浅析多媒体+板书教学对机电专业课程教学质量的影响

摘要：多媒体教学和板书教学是当今两种应用最为广泛的教学模式，为探索不同教学模式对机电专业课程教学质量的影响，笔者将两者相结合并在“Electro-Hydraulic Control Techniques and Applications of Launching Systems”课程教学中进行了一定的实践探索，该课程是面向机电方向的研究生课程，具有多学科交叉融合的特征。基于教学实践工作，笔者浅析了不同的教学模式对于教学质量的影响，以期为机电专业课程教学模式探索提供一些参考。

关键词：多媒体教学;板书教学;机电专业;教学质量

机电专业是典型的工科专业，具有多学科交叉融合的特征，为我国现代化工业建设培养了大量人才。机电专业课程要求学生掌握必要的基础理论知识的同时，具备较强的解决实际工程问题的能力。在“互联网+”的时代背景下，机电专业课程的教学模式相较于传统模式有了非常大的改变，诸如多媒体教学、网络公开课、翻转课堂等相继应用于机电专业的课堂教学。然而，其中多媒体教学仍然是目前高校机电专业课堂教学的主要模式，传统的板书教学在机电专业课程的教学中逐渐被放弃。笔者所承担的“Electro-Hydraulic Control Techniques and Applications of Launching Systems”课程是一门面向机电专业的研究生课程，具有明显的工程应用背景和复杂的理论内容等特点，这门课程主要讲授电液伺服控制技术及其在火箭导弹武器发射系统中的应用，涉及典型火箭导弹发射系统的组成、液压回路、控制系统组成及工作原理等内容，同时也包含最为核心的内容：介绍前沿的电液伺服非线性控制算法，如反馈线性化控制、自适应控制、滑模控制、自适应鲁棒控制等等，并使学生学会采用数值仿真软件实现所学控制算法。笔者通过将多媒体和板书教学综合应用于该课程的课堂教学中，浅析两种教学模式对于课程教学质量的影响。

一、多媒体教学模式的应用

多媒体教学模式广泛应用于各个高校的机电专业课程教学中，逐渐成为高校主流的教学模式。它是集文字、图像、动画、视频等多种素材为一体，教师利用电脑、投影仪或其他电子设备为载体，提前制作课件，采用边放映边讲解的方式为学生呈现教学内容的教学方式。多媒体教学模式具有诸多显著的优点：由于多媒体教学可采用文字、图像、视频、动画等形式直观地将课程内容展示给学生，因此可大大节省教学时间，提升教学效率;多媒体教学信息量大，教师可以在制作课件的过程中通过互联网更新丰富的前沿资料;此外，多媒体教学可以使课堂教学活动变得活泼生动有趣，富有启发性，从而活跃学生的思维，激发学生的兴趣。

尽管笔者所承担的这门课程侧重于电液伺服系统非线性控制方法的讲授，但这些控制方法有明确的应用对象，即火箭发射导弹武器发射系统，控制算法需基于控制对象的数学模型进行设计。因此，了解并掌握火箭导弹发射系统相关的基础知识，可为后续控制理论算法的讲授奠定基础。为此，在本课程教学中，笔者利用多媒体教学模式的优势，采用课件讲授的形式介绍本课程的研究背景和研究对象。此外，为使学生掌握采用数值仿真软件实现所学的控制算法，教师应在课堂上利用多媒体设备向学生展示软件的一些基本操作，简单控制算法的编程实现等等。具体地，为使学生更好地掌握本课程内容，有效利用多媒体教学模式，需做以下工作：

（1）多媒体教学课件的制作。一个制作精良、内容丰富、重点突出、逻辑清晰的教学课件是教师讲课思路的结晶，对于牵引课堂教学、提升教学质量具有重要的影响。本课程的教学课件主要用于介绍火箭武器系统的发展史、现代火箭导弹发射系统的组成、液压回路图、控制系统组成及工作原理等内容。为了更加全面、清晰地展示火箭武器系统地发展史，需搜集大量的相关素材，包含各历史时期国内外不同型号的火箭炮图片，梳理其核心的技术参数，使学生了解火箭武器的发展历程及我国火箭炮与其他国家之间的差别。此外，对于火箭发射装置的液压回路图、电液伺服控制系统的组成及工作原理，则应大量运用动画、视频、原理框图等形式代替简单的文字描述，从而将课程内容更加生動地展现给学生，以增强学生的兴趣，使他们对于相关知识点的记忆更加深刻。例如，对于火箭导弹发射液压系统回路图，可通过制作动画体现液压油路的切换、油液在执行器腔内的流动，以不同的线条颜色区分进油路和回油路，则更容易使学生掌握其工作原理。

