多媒体在自动控制原理教学中的应用探讨

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  【摘要】本文结合作者教学实践经验,总结了《自动控制原理》多媒体教学方式的优点及存在的问题,从课程的教学目的为出发探讨了教学内容、教学方式、教学手段的改革方法,提出多种教学方式相结合,理论与工程实践相结合,并重点强调教学应“以人为本”以贯彻素质教育的教学方针。
  【关键词】自动控制原理;多媒体;教学内容;板书;素质教育
  
  引言
  《自动控制原理》是电气工程类本、专科生的一门主干专业课,其讲授的控制系统的基本概念及分析、控制原理是学习电气工程领域很多门专业课程如电力拖动自动控制系统、过程控制系统等课程的理论基础和关键问题,其理论及应用贯穿于电气工程领域的各个方面,因此学好《自动控制原理》这门课程是非常重要的。[1]
  《自动控制原理》这门课程主要研究自动控制系统的一般规律,覆盖面广,涉及到的数学理论较多,内容具有相当的概括性和抽象性,并有相当的理论深度和复杂性,特别是在分析问题时需要用到大量的数学公式和数学推理方法,牵扯到的各学科知识点,内容非常丰富。很多学生在学习时抓不住重点,不易掌握其基本原理、分析思想和方法。在教室的课堂教学中,需要画出大量的曲线并推理演绎大量的方程,在分析复杂问题时,很难画出精确的曲线,只能粗略的画出近似曲线,影响了学生的接收与理解。随着自动控制理论及电气工程学科的迅速发展,原有的板书式的教学方法已经不适应现代大学工科教育的发展,落后的教学手段直接影响到了学生的素质教育。
  随着多媒体技术的迅速发展及其在课堂教学中的广泛推广和使用,迅速改变了传统的“一本教材一支笔,一块黑板一张嘴”教学模式,使学生由被动学习变为主动学习,有利于培养学生的主动性思维、创造性思维及独立思考和工程探索能力。
  本人于2004年开始使用多媒体课件进行《自动控制原理》辅助教学,从开始的单一PowerPoint课件到后来加入MATLAB仿真工具进行辅助分析,建立起了一套理论讲授、多媒体教学和以项目为导向的工程实践教学为一体的教学体系,多年来课堂教学效果良好,教学效率大幅提高,学生学习反映良好。下面从《自动控制原理》多媒体教学实践经验出发,探讨本人对于《自动控制原理》多媒体教学的几点体会。
  1.因材施教,优化教学内容
  因本人所授课学生为高职高专层次,而现在的《自动控制原理》教材多偏重于理论的陈述以及对于分析方法的研究,多数仿真被放在了课程最后的附录中,甚至有的教材根本没有系统仿真,而高职高专层次的学生理论基础较差,人才培养方案中偏重对于学生的动手能力的培养即侧重于实践教学环节,所以对于教学内容的优化成了教学环节中的一个重要环节。
  针对教材中存在的问题以及专业人才培养目标的需要,我们对原有教学内容进行了更新和调整:
  (1)强调了对于基本概念、基本原理以及基本方法的掌握,加强了训练的强度和力度,剔除了一些需要用到很复杂数学分析方法而在工程实践中又很少遇见的教学内容,一些定理的证明不追求其严密性,只给出简要的解释或说明,重点强调结论的正确内涵、直观意义和满足条件。[2]
  (2)将原有的先理论后实践的教学模式转变为以工程项目为导向的教学模式,在讲课过程中注重结合实际的工程背景,从实际的工程案例中提炼自动控制的一般规律,如以单闭环直流电动机调速系统为例,可以通过分析系统结构和各部分的数学模型,建立系统的微分方程组、稳态和动态结构图、传递函数及信号流图,并分析各个数学模型之间的关系,通过不同的建模,加深学生对于系统分析方法的理解和掌握程度,拓宽视野,激发学习兴趣。
  (3)与时俱进,更新教学内容。因多媒体课件由教师本人制作,具有很好的灵活性和扩展性,教师应紧跟控制理论的蓬勃发展趋势,紧密关注前沿发展动态,注意处理经典的控制理论和新控制理论的关系,以保持课程内容的先进性。[3]补充内容应以了解控制理论的前沿动态为目的,在必要时可聘请在科研一线上的教授和科研人员用浅显易懂的语言结合自身的工程案例讲解当前的最新研究动态和最新研究课题,不求学生深入掌握,只求拓展学生发散性思维,开阔学生视野以满足现代社会对于宽口径人才的需要。
