面向控制论思维方式培养的机械工程控制基础课程教学方法探索

面向控制论思维方式培养的机械工程控制基础课程教学方法探索（精选6篇）

1.面向控制论思维方式培养的机械工程控制基础课程教学方法探索 篇一

【摘要】“控制工程基础”是很多高校机械设计及其制造和机械电子工程专业的专业基础课。该课程包含的知识点多，教学内容难度大，对于老师的教授和学生的学习都形成了极大的挑战。本文根据“控制工程基础”课程自身的特点和本校的具体情况，分析了该课程教学过程中存在的一些问题，并根据这些问题提出了一些针对该门课程的教学改革建议。

关键词教学改革;专业基础课;控制工程基础

引言

《控制工程基础》课程在很多有理工科专业的高校都有开设，并且成为了非常重要的专业基础课程[1]。该课程在机械设计及其自动化、机械电子工程以及测控专业和过程控制与装备工程专业的整个知识结构框架中起着承前启后的作用， 它紧密联系和应用先行课程的知识， 并为后续课程的学习打下理论基础[2]。该门课程是重庆工商大学机械工程学院(以下简称“我院”)机械设计制造及其自动化和机械电子工程专业的专业基础课程，在课程体系中占据举足轻重的地位，因此如何教好和学好该门课程就成了我们师生面临的首要任务。但事实上该门课程包含的内容丰富且较抽象，涉及的知识点多且难度较大，先修课程较多且难度也较大，再加上“我院”该门课程的教学课时相对较少，所以老师会觉得该门课程难教，学生也会觉得难学。因此，如何在有限的教学课时内教好和学好该门课程，提高教学质量和效果就成了我们需要研究和探讨的重要问题。本文总结分析了“控制工程基础”课程本身的特点及其在“我院”教学过程中存在的一些具体问题，并针对这些问题提出了一些教学改革建议。

1 “控制工程基础”课程在教学过程中存在的具体问题分析

(1) 课程本身知识点多，先修课程多，难度大，学生畏难情绪大

“控制工程基础”是一门综合性很强的专业基础课，课程内容的概念抽象，涉及数学知识多，尤其是复变函数课程中的拉氏变换部分。学生在学习该门课程时需要运用到高等数学和工程数学等课程的一些相关知识，这就要求学生对这些先修课程的相关知识要牢固掌握并能灵活运用，而事实上部分学生根本没有掌握这些知识，更别说灵活运用了，所以学生在学习“控制工程基础”课程时会感觉到力不从心，困难重重。课程本身的难度会让学生产生畏难情绪，有的学生不来上课，即便来上课也不认真听讲，还有一部分同学基础知识薄弱，就算认真听讲也听不懂老师讲解的知识，再加上课程内容的前后连贯性强，前面章节的知识没听懂，后面章节的内容就更难听懂，从而形成恶性循环。

(2) 学生对于该门课程的认识不够客观，存在误区，因而学习积极性不够高

“控制工程基础”阐述的是原理性知识，很多学生容易产生误解，觉得只是学习一些空洞的理论[4]。我院机制和机电专业的部分学生对“控制工程基础”课程在认识上存在一些误区和不客观的地方，认为该门课程和自己未来从事的工作或者对于自己以后的.学习深造关系不大，所以在学习该课程时学生积极性普遍不高。

(3) 教学课时少，难以详细讲解各个章节

我校有两个专业开设“控制工程基础”这门课程，但由我校机械工程学院教学大纲可知，该课程的课时为40课时左右，但是该门课程涵盖的内容非常丰富。目前我校该课程选用的教材为王积伟等主编的《控制工程基础》，该教材包含了8章内容，而由于课时原因，我校讲授该门课程的老师通常只讲解了前面4章内容，且其中关于MATLAB分析部分都没有足够的课时来讲解。

(4)未将“控制工程基础”课程的理论与实践进行紧密结合

雖然“控制工程基础”课程是很多理工科院校机械设计制造及其自动化、机械电子工程和测控技术与仪器等专业的专业基础课，同时还开设了相关的实验课程，但是实验课程一般就6个课时左右，相对于理论课时非常少，这么少的实验课时很难让学生通过实验来巩固所学的理论知识，更别说将所学理论知识与实践有效结合起来学以致用了。另外，学生对于实验环节的认识和重视度都不够，上实验课时态度不够端正，不够积极认真，对于分组实验，有的学生会依赖其他组员，自己根本不动手做实验，有的学生动手能力不够强，没法单独完成实验，因此教师觉得“难教”，学生也觉得“难学”。

