計算思維為基礎(chǔ)的問題探索型教學(xué)方法。教師要本著學(xué)以致用的原則，主動順應(yīng)時代發(fā)展，及時更新授課理念、授課方式和內(nèi)容，注重學(xué)生全面素質(zhì)的提高，此教學(xué)方法不僅可以有效地解決教學(xué)上的問題，還可以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更好的理解所學(xué)知識，提高學(xué)生分析與解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，促進(jìn)學(xué)生的個性發(fā)展。相信通過教學(xué)方法的不斷改革，可以為國家培養(yǎng)出適合時代發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才！

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