抛锚式教学模式在《机械工程控制基础》课程教学中的应用探索

林华　许锋　曹昌勇

摘要：机械专业《机械工程控制基础》课程抽象、理论性强、涉及知识广，学生在学习中容易出现动力不足、畏难情绪大等情况，针对此门课在教与学中出的问题，本文将抛锚式教学模式在教学过程中进行了应用，结果表明此模式的应用明显有助于提高学生的自主学习能力，提高了教学效果。

关键词：机械工程控制基础；教学模式；抛锚式；自主学习

引言

《机械工程控制基础》是机械专业的一门重要理论基础课之一，是学习后绪机电一体化方面课程的基础。它不仅是一门基础课，更是培养学生应用能力和创新能力的基础，课程本身具有较强的理论性和实践性，涉及知识面广，与工程实际联系紧密，加上现在的大学教育活动趋于短学程化，各类大学在开设本课程时均压缩至32课时左右，且诸多高校在大三上学期开设，且在之前没有开设积分变换、复变函数等课程，所以导致学生在学习本课程时，感到学习目标不明确、空洞乏味、力不从心，最终导致学习主动性不足，学习效果较差[1-3]。

课程教学是理实一体的教学过程，在教学过程中能不能用行之有效的方法激发学习兴趣，使学生主动学习，培养专业素养，学生在学习中能不能有利于感悟学习方法、掌握理论体系，是培养合格的专业人才是重要因素。

抛锚式教学是众多教学模式中的一种，有时称为“实例式教学”或“基于问题的教学”或“情境性教学”。本文将此种教学模式应用于《机械工程控制基础》的课程教学中进行了尝试。

1.课程教学现状

《机械工程控制基础》是机械、电子、控制、数学、信息领域的交叉学科，主要以控制论为基础理论，研究机械工程中有关信息的传递、反馈及控制，研究机械系统的动态特性，主要解决控制理论和系统的两大类问题——系统分析和系统设计。此课是一门学科更是一门方法论，所以在教与学的过程中不仅要注重基础理论，更是要重视抽象思维与一般规律，并且要与机械工程实际紧密联系。

控制不像某些专业课那样有很强的专业性，学生在此门课程的学习时，几乎要涉及到以往所学的全部数学知识，甚至有些根本没有学过，还需要用到电学、动力学等知识，知识多且杂，对于数学基础薄弱的，自主学习能力不强的，往往会感到力不从心，渐渐就会尚失学习兴趣。

而在教学中，面对理论体系庞杂、数学推导和计算琐繁无比的这门课，必须要在32课时内进行系统全面的讲授。一直以来诸多高校包括笔者所在的学校，教学一直采用课堂讲授，教师按照自己的理解传教知识、学生在面对考试怪兽的压力下去学，可谓“教的抽象”与“学的机械”之间的矛盾突出。

2.抛锚式教学模式

明显传统的教学模式已经无法从容面对上述矛盾了，老师们除了精心设计、准备教案、课堂练习与讨论外，还需从改革教学模式上去尝试和努力。如何在教的过程中使学生获得知识并能灵活运用，是教师的任务和使命。

教学模式是在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。

抛锚式教学，这种教学要求建立在有感染力的真实事件或真实问题的基础上。确定这类真实事件或问题被形象地比喻为“抛锚”，因为一旦这类事件或问题被确定了，整个教学内容和教学进程也就被确定了（就像轮船被锚固定一样）。

抛锚式教学模式其理论基础是建构主义。建构主义认为，学习者想要获得知识和对事物的最好理解，最好的办法是让学习者到现实世界的真实环境中去感受、去体验（即通过获取直接经验来学习），而不是仅仅聆听别人（例如教师）关于这种经验的介绍和讲解。其根本内容可以概括为“以学习者为中心，强调学习者主动探索、主动发现知识，强调对所学知识意义的主动建构”[4]。

由此可见，教师在教学过程中应积极创设情境，确定问题，让学生主动去学，这样充分调动学生学习的主动性，可以使教学效果大大改观。具体应从以下几个方面努力：

2.1 创设情境

创设的情境使学习能在和现实情况基本一致或相类似的情境中发生。这便需要教师充分吃透知识点，高屋建瓴，可以播放国内外经典事件的视频、动画、以及现实中最常见的一些事情或事物，如：流体伺服机构、液压随动系统、蒸气机离心调速器、恒温箱、数控工作台等，也可以引入教师自己的科研方向的事例，笔者就经常引入大学生智能车竞赛中的摄像头组、光电组、电磁组的控制实例视频和问题来导入和分析控制系统，充分激发了学生的学习兴趣。

