发现式教学法在航空自动控制基础课程中的应用与探索

高艳丽 曲志刚 邹明峰 王子健

摘  要  发现式教学法强调学员发现学习，让学员自己探索、思考、发现知识。针对发现式教学的内涵、教学理念以及实施流程进行深入研究，并将其运用于航空自动控制基础课程，对实施过程以及实施效果进行反思总结。

关键词  发现式教学法；航空自动控制基础；教学目标；教学评价

中图分类号：E251.3   文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）16-0112-04

0  引言

航空自动控制基础课程是士官职业技术教育的专业基础课程，将为后期专业课程的学习提供理论依据。如何提高学员的学习兴趣，突出学员的主体地位，提升学习效率，一直是本课程教学法改革探索的方向。发现式教学就是在一定的学习情境中引导学员自己去探索，从而求得问题的解答，这正是课程所追求的教学实效。

1  发现式教学法的基本内涵

发现式教学是以培养学员独立学习、独立思考，从而自己发现问题、解决问题并得出结论的能力为取向的教学方法。在实施过程中，教员引导学员围绕具体问题，通过再现的情景或者相关材料[1]，积极思考、探索和发现相应的原理和结论，培养学员独立思考、钻研、探索的学习态度以及追求科学的精神。

2  发现式教学法的教学理念

发现式教学主要依据建构主义理论、有意义学习理论和元认知理论等思维理念。

2.1  建构主义理论

建构主义教学观认为，学生学习是在特定环境下进行有意义的知识建构[2-3]。因此，知识传授的主要途径是营造有利于充分激发学员学习兴趣的教学环境，引导学员主动学习。它强调学员在学习中和在知识呈现过程中的主体性、主动性，这也正是发现式教学的出发点。实施发现式教学可以克服传统教学模式的弊端，通过提升学员的学习参与度，使学员获得主动求知的思维方式和学习方法。

2.2  有意义学习理论

有意义学习理论的核心是温故知新，即强调旧知识与新知识的互动融合。学员在学习过程中运用认知结构中已有的、与新知识相关的概念、知识和经验去理解新知识，并将新知识纳入原有的认知结构，实现新旧知识同化融合，由此彰显学习的意义。发现式教学通过情境创设，引导学员主动发现问题，利用原有知识，设置假设条件，进行验证解决，所体现的正是有意义学习理论的要求。

2.3  元认知理论

元认知又称反省认知、监控认知或超认知，是指人对自身认知过程的认知。学员可以通过认知来了解、检验、评估和调整自己的认知活动。发现式教学注重学员对自我的理解和认知，以及对自己学习方法和行为的自我认知、自我检验、自我调整，这正是元认知理论在教学中的具体实践。

3  发现式教学法实施流程

发现式教学模式强调学员的发现过程，在这一发现过程中，学员的思维是相对独立的，要让学员积极参与探究过程[4]，培养其学习能力，增强其学习动力。

3.1  教学准备

3.1.1  分析学情

对学员层次、学习特点、学习方法以及学习兴趣进行分析，精准定位学员的实际需求，进而确定教学目标，整合教学内容，实现高效精确教学。

3.1.2  明确目标

结合实际的学员情况，制定具体、明确、可测量的教学目标，为教学过程起到指导的作用。

3.1.3  精选内容

教学内容的挑选和设计要符合发现式教学的特点，以学员为主体。最重要的是处理好内容上的环环相扣，恰当设置合适的问题情境，进而引导学员从创设的情境到提出假设，最后再到验证结果，突出重点内容，解决难点部分。

3.1.4  讲究方式

设计教学组织方式，让学员能够主动地参与知识的发现和探究过程，学会自主探究、独立思考、小组合作等学习方法，培养学员的思维及创新能力。

3.2  教学实施

整个教学过程围绕探索发现—提出假设—验证假设—得出结论—理解应用进行，如图1所示。

第一步：探索发现。教员创造问题情境，引导学员探索发现、提出问题。在这个过程中要着重引导学员剖析自己提出的问题。

第二步：提出假设。学员分析观察到的事物现象，并针对现象提出许多可能的假设。在这一过程中要去激发学员的兴趣，并且能够引导学员利用之前学习的理论提出合理的假设，要注重因果关系。

