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【摘要】文章以自动控制课堂教学为背景,通过对自控原理中的教学方法的改进,提出端正学生的学习态度,改进教师的教学方法,提高教师的个人素养、学生的观察、动手和思维能力的培养,才能达到最终的素质教育。
【关键词】素质教育;思维能力;被控对象
随着科学技术的迅猛发展,新领域不断的增多,学科高度分化又高度综合……,这就给高校提出了新的要求。教育思想必须从传统的传授知识为主向培养学生自主学习和创造为主的转变,从以教师为中心向以学生主动发展为中心的转变,注重创新精神和创新人才的培养。因此高校必须尽快改变现有的教育观念,实施素质教育已经成为时代的呼唤、科学技术和社会发展的需要。
下边结合笔者在教学中的一些心得,认为实行素质教育应从以下几个方面着手:
一、明确素质教育目标
学生作为素质教育的被控对象,在素质教育中占有主要的地位。目前,我们的学校教育大多是典型的应试教育,这就必然造成以下三个方面的问题:第一重视智力好的学生的教育,而忽略了大多数学生的教育;第二重视知识的教育、忽略了能力的培养;第三重视智商,忽略了德育、体育、美育等方面的教育。在这三个方面的影響下,我国的学校考试出现了异化现象,产生了人的社会化过程相分离的运动。考试本来是促进学生社会化过程的手段,学生的发展倒成了争取考试合格的手段,考试过程中所有自然形成的关系却变成了分数关系。考试成为学生学习的一种强制力量,学生失去了自身学习的动力,最终学生把考试视为自己的对立面,把自己看成被分数奴役的人。诸多的弊端使得我们必须改变学生的思维模式,端正学生的学习态度,让学生认识到综合素质的重要性,使学生学习的知识技能与社会生活紧密结合,让学生步入社会不会有一种贪图和盲从感,这样培养出的人才才能既有广泛的知识又有各方面的技能和创造力,这才是我们社会真正需要的复合型人才[1]。
二、加强学生主观能动性的培养
素质教育要在充分发挥教师的主导作用下,广泛地让学生主动参与,积极思考,要发挥学生的创造性思维能力。就以《自动控制原理》为例,因为《自动控制原理》是自动化专业的一门重要的专业基础课程,通过学习这门课程,应使学生掌握有关自动控制方面的基础知识、基本理论和相关的分析方法,具有对系统进行定性分析、定量估算和动态仿真的能力,并为以后专业课程的学习、毕业设计以及毕业后参加工程实践打下良好的基础。因此,讲授好这门课程,不论是加强学生的基础知识,还是培养学生分析问题和解决问题的能力,均具有重要的作用。
《自动控制原理》的主要教学手段是以课堂授课为主,采用传统的黑板教学手段和多媒体教学结合的方式。传统的板书在教学过程中,应注意强调自控思想与研究方法的介绍,要有机地渗透激励学生创新意识的相关内容,触发学生的创新思维的灵感和意向,在教学活动中,有意识地把自控与现实生活结合起来。比如:结合“神七”飞天,从自动控制的稳定性、快速性、准确性三方面来分别分析。首先,“神七”经过几天的飞行,能安全回来,用自动控制原理解释就是稳定性好;其次,飞船最终能降落在内蒙古四子王旗主着陆场,航天员的身体特征一切正常,就说明这个系统准确性特别高,即稳态误差比较小;最后,“神七”的船箭顺利分离,时间和设计预测时间一样,用自动控制的理念解释为整个系统的快速性比较好。就这样利用类比的方法,让学生牢记自动控制的三大性能及其在实际生活中的应用。利用所学知识,通过重视实际的应用,来提高研究问题、解决问题的能力。
自动控制是以实践为基础,用数学手段分析归纳和处理问题的一门学科,实验不仅能展示自控中的响应曲线变化过程,又可以培养学生观察和动手能力,激发学生的兴趣和积极探索的精神。实验时,教师要根据各个实验的特点,启发、引导学生注意观察响应曲线的变化情况,同时培养学生的观察和实验能力。比如在做“控制系统的校正”这个实验时,当校正方式是串联校正,校正方法是分析法,常用校正装置是PD控制时,根据响应曲线表现的性能——PD校正会使系统相位超前,同时使系统动态性能变好,系统的抗干扰能力下降,理论分析造成这些相应曲线特征的原因,然后引导学生回到“二阶系统响应性能的改进措施”发现系统引进一个PD控制,相当于系统的等效阻尼比:
其中为系统固有的阻尼比,为系统的等效阻尼比。为系统的固有频率,为微分时间常数。也就是说当系统串联一个PD校正环节后,即便系统固有的阻尼比,如果、选择合适,等效阻尼比也会非常大,这样超调量就会很小,调节时间也会很小,系统的动态性能会变好。比较实验和理论分析两种方法,要求学生根据自己在课堂上的讨论所得到的结论和实验所得到的结论相对照,看是否是一致的结果。真正做到:教学的目的不仅是传授知识,更重要的是培养和提高学生的综合能力,即教会学生研究问题和解决问题的方法。
三、教学方式的转变
教学是双向的,所以如果只是“满堂灌”,采取“填鸭子”式的教学方法,则难以取得好的教学效果。学生的听课情绪直接影响到教学效果,特别是连续上课的时候,一定要留意学生的情绪变化。如果学生流露出疲倦、迷惑、厌烦等情绪,必须适当调节课堂气氛,用与专业息息相关、学生又感兴趣的信息或方式来调节课堂气氛,这样既可以放松,又可以额外让学生学习到课本中学不到的知识。课外答疑和批改作业也是教学过程中的一个重要环节,对任课教师也是一个信息反馈的过程。通过批改作业和答疑,可以了解学生对讲授内容的理解和掌握程度,对于学生则是一个自我检查和个别辅导的机会。课外答疑不同于课堂教学,不拘泥于课堂时间、教学规定等限制,因此是一种比较灵活的教学方式[2]。
教学过程中应把握的重点有教学目标、课程体系、课程内容、课程难点、教学过程和方式,传统的教学方法如系统讲授法、对比法、演示法等对学生掌握内容是颇有成效的。由于本课程的授课对象是大学三年级的学生,已经具有一定的自学能力,因此,在授课过程中,应着重讲清思路、概念和方法,突出重点,层次分明,由浅入深,紧紧抓住学生的思维活动。例如: 在学习第三章时域分析法时,分别要对一阶系统、二阶系统和高阶系统分别进行分析,就二阶系统而言,当阻尼比取不同值时,系统闭环特征根的性质也不同,因此二阶系统分为过阻尼、欠阻尼、临界阻尼及零阻尼等几个工作状态,这部分内容如果通过教师的讲解,学生听起来感到非常枯燥,因此,在进行第三章前,首先把这一章要解决的问题:动态性能指标——、、等、稳定性——Routh判据和Hurwize判据、准确性——ess的求法先给大家简单讲解一下,让大家先预习,自己先寻找答案;正式上课时则师生相互协作,比如在求系统的准确性——ess时,可以先让学生代表自己总结曾经学习过的三种求解方法,第一:定义法;第二:终值定理法;第三:用系统的型来求稳态误差;然后利用定义推导出第四种方法:即用系统的误差系数来求稳态误差。这四种方法除了第一种方法比较困难外,其余的三种方法都是利用公式求解,比较简单。接着让学生思考一下系统的三个性能——稳定性、快速性、稳定性在一个系统中谁是首要条件,当听到回答“稳定性”后,再提出“当求解系统的稳态误差时,要不要判断系统的稳定性”这个问题。为了让学生们明确“如果要计算稳态误差,则第一步应该判定系统的稳定性”这一问题,采用倒叙的方法,首先在课堂上提出了“如果用终值定理来求稳态误差,那么第二步需要做什么呢”这一问题,当听到学生回答说需要求后,再提出“在输入信号和干扰信号分别是和时,如何求”的问题,当听到有同学回答时,可以继续提问,比如“式中的分别代表什么含义?如何表示?”假如学生不能回答,就让大家把书翻到第三章,稳态误差计算这一个知识点,再看看当时的推导公式,通过用这种启发引导的教学方法,真正激发学生学习的积极性和灵活性,而且从中也可以了解学生掌握知识的程度。
四、素质教育对教师的要求
在自控教学中实施素质教育,归根到底要依靠教师,提高师资水平,这是实现素质教育的保证。教师的任务不单是教书,还必须是育人。作为教师不管有再多的教学经验,必须有严肃的教学态度,要求每次讲课均能做到认真对待教学工作,认真做好课前准备,仔细阅读和钻研本课程指定教材。除了要熟练掌握本课程基本内容外,还要重点分析学生难以理解的部分,并在钻研所选教材的基础上,参考多种教材和文献,找出较好的講授方法。“传道、授业、解惑”是教师的天职,教师对学生各方面的影响是直接而长久的,因此教师的知识水平是素质教育的关键所在,这就需要教师必须加强自身的修养,丰富完善自身的知识水平[3]。