2.2 确定问题

在上述情境下，选择出与当前学习主题密切相关的真实性事件或问题作为学习的中心内容。选出的事件或问题就是“锚”，这一环节的作用就是“抛锚”。

工程控制这门课程的核心就是围绕“输入-系统-输出”三者展开的系统分析与设计，经过分析系统、建立模型、施加不同的输入信号分析其不同的响应输出、稳定性判定及校正、最终希望系统的性能指标达到要求。那么在设置情境或问题时、在分析问题时要围绕输入、系统、输出这三要素展开，构建知识体系。

如在讲解第二章数学模型里的传递函数框图的建立时，可以直接给出之前所建立过的电机控制方程，提出问题如何将这些方程按照信号在系统的中传递顺序，将输入放在左边，输出放在右边，构建传递函数方框图。又如在讲解二阶典型环节时，举出实例：“旋转运动的J-c-k系统，在力矩 M 作用下扭转”，确定问题，输入是M，输出是旋转，此时目标是求解系统的传递函数。教师也可以在讲解此环节时引入Matlab软件进行仿真设计来辅助教学，亦可与实验的内容相结合来讲[5]，使得环节与图示一目了然，效果更佳。例子很多，可见在教学中，一定要充分举例，抛出问题，引导学生按照输入-系统-输出的思路去分析问题，可以充分调动学生的学习主动性，活跃了课堂气氛，显著提高了教学效果。

2.3 自主学习和协作学习

在这里不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的问题，而是由教师向学生提供解决该问题的有关线索，并特别注意发展学生的“自主学习”能力。可以通过讨论、交流，通过不同观点的交锋，补充、修正、加深每个学生对当前问题的理解。

如在讲解奈氏稳定判据时，提出问题：“开环为最小相位系统时，只有三阶及其以上，其闭环系统才有可能不稳定。”让学习主动去根据例题以及判据内容去分析这种问题的结论为什么是这样。 又如在实验课中，学生不要只单单的完成实验指导书的几个验证性的图形绘制或原理验证，教师应要求学生，自主改变传递函数中的控制参数，并设计不同的控制目标，这样才有助于提高的学习兴趣，提高了对知识的掌握熟练程度也提高了对仿真软件的认识及操作。

2.4 效果评价

《机械工程控制基础》是理论性与实践性结合很强的一门课程，对学生的评价不能单单依赖最终的期末考试卷面成绩，我们应该改革传统的考核方式，建立一种考核机制——教学全程考核模式，降低期末考试在总成绩中的比重，使成绩构成多样化。这样的考核内容与方式才能有效激励学生自主学习，应该有助于提升学生的专业素养。

抛锚式教学中学生解决问题的过程就是学习过程，该过程能直接反映出学生的学习效果。所以教师在教学中要更加注意观察学生的表现并记录。这种打分最终应与平时的考勤、作业、实验、卷面成绩等一起进行考核，形成学生的学科成绩。

3.结束语

本文针对《机械工程控制基础》课程在教与学的过程中存在的问题，将抛锚式教学应用于课程教学，更加注重教学中情境教学、实例教学、问题导向，更加注重引导学习过程中的兴趣激发、自主学习、协作学习，最后建立了与之相对应的多元考核模式，实践证明，此教学模式的应用能有效提高教学效率与质量。

参考文献

[1]杨叔子，杨克冲等.机械工程控制基础[M].第六版.华中科技大学出版社，2011.

[2]邹方利，肖莉.应用型工科院校《控制工程基础》课程教学方法探析[J].教育教学论坛，2014.9（36）：48-49.

[3]张超锋.《机械工程控制基础》的引导性教学探讨[J].科技信息，2013.1：138.

[4]阮中燕，范晋伟等.机械控制工程基础课程主动学习教学策略研究[J].中国现在教育装备，2014.17（207）：48-50.

[5]曹昌勇，张晓东.机械工程控制基础课程教学方法改革[J].高师理科学刊，2013.1（33）：99-101.

作者简介：林华（1984-）安徽东至人，讲师，主要从事机电一体化系统的研究。

基金项目：皖西学院委托课题2013zb16；2013zb53。