（2）深入浅出的课堂讲解。基于制作的教学课件，教师的课堂讲解是决定教学质量的关键因素。在课堂讲解过程中，不应机械地照着课件内容传授知识，给学生一种“念PPT”的不良感觉，而是应从传授知识本身出发，充分体现学生的主体地位，调动学生的学习兴趣，提高课堂参与度，让学生的兴趣和思维紧紧围绕所学知识展开，形成氛围好、互动性强的课堂环境。此外，针对课件内容的讲解应做到深入浅出，既传递需要学生掌握的专业基础知识，又能对知识点做进一步扩充和延伸，结合工程实际使学生更为全面深入地理解所学内容。

（3）仿真软件操作演示。除了采用课件教学之外，考虑到本课程的特殊性，笔者借助多媒体技术讲授控制仿真模型的建立，控制算法编程实现等内容，使学生掌握将所学控制算法理论应用于实际物理系统的能力。尽管数值仿真软件的基本操作可由学生在课后自学完成，但对于本课程所授的复杂非线性控制算法的编程实现较为复杂，学生自学的周期普遍较长，难以在规定时间内完成课程设计任务。因此，笔者在教学过程中以一种典型的非线性控制算法为例，基于Matlab/Simulink仿真软件，利用多媒体设备向学生演示如何利用Simulink模块搭建火箭导弹发射装置电液伺服系统的仿真模型，以及控制算法编程的步骤、典型算法运算的代码实现方式、算法编写完成后如何进行参数调节等，同时在课堂上展示控制算法的仿真结果，让学生体会如何将理论运用于实践，进而加深他们对于理论的理解。

二、板书教学模式的应用

尽管多媒体教学有着诸多优点，但并不适合于电液伺服非线性控制算法理论的讲授，原因在于控制算法理论属于复杂的数学问题，涉及公式的推演、引理的证明等难以通过课件讲解的内容，而传统的板书教学则显得十分的契合。板书教学是教师借助板书，采用文字、符号、线条等方式为学生呈现教学内容，使知识条理化、系统化的教学方式。尽管板书教学相对于多媒体教学，在图片、视频、音频等方面难以达到类似形象生动的效果，但板书教学也有着独有的优势，一方面在于教师在教学过程中书写的板书是会随时被擦除的，不像课件可以在课后进行拷贝，因此将促使学生在课堂集中注意力听讲并记录相关的授课内容，而多媒体教学过程学生则存在侥幸心理从而忽视课堂教学;另一方面，在讲解具有大量数学公式推导的内容时，板书教学具有天然的优势，教师在黑板上一笔一画地推导，并伴随一些肢体上的引导，学生跟着教师的思路进行思考，有助于学生对于抽象内容的理解，提高学生的课堂专注度，从而提升课堂教学质量。

在本课程的教学过程中，笔者通过梳理几种控制算法之间的递进关系，由简到繁地给学生依次讲授，包含建立数学模型、分析控制算法设计的假设条件、控制算法的设计及系统闭环稳定在证明，引导学生跟随老师的思路完成算法的学习，同时通过对学生提问的方式及时发现学生难以理解和掌握的知识点，再着重进行讲解，以便学生更好地掌握算法理论。具体地，本课程的板书教学部分需做以下方面的工作：

（1）提前做好板书的设计。讲授抽象的课程内容对于板书的设计要求较高，教师应在课前深入地钻研拟授课内容，梳理各部分之间的逻辑关系，从而对授课内容进行全面的概括和整理。例如，针对鲁棒控制、自适应控制和自适应鲁棒控制算法的设计，分析三部分内容之间的逻辑关系，鲁棒控制和自适应控制是处理系统模型不确定性的两大类方法，而自适应鲁棒控制则是两者的有机结合，因此在板书设计时应尽量将这三种控制算法的核心设计步骤同时展示在黑板上，以使学生更直观地理解它们之间地区别和联系。此外，板书设计时应考虑如何突出每节课的重点和难点，合理规划板书的篇幅和时机。如不提前设计好板书，教师在课堂上随意发挥则容易导致学生学习思路混乱，理不清课程内容的内在关系，抓不住重点，从而影响教学质量。