2.面向控制论思维方式培养的机械工程控制基础课程教学方法探索 篇二

关键词：计算思维,大学计算机基础,混合式教学,思维导图,Sakai平台

1 大学计算机基础课程思维培养的必要性

随着计算机的日益普及和网络信息技术的飞速发展,计算机的操作和应用能力已经成为当代大学生必备的技能和素质。

2005年6月,美国总统信息技术咨询委员会(PITAC)向美国总统提交的《计算科学:确保美国的竞争力》报告中指出:21世纪, 科学上最重要的、经济上最有前途的研究问题都有可能通过熟练地掌握先进的计算技术和运用计算科学得到解决[1]。2006年,美国卡内基梅隆大学周以真(Jeannette M. Wing)教授明确提出了计算思维(Computational Thinking)的概念:计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[2]。

2010年7月,我国首届“九校联盟(C9)计算机基础课程研讨会”发表的联合声明指出:培养复合型创新人才要潜移默化地使学生养成运用计算机科学的基础概念对问题进行求解、系统设计和行为理解的新的思维方式,即建立计算思维;必须正确认识大学计算机基础教学的重要地位,更要把培养学生的“计算思维”能力作为计算机基础教学的核心任务[3]。

但在当前大学计算机基础课程的现实教学中,依然存在很多问题制约以计算思维为核心大学计算机基础课程的建设。

首先,部分教师和学生对大学计算机基础课程认识不足或者偏存在差。一直以来有很多人认为“计算机就是程序设计”,“大学计算机基础课程就是讲解Office工具软件”。这些片面的观点导致大学计算机基础课程普遍存在着“重操作、轻思维”的现象。有些教师甚至认为这些内容可以自学,不需要专门开课。学生则认为学习这门课只是学会了几种常用办公软件,因此学生常常被动学习计算机操作,对计算机科学和技术缺乏基本了解,更谈不上对计算思维和创新能力的培养。

其次,大学计算机基础课程的教学内容涉及范围广、知识点多,系统性弱。一般情况下,大学计算机基础课程包含计算机发展、计算机系统、常用办公软件、计算机网络、信息检索、程序设计基础和数据库管理系统等知识模块,各个模块之间没有太多相关性。许多学生反映修完该课程后,很难有系统性的理解,获得的只是一些零散的概念以及对办公软件的基本应用能力,无法掌握利用计算机求解问题的基本思路和基本方法。

最后,当前大学计算机基础课程的教学过程虽然普遍采用计算机来辅助教学,但教师和媒体仍是教学的中心,学生仍是被动的接受者,并没有改变原来那种灌输式或填鸭式的教学模式。因此,当前大学计算机基础课程教学是包装在现代教育技术外衣下的传统教学模式。由于没有改变传统的教学模式,学生在学习的过程无法形成利用计算机求解问题的思维方式,也无法提高实际的计算机应用技能。

2 面向思维培养的大学计算机基础课程教学目标

大学计算机基础课程的授课对象是所有的在校非计算机专业学生,课程目标是使非计算机专业学生能够将计算机与信息技术应用到其所属学科,使其成为能够运用计算机信息技术与计算思维来完成实际工作的新型人才。因此,大学计算机基础课程不仅决定着学生计算机水平掌握程度,更是培养学生综合索质、计算思维和创新能力不可或缺的重要环节。

面向思维培养的大学计算机基础课程的教学目标包括基础知识与原理、基本操作技能、计算思维与能力三个层次的要求。

第一层次:大学计算机基础课程中的基础知识与原理包括计算机组成、数值运算、操作系统、汉字系统、网络结构、高级语言编程等传统大学计算机基础课程中的基本要求。这一层次以分析和认知计算环境的构成和基本原理为主,使学生在对计算机系统及环境有所了解,同时初步体会计算机问题求解的基本方式方法。