  2.多媒体教学应与板书教学相结合
  多媒体教学以计算机为载体,信息量大,集文字、图形、声音、图像等多种信息为一体,将原本枯燥的文字和图形以形象、生动、直观的形式呈现在课堂上,可以极大的调动学生学习的积极性和主动性。
  在授课过程中,教师可以调用系统仿真软件MATLAB快速的做出精确的仿真曲线,尤其是可以使用其附属程式SIMULINK以图形化、模块化的形式进行系统建模和仿真,可以大大提高授课的形象性、直观性,所得曲线准确清晰并有助于学生理解教学内容,也能为学生今后学习使用MATLAB软件打下基础,为将来走上工作岗位学以致用。[3]
  另一方面多媒体教学减轻了教师在教学中的劳动强度,教师可以将上课需要板书以及讲述的主要内容预先制作在课件中,并在课堂上呈现出来,从而减少了板书内容以及作图工作量,真正实现了无粉笔教学,为教师创造了一个更轻松、舒适的工作环境。
  虽然多媒体教学具有上述诸多优点,但决不可认为多媒体可以完全代替板书。首先,多媒体教学具有一过性,即每一页幻灯片播放过去以后一般不会再次在屏幕上呈现加之有的教师播放幻灯速度较快,给学生造成了紧迫感,很多学生往往还没有来得及做笔记,相关内容就已经一去不复返,所以很多学生抱怨进度太快,内容太多;其次,多媒体教学因其课件是事先制作,所以不够灵活,某些需临时补充或推演的内容无法直接增加,有些公式或例题需要循序渐进的讲解,而多媒体课件往往不能很好的完成相关功能。而板书则具有一些多媒体教学所不具备的优点。首先,板书内容灵活方便,教师可以根据需要随时进行调整;其次,教师可以通过板书,配合自身的工程实践及教学经验,边讲边写,边讲边画,言传身教,对提高学生整体素质产生潜移默化的影响;最后,板书可以充分展示教师的教风和治学精神及人格魅力,加深学生的学习映像,提高学生的审美能力。
  所以,现代大学的教学应该以适度的多媒体辅以适度的板书,相辅相成,决不可完全依靠多媒体教学,否则会对学生的学习产生负面影响并培养教师的懒惰情绪。
  3.以人为本
  无论计算机技术发展如何成熟,教学始终应以学生为主体,教师为主导,多媒体教学或者板书讲授只是实现教学目的,实现素质教育的手段和途径。
  教师必须怀有一颗对于学生的爱心,对工作的热心,不断的学习快速发展的控制理论,多进行工程实践以提高自身的专业素质,多进行教学理论的研究,不断的对教学课件进行优化修改,在教学过程中注意因材施教,以学生素质的提高为对自己的褒奖与荣耀,只有这样,才能真正实现素质教育。
  结束语
  通过多年的教学改革与教学实践,我校“自动控制原理”课程多媒体教学使课堂教学变得丰富多彩,提高了学生的学习兴趣,显著提高了教学质量。但如上所述,多媒体教学具有其自身的一些缺点,必须配合板书讲授,明确教师和学生在教学过程中所处的地位和作用,不能让机器成为教学过程的主题,教师应当加强自身修养及专业素质培养,理论联系实践,充分调动学生学习的积极性,注重学生多方面能力和素质培养,以打到最佳教学效果,为学生的后续专业课程学习及就业打下良好的基础。
  
  参考文献
  [1]陈志梅.浅谈《自动控制原理》多媒体教学的几点体会[J].机械管理开发,2007(5):
  133-135.
  [2]盖晓华.自动控制原理课程教学改革与实践[J].中国西部科技,2009,8(23):87-88.
  [3]陈晓莉.MATLAB仿真在自动控制原理多媒体辅助教学中的应用[J].科技信息,2010(13):254.
  
  注:新疆工业高等专科学校基金资助项目:2010xgz091112。
  
  作者简介:徐立军(1978-),男,硕士,新疆工业高等专科学校讲师,研究方向:工业自动控制。
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