《机械工程控制基础》课程教学实践与反思

夏博　胡雪　曾海峰　葛云　魏敏　张立新

摘  要：《机械工程控制基础》课程是机械设计制造及自动化专业的专业基础课之一。目前，学生在学习过程中遇到诸多问题，包括课程内容多难度大、学生数学基础薄弱、学生知识迁移能力弱。为解决上述问题，本课程组成员开展基于罗杰斯人本主义理论的教学实践，并最终获得较好的教学效果。通过分析本教学实践前后班级的成绩可知，实施基于罗杰斯人本主义理论的教学实践后，学生成绩显示优秀率提高11.11%，及格率提高10.31%，课堂教学效果显著提升。

关键词：控制原理;机械工程;人本主义;教学实践;教学反思

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2019）16-0024-04

Abstract： The control principle of mechanical engineering is one of the basic professional courses for the major of mechanical Engineering. The students encounter many problems in the learning， such as the content difficulty and a great deal of theory formula deduction. In order to solve the above problems， the course group carriesout teaching practice based on Rogers' humanism theory. A better teaching result is finally achieved. Through the analysis of the results of the class before and after the teaching practice， we can see that the teaching effect has been greatly improved. The excellent rate has increased by 11.11% and the passing rate has increased by 10.31%.

Keywords： control principle; mechanical engineering; humanistic theory; teaching practice; teaching reflection

一、问题与现状

机械工程控制基础是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课[1]，也是本专业核心课程之一。该课程以控制论为理论基础，研究机械工程中广义系统的动力学问题。本课程的主要任务是通过“课堂教学+小组研讨+归纳总结+上机实践”联合教学方式，使学生掌握控制理论思维方法，掌握机电系统的数学建模、时频域性能分析和系统稳定性与矫正等基本知识和基本技能;具有对复杂机械系统的控制问题进行分析、求解和论证的能力。由于该课程涉及较多的控制理论模型和数学逻辑推导，最终导致学生学习困难，学习效果不理想。该课程教学过程中，存在以下问题：（1）课程基本概念较多，且在理解概念时必须具备高等数学、复变函数、电工学、理论力学等基础知识，课程逻辑某环节跟不上，导致后续内容学习效果很差;（2）学生即便掌握了机械工程控制理论知识，但针对具体工程问题时，因缺乏知识迁移能力，仍缺乏复杂机械系统控制问题的分析、求解和论证能力。

针对上述教学过程中存在的问题，本课程组老师采用灵活多样的教学方法，利用小组讨论等教学手段，增加学生的课堂参与度;利用总结归纳等教学方式，帮助学生形成知识结构和脉络;利用上机实践等教学方法，促进学生理解复杂工程问题中的结果、参数对系统性能的影响。基于罗杰斯人本主义理论思想，以学生为中心，将学生置于课程主体地位，最终实现了“寓教于乐”的新型教学理念，降低学生对本课程的抵触心理，提升学习效果。

二、罗杰斯人本主义理论内涵

人本主义者认为：“行为和学习是知觉的产物。一个人大多数的行为都是他对自己看法的结果。从某种意义上说，学习即成为，成为一个完善的人是唯一真正的学习[2]。”罗杰斯的人本主义理论关注学习内容与个人的关系[3，4]。在他看来，意义学习是人本主义的、以学习者为中心的、以过程为定向的学习方式的重要核心。罗杰斯人本主义理论内涵包括以下几点：（1）人类生来就有学习的潜能。学习者总是怀着一种心理矛盾渴望发展和学习，学习者的好奇心在学习过程中因获得了学习经验而变得迟钝。（2）当学习者察觉到学习内容与他自己的目的有关时，便产生意义学习[5]。在这种情况下，学习者会将内心深处对知识、经验、技能的愿望和学习潜能被全部释放出来。（3）通过传授者为学习者设计某些场景，让学习者直接体验实际问题，经过切身体会和强化训练，才能获得真正的意义学习。（4）当学生负责任地参与学习过程时，学生自己能够选择学习方向、寻找学习资源、阐述学习问题、决定行动路线、承担选择后果，才能够增强意义学习效果。本课程组成员基于上述罗杰斯人本主义理论内涵与实质，开展教学实践活动，最终确立了“学生为主体，教师为辅助”课堂教学模式，为学生设置合理的学习情景，引入工程案例，让学生直接面对工程问题，激发学生的责任感和自信心，强化意义学习效果。

三、基于罗杰斯人本主义理论的课程教学实践与反思

（一）教学实践与案例分析

本课程组成员对《机械工程控制基础》课程中存在的问题和现状进行了分析，学生学习时遇到了较多困难，课堂教学效果不理想。接下来，以本校机械设计制造及其自动化专业为例，进一步针对基于罗杰斯人本主义理论的机械工程控制基础课程的教学实践进行深入阐述。该课程共计40学时，2.5学分;采用杨叔子、杨克冲主编教材作为课程主要参考教材。笔者选取本校机制2014级1班和2015级1班为例，两班学生在当年的招生规模和录取分数方面保持统一标准。两班学生基础能力基本相当，使用相同版本人才培养方案，均已先修相关前序课程。因此，两班学生在本门课程的学习中不存在专业障碍，难度相同。基于上述情况，笔者开展基于罗杰斯人本理論的机械工程控制基础教学实践。案例如下：

案例一：第一章第三节“反馈”，要求学生能够正确构建系统的控制框图。

1. 学习情景：首先，以发动机离心调速系统为例，如图1所示，为学生设立如下思考问题：

（1）被控对象是什么？

（2）被控量是什么？

（3）通过什么元件实现了目标值的设定？

（4）控制信息如何传递和反馈？

2. 小组讨论：通过设置具体的学习情境，调动学生的积极性，让学生直接参与学习过程，建立意义学习过程。通过小组讨论，学生渴望通过自己的努力回答上述四个问题。经过讨论，最终得知被控对象是发动机，被控量是转速，通过预紧弹簧元件实现了目标值的设定。