第二层次:大学计算机基础课程中的基本操作技能包括Window操作系统、Word文字处理软件、Excel电子表格、Powerpoint电子演示文稿、Visual Foxpro数据库程序设计、C语言程序设计、网络信息检索等常用操作与使用。许多学生在高中阶段已经熟悉掌握了这一层次中的部分内容,然而还有部分学生之前没有接受过计算机相关的教育。因此大学计算机基础课程的教学内容编排上,要避免这部分内容相比于高中阶段的重复教学,可以根据知识特点和学生的基础,设置与学生专业内容、生活实际相关联,或是其感兴趣的课题,开展研究性教学。

第三层次:大学计算机基础课程中的计算思维与能力包括问题阐释、问题建模、递归思维、并行处理、抽象分解、推理解答等意识和能力等。计算思维与理论思维、实验思维一起构成了人类的三大思维。计算思维培养学生发明和创新的能力及处理计算机问题时应有的思维方法、表达形式和行为习惯,要求学生能够对获取的各种信息通过自己的思维进行深层次的加工和处理,从而产生新信息。

3 面向思维培养的大学计算机基础课程混合式教学模式

面向思维培养的大学计算机基础课程混合式教学模式要以“理解计算机的基本工作原理;掌握基本的计算机应用技能;培养利用计算机进行问题求解的基本思路和方法”为主要教学目标,利用思维导图构建整个课程的知识结构,优化教学内容,充分运用Sakai网络教学平台,深化教学效果,综合采用研究式教学法、案例或项目驱动式教学法、讨论使教学法等,来完善大学计算机基础课程建设。

3.1 面向思维培养的混合式教学模式的组织

3.1.1利用思维导图优化课程知识结构

思维导图是英国著名教育学家、心理学家Tony Buzan开发的一种发散性思维可视化工具,它符合信息加工“双编码”理论的要求,将左脑的逻辑、顺序、条例、文字、数字以及右脑的图像、想象、颜色、空间、整体等各种因素全部调动起来,把一长串枯燥的信息变成有色彩、容易记忆、有高度组织性的图[4]。

思维导图把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来,把各知识点用颜色线条建立起记忆链接,通过联想和连线去帮助组织知识并使之结构化。

在混合式教学模式中,思维导图可以帮助教师从全局和整体的视角进行教学设计,根据课程教学目标确定教学重点和难点, 构建课程知识结构,优化教学内容和教学活动。学生利用思维导图辅助学习,能够识别知识点和知识点之间的多种联系和思维顺序关系,帮助学生发现问题和探索答案。

3.1.2 构建深度的混合式教学模式

混合式学习(Blending Learning)就是要把传统学习方式的优势和E-Learning(数字化或网络化学习)的优势结合起来;也就是说, 既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性[5]。

混合式教学不是传统课堂教学和网络教学的简单混合,它强调根据课程的知识类型对教学方法、教学策略和教学活动进行统一的设计。教师分析课程及学习单元的教学目标,明确课程和单元的知识类型,创设丰富的针对不同教学情境的网络学习资源, 跟踪和引导学生的学习行为,在课堂和网络学习的交互过程中使学生完成对问题的理解和对知识的应用。

在混合式教学模式下,教师将精细设计的案例或任务发布到网络教学平台,在课堂上引导学生进行观察分析、积极探讨,培养学生将案例或任务作为实际问题求解的过程性思维,树立学生用计算机求解问题的意识,最终形成发现问题、确定问题和解决问题的计算思维。

3.1.3 搭建Sakai网络教学平台

面向计算思维培养的混合式教学离不开网络教学平台的辅助与支持。网络教学平台的选择需要考虑教学对象、教育投资、课程类型、教学方式等许多因素,综合这些因素和混合式教学的特点,Sakai网络教学平台可以更好的完成教学目标、优化教学效果, 成为了混合式教学的首选网络教学平台。

Sakai网络教学平台是一个协同学习的开放源码环境,教师在平台上可以轻松地创建课程教学站点,利用通知、日程、新闻等工具可以发布教学日程安排;利用课程大纲、幻灯播放、作业、投递箱、花名册、等常规教学工具,实现教学大纲、教学内容和教学资源的发布,完成日常教学工作;利用答疑室、讨论区、邮件等工具可以方便教师与学生、学生与学生之间的在线指导、交流和协作;合理搭配练习与测试、报告、作业、成绩发布、调查、评价/评价知阵、分组等工具,可以实现多种评价方式,完成测验和测试[6]。