在素质教育中,教师必须具有广博的知识,讲授《自动控制原理》的教师不仅要对本门课的基本理论、基本知识、主要内容、研究方法等有详细的了解和一定的研究。此外,还应该深入了解学生掌握与控制原理相关知识的情况,如高等数学、普通物理、模拟电子、电工、力学、线性代数等。这就要求教师对这些自控相关学科有一定的了解,并进行针对性的教学。
由于自动控制的基础是反馈理论和线性系统理论,并结合应用了网络理论和通信理论的相关知识。因此,自动控制并不属于任一工程学科,在航空航天、舰船、机械、环境、电气以及核动力等工程学科中都有广泛的应用,这就要求教师要熟悉当前自控的发展趋势和研究成果,要具有现代教育学的理论基础知识,了解国内外基础教育改革的动态及自动控制教学改革的方向等等。因此,讲授《自动控制原理》的教师要不断学习,不断进步,扩大知识面,进行教育科学研究,积累教育教学经验,提高自身的基本素质,以适应素质教育的要求。
五、结论
通过以上素质教育在自控原理中应用的探讨,为了提高学生学习一门知识学习和应用的能力,对于一门学科的教学或学习来说,不纯粹是单一的教师或学生的问题,如果教师想把一门课教好,让学生真正领会所学课程的内容,不仅教师需要提高个人综合素质,多学科交叉进步,在知识层次上取得超越,把理论与实际相结合,以至达到融会贯通,灵活结合,改进教学方法,创新教学理念,也需要学生端正学习态度,提高学生的主观能动性,创造性,开发学生思维,增强观察能力和手动能力,改变传统的被动接受,化被动为主动,在加上相互协作,形成互动,才能真正达到预期的效果。总之,在学科教学中实施素质教育,是一项长期、艰苦的工作,还需要广大教育工作者在理论上不断探索,在实践中不断完善。与时俱进,开拓创新,相信通过广大教育工作者的努力工作,素质教育一定会取得长足的发展。
参考文献
[1]徐梅.素质教育在《自动控制原理》课程中的应用[J].科技教育创新,2007(22):275-278.
[2]袁愈林.素质教育过程中的信息控制[J].湖南城建高等专科学校学报,2003(12):49-50.
[3]柴占学.浅谈实施素质教育的宏观控制[J].督导之声,2001(5):15-16.
作者简介:王希娟(1980—),女,河南南阳人,洛阳师范学院物理与电子信息学院讲师,硕士,主要从事冶金自动化、预测控制、节能等方面的教学与研究工作。
【关键词】素质教育;思维能力;被控对象
随着科学技术的迅猛发展,新领域不断的增多,学科高度分化又高度综合……,这就给高校提出了新的要求。教育思想必须从传统的传授知识为主向培养学生自主学习和创造为主的转变,从以教师为中心向以学生主动发展为中心的转变,注重创新精神和创新人才的培养。因此高校必须尽快改变现有的教育观念,实施素质教育已经成为时代的呼唤、科学技术和社会发展的需要。
下边结合笔者在教学中的一些心得,认为实行素质教育应从以下几个方面着手:
一、明确素质教育目标
学生作为素质教育的被控对象,在素质教育中占有主要的地位。目前,我们的学校教育大多是典型的应试教育,这就必然造成以下三个方面的问题:第一重视智力好的学生的教育,而忽略了大多数学生的教育;第二重视知识的教育、忽略了能力的培养;第三重视智商,忽略了德育、体育、美育等方面的教育。在这三个方面的影響下,我国的学校考试出现了异化现象,产生了人的社会化过程相分离的运动。考试本来是促进学生社会化过程的手段,学生的发展倒成了争取考试合格的手段,考试过程中所有自然形成的关系却变成了分数关系。考试成为学生学习的一种强制力量,学生失去了自身学习的动力,最终学生把考试视为自己的对立面,把自己看成被分数奴役的人。诸多的弊端使得我们必须改变学生的思维模式,端正学生的学习态度,让学生认识到综合素质的重要性,使学生学习的知识技能与社会生活紧密结合,让学生步入社会不会有一种贪图和盲从感,这样培养出的人才才能既有广泛的知识又有各方面的技能和创造力,这才是我们社会真正需要的复合型人才[1]。
二、加强学生主观能动性的培养
素质教育要在充分发挥教师的主导作用下,广泛地让学生主动参与,积极思考,要发挥学生的创造性思维能力。就以《自动控制原理》为例,因为《自动控制原理》是自动化专业的一门重要的专业基础课程,通过学习这门课程,应使学生掌握有关自动控制方面的基础知识、基本理论和相关的分析方法,具有对系统进行定性分析、定量估算和动态仿真的能力,并为以后专业课程的学习、毕业设计以及毕业后参加工程实践打下良好的基础。因此,讲授好这门课程,不论是加强学生的基础知识,还是培养学生分析问题和解决问题的能力,均具有重要的作用。