3. 强化练习：激励学生绘制控制信息传递的系统框图，如图2所示，促进学生思考发动机离心调速系统的工作过程和工作原理。

4. 案例小结：以此为例，根据机械控制系统的工作过程和工作原理，引导学生思考工程中的机械控制系统的基本组成、特点、基本物理量、被控量、给定量、控制量、扰动量，构建正确的机械系统控制框图。通过设置合适的案例，引导学生讨论和思考，形成正确、统一的认知。

案例二：第二章第二节“非线性方程的线性化”，要求学生掌握非线性方程的线性化方法。

1.学习情景：首先，以常见的液压伺服机构为例，如图3所示，为学生设立如下思考问题：

（1）输入值x与输出值y之间是线性关系还是非线性关系？为什么？

（2）若输入值x与输出值y之间是非线性关系，请问该系统是否符合线性化条件？

（3）若要线性化，应该怎么做呢？

2.小组讨论：学生根据在日常生活中接触到的液压系统的工程案例，思考该系统的输入值与输出值之间的关系。可知系统函数为非线性函数时，系统控制和分析会更加复杂，为了简化系统，必须进行线性化，方便理解。

3.强化练习：通过思考确定该函数是连续非线性函数，且在预定工作点附近有小偏差运动，符合非线性函数的线性化条件。为了简化该液压伺服机构的系统动态特性的数学模型，进行非线性函数的线性化运算。

4. 案例小结：通过设置合适的学习情境和工程案例，确定系统函数是线性函数还是非线性函数。若为非线性函数，确定该非线性函数是否满足线性化条件，并根据总结归纳的解题思路，让学生理解并掌握非线性方程的线性化方法。本案例中，学生完成问题的思考和分析过程，同时教师辅助完成总结归纳过程，二者结合起来，帮助学生加深对此知识点的掌握程度，构建知识网络和解题思路。

（二）教学实践效果分析

通过对比机械设计制造及其自动化专业2014级1班（28人）成绩和2015级1班（27人）成绩（如图5所示）可知，学生期末成绩优良率从14.28%提升至37.04%;优良率从0.00%提升至11.11%;及格率从78.58%提升至88.89%，提升了10.31%。从学生成绩分布图可知，机制2014级1班学生成绩在90-100、80-90、70-80、60-70、0-60分数段占比分别为0.00%、14.28%、14.29%、50.00%、21.43%;机制2015级1班学生成绩在90-100、80-90、70-80、60-70、0-60分数段占比分别为11.11%、25.93%、22.22%、29.63%、11.11%;综合比较，机制2015级1班学生成绩高分人数占比和及格率明显提高，成绩明显提升。

（三）教学反思

通过《机械工程控制基础》教学实践和分析可知，基于罗杰斯人本主义理论的教学方法对于提升本课程的教学效果至关重要。通过本次教学实践，本课程组教师发现，若要提升课堂教学效果，需进一步调动学生的积极性和课堂参与度。具体措施如下：

1. 设置的工程案例必须贴近实际生活生产，这种学习情境有助于唤醒学生对知识的探索精神和好奇心，调动学生的学习潜能。与此同时，学生通过这一工程实例的学习和讲解，会发现机械工程控制理论在实际生活生产的应用方法，使学生明白机械工程控制理论并非枯燥无聊，而是有意义有价值的，使其对所学理论知识产生学习兴趣和学习动力。

2. 根据设置的工程案例，必须增加小组讨论环节，方可提高教学效果。通过小组讨论，能够激发学生对该工程问题的思考深度和思考广度，甚至会形成批判性思维;当其他同学提出不同观点时，学生甚至会反驳对方观点，提高思辨能力，培养其形成批判性思维，有助于学生开拓视野。

3. 引入工程案例后，教师必须根据学生讨论得出的观点进行归纳总结，并进一步凝练，形成明确的逻辑链条和解题思路，帮助学生理解和记忆。如此做有两大好处：一方面明确学生在课堂中的参与和贡献，另一方面肯定学生在课堂中的表现及其观点的正确性，增强学生的自信心，也变相激励学生积极参与课堂的积极性，真正达到“学生为中心，教师为辅助”学习理念。

四、结束语

随着高等教育的不断发展，“学生为中心，教师为辅助”的课堂教学模式愈发受到重视。基于罗杰斯人本主义理论的教学模式能够有效提高课堂教学质量和课堂教學效果，全面提升学生的认知能力和思辨能力。未来《机械工程控制基础》课程的讲授过程中，本课程组成员将继续以人本主义理论为指导，进一步总结教学经验，推广教学成果，以期为同行们提供更多有效的教学理论支撑和教学经验推广。

参考文献：

[1]周先辉.面向工程能力培养的《机械工程控制基础》课程教学方法探索[J].高教论坛，2010（1）：81-83.

[2]刘宣文.人本主义学习理论述评[J].浙江师范大学学报（社会科学版），2002（1）：90-93.

[3]赵德雷.一位心理学家的教育理想——罗杰斯人本教育观释析[J].成都教育学院学报，2005，19（4）：79-81.

[4]张海燕，郑传才.罗杰斯的人本主义思想及其人格理论在后进生教育和转化中的应用[J].教育探索，2007（10）：6-7.

[5]崔林.奥苏伯尔和罗杰斯意义学习理论之比较[J].辽宁师范大学学报（社会科学版），2006，29（5）：73-75.