3.2 面向思维培养的混合式教学模式的实施

3.2.1 新生入学摸底测试

由于大学计算机基础课程的教学对象是非计算机专业大学一年级的新生,而这些新生对于计算机基础知识和应用的了解掌握程度差异很大,所以在学生入学开课之前,先对全校新生进行入学摸底测试。测试的内容、难度基本等同于大学计算机基础课程的要求。通过测试,对新生的计算机基础知识和应用各部分内容的掌握程度有所了解,为指导该课程面向计算思维提升有一定的依据。

3.2.2 探索面向计算思维的教学方案

依据学生的摸底结果和所属学科特点,将学生分成理工类和人文类,对于理工类增加C语言程序设计算法要求,偏重于基础算法及拓展知识,如高性能计算、并行算法等,对于人文类则增加Visual Foxpro数据库应用要求,更偏重数据中发现知识,如数据收集、数据管理、数据分析、数据可视化等。

具体教学采用“理论”+“实验”+“综合”的授课方式。理论课上教师不是简单地知识点讲解,更多的是集中在利用思维导图引导学生梳理新增知识点或技能和先前知识点或技能的关系,同时展示新知识点或技能的相关案例,引发学生的认知冲突,带着问题去实验课上寻求答案。而实验课上,教师提前在网络教学平台上发布教学安排,进行案例展示,提出最新的探究案例或任务,并投放相应的学习资料,学生依据教学安排,利用网络平台上的工具进行自主探究或合作讨论,将学习结果投放到平台上与教师和其他学上分享展示;在学期末的综合课上,教师发布与不同学生学习背景相关的复杂的学习案例或任务,学生将案例或任务作为实际问题进行求解,在求解的过程中比较全面的复习到之前多学习的知识和技能,最终形成计算思维。

3.2.3 改变考核评价方式

学生的思维培养和学习效果是一个动态连续的过程,因此考核评价不能简单的停留在最后的总评成绩分数上,而要通过形成性评价与总结性评价相结合的方式来评价学生的学习成果。形成性评价要主客观结合,主要包括学生出勤情况、学生作业展示、学生课堂表现、平时小测验成绩等方面;总结性评价包括学生综合课任务完成情况和最后的考试成绩。最后,将这些方面的评价按照一定比例系数组合,再组成对学生的最终评价,全面评价学生的学习效果。

4 总结

本文根据当前大学计算机基础课程教学的现状和计算思维培养的目标,提出了“思维导图”+“网络教学平台”+“混合式教学”的面向思维培养的混合式教学模式,并介绍了与这种模式相适应的“理论”+“实验”+“综合”的实施方式。通过为期一年的学习,学生能够在了解计算机基础知识与原理的基础上,掌握计算机的基本操作技能,初步形成了利用计算机解决问题的方法和思维能力。

3.面向控制论思维方式培养的机械工程控制基础课程教学方法探索 篇三

关键词：能力培养 形成性评价 教学环节

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）01（c）-0148-01

根据新时期国家对高等教育的新的要求，为进一步深化本科教育教学改革，提高本科教育教学质量，大力提升人才培养水平，重庆大学机械工程学院进行了机械学科创造性教育教学模式综合改革。综合改革的核心是构建“以能力培养为核心，综合评价为导向，小班上课为保障”的创造性教育教学新模式。通过综合改革，期望能培养学生各方面的能力，提升学生的综合素质[1]。

控制工程基础是机械类专业的专业核心课程，然而又是一门理论性与综合性很强的交叉学科，课程内容较为抽象，学生掌握并不容易。此外，该课程教学活动中存在学时紧、内容多的矛盾[2]。因此，如何在有限的教学时间内开好该课程是急需解决的问题。

1 主要思路

以往的课程改革，往往是从知识传授方面进行，探讨如何更好的将课程的知识点传授给学生。随着控制科学的发展，课程的知识点逐渐增多，然而学时却不能增加甚至会减少，这显然存在矛盾。因此我院提出了新的改革思路，其目标不仅仅是改善知识传授，更重要的是全面的提升学生能力。

经综合考虑，选定了机械类的专业核心课程群进行综合改革试点，将所需要重点培养的能力分配到专业核心课程群中，构建专业核心课程群能力培养矩阵。其中控制工程基础课程在专业核心课程群能力培养矩阵中重點需要培养学生的自主学习能力和解决复杂问题能力。