第三步：验证假设。在论证假设时，学员提出的某些假设可能会不成立，而某些假设可能会部分成立，进行分析修正。在这个过程中，最重要的是总结结论以形成概念。

第四步：得出结论。在假设通过验证后，教员发挥自身的主导性，对结论进行标准化、规范化。

第五步：理解应用。最后，教员要及时地对新知识进行巩固。通过布置习题以及设置拓展练习等方式，巩固新知，同时锻炼学员的思维能力。

3.3  教学总结

教学实施结束后最重要的环节就是对本课程教学过程的总结，进而为后面的教学提供改革和完善的依据。教学总结既要包括主观条件方面，如PPT的设计、教学环节的设计、教学方法的运用、学员的参与度等，也要包括客观条件方面，如教学设施条件、学员接受程度等；既要总结好的经验，也要总结存在的不足，从而扬长避短，达到最佳的教学效果。

4  发现式教学法关键环节

发现式教学法与传统的传授式教学法相比，突出了学员的主体性，调动了学员的积极性和主动性，符合学员发展的需要，但是在实施过程中一定要抓住其关键环节。

4.1  创设情境，问题导入

问题情境设置是整个发现式教学实施过程中的关节环节之一。只有恰当合适的问题情境，才能保证课程的正常进行，才能让学员带着问题意识，激发其好奇心和兴趣。因此，教员要吃透教学内容，能够根据学员的实际认知情况设置有新颖性、挑战性的问题情境。创设的情境要有新理论和旧知识之间的联系线索，这是最关键的一个环节，因为它能够帮助学员建构新知识的意义。

4.2  提出假设，合理分析

假设是发现式教学的必备过程之一。在设计时要引导学员明确因果关系，正确推理，通过逐次限定应用条件，进而逐步缩小范围，推出最终结论。同时，要引导学员借助已学知识分析原理，提出合理的假设，进而为后期验证进行铺垫。假设的提出与分析直接决定了最终结论的形成。

4.3  总结巩固，拓展提升

在发现式教学中，学员围绕特定的问题，提出假设、验证假设、得出结论。在这个过程中，学员的认知和探索能力有了很好的训练，但是对于新理论、新知识的运用还需要进行巩固。因此，相关学习习题的设置以及实际运用需要系统开展，逐步拓展学员的知识面，提升实际运用能力。

5  发现式教学法在航空自动控制基础课程中的应用

在航空自动控制基础课程中，线性系统时域分析法章节中的系统稳态误差，稳态误差的大小直接体现系统输出的准确性。因此，掌握稳态误差的求解与分析方法至关重要，它在内容上既承接了前面章节中对一阶、二阶系统的性能分析，也为后面根轨迹的学习提供了分析依据，起到承上启下的作用。

5.1  教学目标

通过本堂课的教学，使学员理解稳态误差的概念，掌握分析稳态误差的方法，运用本节课所学的知识分析实际的航空自动控制系统的准确性，解决实际问题。其中稳态误差的求解是本节课的重点，掌握求解的步骤与方法才能得到系统最终的稳态误差；难点是实际系统稳态误差的分析，掌握求解的方法后，要运用于实际航空装备系统的稳态误差分析中，分析各个参数对准确性的影响。对于难点部分，在引导分析的基础上采用加强训练的形式，并进行归纳总结。

5.2  教学实施

第一步：探索发现。以舰载飞机自动着舰过程进行情境创建。通过舰载机着舰视频的播放，引导学员探索发现舰载机着舰过程中需要保持精确的飞行姿态，从而使飞机尾钩准确地挂上拦阻索。引导学员提出问题：如何保证系统输出的准确性？