《自动控制原理》的主要教学手段是以课堂授课为主,采用传统的黑板教学手段和多媒体教学结合的方式。传统的板书在教学过程中,应注意强调自控思想与研究方法的介绍,要有机地渗透激励学生创新意识的相关内容,触发学生的创新思维的灵感和意向,在教学活动中,有意识地把自控与现实生活结合起来。比如:结合“神七”飞天,从自动控制的稳定性、快速性、准确性三方面来分别分析。首先,“神七”经过几天的飞行,能安全回来,用自动控制原理解释就是稳定性好;其次,飞船最终能降落在内蒙古四子王旗主着陆场,航天员的身体特征一切正常,就说明这个系统准确性特别高,即稳态误差比较小;最后,“神七”的船箭顺利分离,时间和设计预测时间一样,用自动控制的理念解释为整个系统的快速性比较好。就这样利用类比的方法,让学生牢记自动控制的三大性能及其在实际生活中的应用。利用所学知识,通过重视实际的应用,来提高研究问题、解决问题的能力。
自动控制是以实践为基础,用数学手段分析归纳和处理问题的一门学科,实验不仅能展示自控中的响应曲线变化过程,又可以培养学生观察和动手能力,激发学生的兴趣和积极探索的精神。实验时,教师要根据各个实验的特点,启发、引导学生注意观察响应曲线的变化情况,同时培养学生的观察和实验能力。比如在做“控制系统的校正”这个实验时,当校正方式是串联校正,校正方法是分析法,常用校正装置是PD控制时,根据响应曲线表现的性能——PD校正会使系统相位超前,同时使系统动态性能变好,系统的抗干扰能力下降,理论分析造成这些相应曲线特征的原因,然后引导学生回到“二阶系统响应性能的改进措施”发现系统引进一个PD控制,相当于系统的等效阻尼比:
其中为系统固有的阻尼比,为系统的等效阻尼比。为系统的固有频率,为微分时间常数。也就是说当系统串联一个PD校正环节后,即便系统固有的阻尼比,如果、选择合适,等效阻尼比也会非常大,这样超调量就会很小,调节时间也会很小,系统的动态性能会变好。比较实验和理论分析两种方法,要求学生根据自己在课堂上的讨论所得到的结论和实验所得到的结论相对照,看是否是一致的结果。真正做到:教学的目的不仅是传授知识,更重要的是培养和提高学生的综合能力,即教会学生研究问题和解决问题的方法。
三、教学方式的转变
教学是双向的,所以如果只是“满堂灌”,采取“填鸭子”式的教学方法,则难以取得好的教学效果。学生的听课情绪直接影响到教学效果,特别是连续上课的时候,一定要留意学生的情绪变化。如果学生流露出疲倦、迷惑、厌烦等情绪,必须适当调节课堂气氛,用与专业息息相关、学生又感兴趣的信息或方式来调节课堂气氛,这样既可以放松,又可以额外让学生学习到课本中学不到的知识。课外答疑和批改作业也是教学过程中的一个重要环节,对任课教师也是一个信息反馈的过程。通过批改作业和答疑,可以了解学生对讲授内容的理解和掌握程度,对于学生则是一个自我检查和个别辅导的机会。课外答疑不同于课堂教学,不拘泥于课堂时间、教学规定等限制,因此是一种比较灵活的教学方式[2]。
教学过程中应把握的重点有教学目标、课程体系、课程内容、课程难点、教学过程和方式,传统的教学方法如系统讲授法、对比法、演示法等对学生掌握内容是颇有成效的。由于本课程的授课对象是大学三年级的学生,已经具有一定的自学能力,因此,在授课过程中,应着重讲清思路、概念和方法,突出重点,层次分明,由浅入深,紧紧抓住学生的思维活动。例如: 在学习第三章时域分析法时,分别要对一阶系统、二阶系统和高阶系统分别进行分析,就二阶系统而言,当阻尼比取不同值时,系统闭环特征根的性质也不同,因此二阶系统分为过阻尼、欠阻尼、临界阻尼及零阻尼等几个工作状态,这部分内容如果通过教师的讲解,学生听起来感到非常枯燥,因此,在进行第三章前,首先把这一章要解决的问题:动态性能指标——、、等、稳定性——Routh判据和Hurwize判据、准确性——ess的求法先给大家简单讲解一下,让大家先预习,自己先寻找答案;正式上课时则师生相互协作,比如在求系统的准确性——ess时,可以先让学生代表自己总结曾经学习过的三种求解方法,第一:定义法;第二:终值定理法;第三:用系统的型来求稳态误差;然后利用定义推导出第四种方法:即用系统的误差系数来求稳态误差。