控制系统认识教学中调动学生思考的方法尝试

摘要：对于本科一年级的学生，通过一个日常生活中常见的实例消除学生对控制系统的神秘感。通过对学生科技创新作品的分析，以及部分学生科技创新比赛题目的分析，提高学生的参与的积极性。在学生动手环节中由简渐难，通过一些小陷阱培养学生分析、解决问题的能力。

关键词：启发；互动；实践

一、背景

在高等学校素质教育体系中，工程训练对学生科研素质培养具有十分突出的作用。工程认识教学性质较为特殊，是学生处于从中学的被动式学习模式到大学的自主式学习模式的转换时期，对学生进行的工程观的启蒙教育。该阶段的教学就要求教学内容设计既能被学生接受又满足教学目标。工程认识阶段教学中控制系统认识环节的教学设计，同样存在学生能否接受及是否能参与进来的问题。本文主要是针对控制系统认识中系统设计与实践环节的教学内容设计与大家进行交流。

二、内容设计

控制系统认识单元目标中有两项：初步了解电器控制的基本组成，组建原则及注意事项；利用电压电器元器件，搭建简单电器控制回路。在这部分内容设计时，为了学生能够接受并参与进来，设计了用实际生活中常见的自动门的设计引导，通过学生自己动手解决一个小问题为手段，让学生发自内心的感受到设计的乐趣。在教学上主要采用讨论、实践为主的方式，讲授为辅。

1.实例设计

通过实例让学生了解电器控制的基本组成、组建原则及注意事项，是目前选用的方法。在教学中应用的实例为实际生活中常见的自动门。

首先，在定义好门的类型后让学生提出设计自动门的思路。之所以给出一部分时间，目的是为了让学生能够有目的性的进行思考。教学组织者需要把握好一个方向，要在这个实例中解决那些问题。在这个实例中要解决的问题有以下几点：考虑控制系统的基本步骤、消除恐惧感、解决问题的途径不唯一、综合评价方案最终解决问题进而归纳出控制系统的组成。

本科一年级的学生在工程经验比较欠缺的情况下，不会系统地考虑和解决问题。在提出设计自动门的题目后，90%的学生会首先考虑用什么传感器、怎么感应到目标，认为解决这个问题就解决了自动门的设计。这时需要通过互动方式让学生了解怎么个过程更容易设计出系统：手动开门关门电动开门关门自动开门关门。

让学生了解到只有在手动开关门的基础上了解了门的特性，才能通过相应的手段实现用电动开关门。用电动开关门要注意那些问题？分析了注意事项后，给出3组开关、1直流电源、1直流电机、导线若干让学生运用中学知识设计电动门的开关电路。一简单的电路解决了门的电动开关问题，初中级别物理知识解决问题进而消除了学生对设计的畏惧感调动了学生的好奇心――下面该如何设计呢？

这时候引导学生在把开关组用一继电器替换（初中物理知识）实现了用一个电信号控制门的开关，这样就导入了下个阶段如何获取这个信号实现自动开关门。在这里开展讨论用什么方法可以获得信号呢？结论是声音信号、光学信号、红外信号、重力信号等都可以解决问题。重点在每种方式解决问题的方法、存在那些问题，最终让学生来判断那个方法比较适合应用。在对每种方式分析讲解中，尽量贴近学生的思维，用学生的方法来影响学生。同时，辅助介绍每个设计方法所耗费的成本、维护的复杂性、产生误差的概率有多大等等一系列影响因素。

2.拓展设计

通过实例，学生们消除了神秘感后会对一些设计产生兴趣，这个阶段通过自动门的实例，引入介绍控制系统的组成就容易多了。了解了控制系统的结构后，为了加深学生们的印象，组织讨论几个小题目：从智能小车寻找火源灭火的设计，进而到运用相同原理如何设计自动追光的模拟向日葵的设计。

该部分内容设计为讲授、讨论交叉进行，纯粹的讨论+点评进度不容易掌控。单纯的讲授学生的兴趣调动不起来。

3.实践设计

在讨论、演示过后，安排了学生动手搭建简单控制回路的过程。学生设计一以4盏电灯组成的循环流水灯，硬件固定学生进行简单的编程即可。这为学生动手设计的第一阶段内容，90%以上的学生能够完成该部分内容，所以设置该部分为一个课堂成绩考核点，使得大部分学生的心理压力大为减小。完成了依次循环后，讲评学生设计中的共性问题并演示问题，对学生提出阶段要求――利用课堂知识完善其前面的设计。此为本课程的第二考核点。

在进行第二阶段动手设计时，会出现完成速度不均的现象，我们为速度较快的学生设置了附加难度：如何不按排列好的顺序循环。附加难度的设计也是给学生设计了个小障碍，解决这个问题时需要充分的分析思考和实验，也使得课堂气氛更加活跃。

三、结论

经过教学尝试，并对实践效果进行分析不难看出：单对本科一年级学生工程观、研究能力启蒙方面，目前训练模式结构紧凑、内容全面、容易展开、评价有依据性，可以利用完成进度、研讨、讲评、指导等形式提高教学的趣味性和参与性，适当的控制阶段教学内容的难度使其由浅及深、由表及里会使教学效果更加全面。同时，适当的设置小困难以提高学生的思维灵活性及适当的讲评的训练模式还具有良好的可操作性，对师资队伍的培养也有帮助。对目前的工程教育来说这是一个行之有效的模式。

【参考文献】

[1]工程训练中心.《工程认识》课程学生训练手册.2009，（8.1）.

[2]李瑞琴.《机电一体化系统创新设计》[M].科学出版社.2005.

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[4]王松武.《电子创新设计与实践（第2版）》[M].国防工业出版社.2010.

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