第二步：提出假设。引导学员利用前期所学的系统稳定性分析方法来分析系统的准确性，进而提出假设：准确性与系统的内部结构参数有关，与外部输入无关。

第三步：验证假设。通过稳态误差的求解与分析来验证之前的假设，在这个过程中要注意总结稳态误差的概念以及求解步骤。

第四步：得出结论。系统准确性与外部输入、系统参数和结构有关，同时总结分析的步骤与要点。

第五步：理解运用。利用所得出的分析方法分析实际舰载机着舰过程中的飞行姿态控制系统，理论运用于实际。

5.3  教学评价

发现式教学的最终效果要通过相应的评价方式进行判断，该课程主要的评价方式包括课堂评价和课程评价。

5.3.1  课堂评价

课堂教学评价主要是课程教学实施过程中的评价，其中包括学员对教员的评价以及教员对学员的评价，同时包括专家对教员的评价。

1）学员对教员的评价。采用问卷调查以及座谈的形式，对教员教学实施过程中是否合理创设情境、是否正确引导学员利用前期知识进行假设、是否注重学员的认知能力等方面进行评价并提出改进建议。

2）教员对学员的评价。针对学员的课堂表现以及课外作业等情况进行评价，主要围绕学员的知识迭代情况、知识发现的能力、探索发现的主动性等方面通过评分的形式进行评价。

3）专家对教员的评价。专家对教员实施发现式教学法的过程进行评价，包括课堂教学内容是否合适采用发现式教学、设计的各个教学环节是否合理等。

5.3.2  课程评价

最终课程结束后，对整个课程进行评价分析，包括教员对学员的评价、学员的自我评价、学员对教员的教学评价、教员的自我评价。

1）教员对学员的评价。学员最终的评定成绩包括结课考试成绩以及教员对学员课堂评价的总结结果，可以参考40%平日成绩+60%考试成绩来决定。

2）学员对教员的评价。课程结束后，学员对教员运用的教学法是否能够接受、传授的知识是否全面以及课程内容的安排上是否合理等方面通过问卷调查和座谈的形式进行评价。

3）学员的自我评价。通过问卷调查形式由学员进行自我评价，包括学习态度、知识点的掌握、课堂表现以及课后的学习等多方面评价。

4）教员自我评价。根据最后的教学效果，以及在教学过程中遇到的问题进行分析，找出问题，如所教内容是否合适运用发现式教学法等。同样，对于课程实施中好的方面要进行总结，为后期课程的实施提供依据。

6  教学反思

6.1  学员积极性的调动

发现式教学的主体是学员，因而学员的参与度直接决定了该教学的实施成效。如何能够让学员积极参与教学，发挥主动性，是课程实施的关键点。这就需要教员充分了解学员情况，完善教学设计，提升课堂的把控能力。

6.2  教员具有扎实的专业知识和过硬的组织能力

创设令学员感兴趣的发现式教学情境是实现预期教学效果的重要因素。这就需要从学员思考的角度、课程内容以及教员教学能力等多方面考虑。因此，教员要不断地学习相关理论，在实施教学过程中总结成功经验和优秀的教学方法，提高教学能力，进而组织好发现式教学的实施。

6.3  运用发现式教学的同时结合使用多种教学方法

由于发现式教学法的自身特点和要求并不适合所有的课堂，因此不能一味追求采用这一种教学方法。要根据实际的教学内容需求、学员的学习特点，综合性地进行考虑，将多种教学法综合并灵活地运用到课堂中，进而提高教学质量。

7  结束语

通过一个学期的教学实施，发现式教学法可以突出学员的主体地位，激发学员的学习兴趣。特别是应用在航空自动控制基础课程中，可以将抽象问题形象化，帮助学员对原理的理解。这也需要教员熟悉课程内容，能够根据发现式教学法的运用要求选择合适的教学内容，精心布置规划。

参考文献

[1] 杨泰良，张雪明.发现法教学的再认识与实践[J].数学教育学报，2004，10（2）：28-31.

[2] 万兆锋，优化数学学习资源培养学生主动探究能力的研究与实践[D].济南：山东师范大学，2013.

[3] 陈亮，百里清风，王红娟.试论布鲁纳的发现式教学[J].科技信息（科学教研），2008（18）：157．

[4] 卢麟，朱勇，李建华.发现式教学法在工科专业课程中的探索与实践[J].高教论坛，2012（4）：81-83．

作者：高艳丽、曲志刚，海军航空大学青岛校区，副教授；邹明峰，海军航空大学青岛校区，助教；王子健，海军航空大学青岛校区，讲师（266000）。