这四种方法除了第一种方法比较困难外,其余的三种方法都是利用公式求解,比较简单。接着让学生思考一下系统的三个性能——稳定性、快速性、稳定性在一个系统中谁是首要条件,当听到回答“稳定性”后,再提出“当求解系统的稳态误差时,要不要判断系统的稳定性”这个问题。为了让学生们明确“如果要计算稳态误差,则第一步应该判定系统的稳定性”这一问题,采用倒叙的方法,首先在课堂上提出了“如果用终值定理来求稳态误差,那么第二步需要做什么呢”这一问题,当听到学生回答说需要求后,再提出“在输入信号和干扰信号分别是和时,如何求”的问题,当听到有同学回答时,可以继续提问,比如“式中的分别代表什么含义?如何表示?”假如学生不能回答,就让大家把书翻到第三章,稳态误差计算这一个知识点,再看看当时的推导公式,通过用这种启发引导的教学方法,真正激发学生学习的积极性和灵活性,而且从中也可以了解学生掌握知识的程度。
四、素质教育对教师的要求
在自控教学中实施素质教育,归根到底要依靠教师,提高师资水平,这是实现素质教育的保证。教师的任务不单是教书,还必须是育人。作为教师不管有再多的教学经验,必须有严肃的教学态度,要求每次讲课均能做到认真对待教学工作,认真做好课前准备,仔细阅读和钻研本课程指定教材。除了要熟练掌握本课程基本内容外,还要重点分析学生难以理解的部分,并在钻研所选教材的基础上,参考多种教材和文献,找出较好的講授方法。“传道、授业、解惑”是教师的天职,教师对学生各方面的影响是直接而长久的,因此教师的知识水平是素质教育的关键所在,这就需要教师必须加强自身的修养,丰富完善自身的知识水平[3]。
在素质教育中,教师必须具有广博的知识,讲授《自动控制原理》的教师不仅要对本门课的基本理论、基本知识、主要内容、研究方法等有详细的了解和一定的研究。此外,还应该深入了解学生掌握与控制原理相关知识的情况,如高等数学、普通物理、模拟电子、电工、力学、线性代数等。这就要求教师对这些自控相关学科有一定的了解,并进行针对性的教学。
由于自动控制的基础是反馈理论和线性系统理论,并结合应用了网络理论和通信理论的相关知识。因此,自动控制并不属于任一工程学科,在航空航天、舰船、机械、环境、电气以及核动力等工程学科中都有广泛的应用,这就要求教师要熟悉当前自控的发展趋势和研究成果,要具有现代教育学的理论基础知识,了解国内外基础教育改革的动态及自动控制教学改革的方向等等。因此,讲授《自动控制原理》的教师要不断学习,不断进步,扩大知识面,进行教育科学研究,积累教育教学经验,提高自身的基本素质,以适应素质教育的要求。
五、结论
通过以上素质教育在自控原理中应用的探讨,为了提高学生学习一门知识学习和应用的能力,对于一门学科的教学或学习来说,不纯粹是单一的教师或学生的问题,如果教师想把一门课教好,让学生真正领会所学课程的内容,不仅教师需要提高个人综合素质,多学科交叉进步,在知识层次上取得超越,把理论与实际相结合,以至达到融会贯通,灵活结合,改进教学方法,创新教学理念,也需要学生端正学习态度,提高学生的主观能动性,创造性,开发学生思维,增强观察能力和手动能力,改变传统的被动接受,化被动为主动,在加上相互协作,形成互动,才能真正达到预期的效果。总之,在学科教学中实施素质教育,是一项长期、艰苦的工作,还需要广大教育工作者在理论上不断探索,在实践中不断完善。与时俱进,开拓创新,相信通过广大教育工作者的努力工作,素质教育一定会取得长足的发展。
参考文献
[1]徐梅.素质教育在《自动控制原理》课程中的应用[J].科技教育创新,2007(22):275-278.
[2]袁愈林.素质教育过程中的信息控制[J].湖南城建高等专科学校学报,2003(12):49-50.
[3]柴占学.浅谈实施素质教育的宏观控制[J].督导之声,2001(5):15-16.
作者简介:王希娟(1980—),女,河南南阳人,洛阳师范学院物理与电子信息学院讲师,硕士,主要从事冶金自动化、预测控制、节能等方面的教学与研究工作。