（2）工整的板书书写。教师的板书水平对于课堂教学质量有着重要的影响，工整、优美的板书可以给学生良好的观感，同时也让学生更容易把注意力集中在课堂内容上，杂乱无序或者字迹潦草的板书则会导致学生对内容理解上的偏差。对于有些复杂的理论内容，仅从烦琐的公式展示难以从宏观层面进行理解，此时在板书时若能配以逻辑清晰的原理框图，做到一定程度上的图文并茂，则可以更加有助于学生理解。另外，对于控制算法设计或者理论证明上的关键步骤的书写，可采用不同颜色予以区分，保证板书内容具有较为明显的差异性，这样可以给学生提供一定的视觉冲击，对于提升学生的注意力也会起到一定的作用。

（3）循循善诱的课堂板书教学。在板书教学模式的课堂上，教师凭借的工具只有粉笔和黑板，因此在加强教师和学生互动的同时，教师应充分发挥板书对课堂的引导控制作用，引导学生进行思考，激发学生的学习兴趣，从而更好地实现教学目标。以自适应鲁棒控制算法设计的讲解为例，关于自适应鲁棒控制律中的非线性鲁棒项的设计需满足的两个必要条件以及非线性鲁棒控制律的构型学生往往难以理解，在讲解这部分内容的过程中教师可通过试错法、反证法等手段向学生展示算法设计的内在必然性。由于非线性控制理论相关的内容对于机电专业的学生来说是完全新的內容，之前没有相关基础课程作为基础，因此教师在课堂讲解过程中，需注意速度和节奏的把握，每讲完一个关键的知识点需留出一定的时间给学生理解消化，并通过提问的方式解决学生存在的难点或疑点，从而使其真正掌握本课程的控制算法理论。另外，引导学生积极参与板书也是非常重要的，这不仅可以检验他们对于课程内容的掌握程度，还可以进一步发展他们的思维和创造能力。

三、多媒体+板书教学模式对教学质量影响的分析

笔者基于“Electro-Hydraulic Control Techniques and Ap-plications of Launching Systems”这门课程的教学实践工作，浅析多媒体+板书教学模式对教学质量的影响如下。

（1）对于偏应用的内容部分，更适合采用多媒体教学模式，通过图片、视频或音频作为切入的话题，可以增强学生的兴趣和参与意愿。多媒体教学模式下的教学质量与教学课件的制作水平息息相关，一个制作精良、内容丰富、重点突出、逻辑清晰的教学课件是高质量课堂教学的前提，对于牵引课堂教学、提升教学质量具有重要的影响。此外，在多媒体教学课堂上，教师如何充分发挥多媒体教学模式的优势、形成氛围良好、互动性强的课堂环境，也是提升教学多媒体教学质量的关键。

（2）板书教学模式适合讲授复杂、抽象的工科理论专业课内容如大量的公式推导、烦琐的数学计算、复杂的重点难点知识的讲解等，板书的内容设计的合理性和灵活性、板书的书写次序、书写节奏、公式的解释、分析、推理、逻辑思路、引导学生积极参与板书等都对教学质量有一定的影响，过于枯燥、单调的板书只能使学生丧失学习的积极性和主动性，不利于教学质量的提升。

（3）多媒体+板书教学模式的应用，以板书教学为主讲授抽象的理论内容，以多媒体教学为辅讲授课程研究背景和应用对象，充分发挥了两种教学模式各自的优势，非常适合多学科交叉融合的机电专业课程教学，相较于单独的多媒体或板书教学，可以激发学生学习兴趣、活跃课堂气氛的同时，又使得授课内容重点难点突出，加深学生对于所学内容的记忆，使学生学会思考的方式，从而更全面深刻地掌握教学内容，显著提升机电专业课程的教学质量。

四、总结与展望

为揭示多媒体和板书教学模式对机电专业教学质量的影响，笔者以所承担的“Electro-Hydraulic Control Tech-niques and Applications of Launching Systems”课程为例，通过实践多媒体+板书综合的教学模式，对于两种模式对课程教学质量进行了简要分析。由分析结果可知，两种教学模式均有各自的优缺点，多媒体与板书教学模式的有机结合可以综合两者的优势，有利于机电专业课程的教学质量提升。因此，对于机电专业课程的教学，应充分利用多媒体和板书教学的特点，合理分配教学内容，做到两种教学模式相辅相成，共同促进教学质量的提升。

作者简介：邓文翔（1991— ），男，江西赣州人，博士，南京理工大学机械工程学院讲师。