2 具体措施

2.1 以能力培养为核心，设计课程教学环节

按照机械专业核心课程群能力培养矩阵要求，控制工程基础课程重点需要培养学生自主学习能力以及解决复杂问题能力。为培养这些能力，主要设计了如下的教学环节：

课堂讲授环节。此环节为传统的教学环节，改革前基本上占据了整门课程学时的90%以上。改革后仅要求教师针对课程的重要知识点进行讲授，要求课堂讲授环节控制在总课时的50%以下。

自学环节。为培养学生的自学能力，同时有效的解决课程知识点增多与课时不增反减的矛盾，需要安排学生进行有计划的自学。增加自学环节后，增加了课程的学业挑战度，培养了学生的自学能力。此外，许多简单的知识点无需在课堂上进行讲授，使得其他能力培养环节在课堂上进行实施成为可能。

专题作业及其他讨论环节。根据课程要求，布置几组专题作业，学生可根据自己兴趣自选一组，学生须充分运用课程所学内容完成该专题作业。同时，安排课堂时间进行专题讨论，教师需引导学生的讨论，并进行及时评价。专题作业的目的是锻炼学生使用所学知识，解决一些综合性的问题，从而锻炼其解决复杂问题的能力，以及沟通与交流的能力。

2.2 以综合评价为导向，改进课程的评价方式

传统的考核方式为期末考试，对于以能力培养为核心的教学模式，仅仅使用考试的方式进行评价，显然具有局限性。因此，我们提出了形成性评价与终结性评价相结合的综合评价方式。所谓形成性评价方式，主要是指在实施课程教学环节的过程中进行评价。终结性评价即传统的期末考试。其中行成性评价占比需在60%以上，这样就可以充分调动学生平时的学习积极性，避免期末突击等顽疾，保证课程各教学环节的有效实施。

为了考察课程各个课堂教学环节对学生达到课程培养要求的效果，将二者对应起来设计了课堂教学环节效果评价表，对能力的综合性评价方法进行了探索[3]。如表1所示，评价表中每个单项的评分为0～3分（对应效果为：无，弱，一般，好）。通过初步调查并对评价结果进行统计，得出单项的平均分及各行各列的总分平均分（取整数）。

初步调查结果显示，目前设置的课堂教学环节，总体上能较好的完成课程的要求，但小组交流环节对于课程的贡献度相对较低，应该加强引导，进行完善。

2.3 以小班上课为保障，保证各教学环节的有效实施

显然，以能力培养为核心的教育教学改革，对教师提出了更高的要求，需要教师能够设计合理的教育教学环节并不断完善，并建立科学、公平公正的评价方法。但是以能力培养为核心的教学改革对于教学资源的要求也很高，很难想象一个100人左右的大班能进行有序有效的课堂讨论。因此，我院制定了小班上课的教学安排，通过小班授课，保证各教学环节能有序有效的进行。机械控制基础课程也进行了小班授课的试点，通过教学实践，小班授课的教学效果明显优于大班上课班级。

3 结语

介绍了我院机械学科创造性教育教学模式综合改革基本情况，结合控制工程基础课程，阐述了改革的基本思路和具体措施。根据课程实际设置了课堂讲授，自学环节，专题作业，课堂讨论等教学环节，再采用教学环节与课程要求对应的评价方法进行能力达成的综合性评价。初步研究表明，目前设置的课堂教学环节，总体上能较好的完成课程的要求，但小组交流环节对于课程的贡献度相对较低，应该加强引导，进行完善。该评价方法基本反映了教育教学环节与能力达成的因果关系，但要通过该评价方法来研究教育教学环节与能力培养的基本规律，还需进一步细化和完善。

参考文献

[1]李良军，严兴春，易树平，等.工程教育专业认证背景下本科毕业生基本要求分析与衡量——以欧美国家的本科毕业生基本要求为鉴[J].高等建筑教育，2013，22（4）：27-33.

[2]王伟，申爱民.《控制工程基础》课程教学改革研究与探索[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2007（2）：139-141.

4.面向控制论思维方式培养的机械工程控制基础课程教学方法探索 篇四

一、教师要对学生进行正确的引导, 激发学生的学习兴趣

第一, 要激发学生的学习兴趣, 并长时间地保持下去, 就一定要营造宽泛、轻松的学习氛围, 再结合趣味教学法为学生创设适合的情境, 从而对学生的思维进行启发, 调动学生的主观能动性, 使其更好地参与教学。 要增强教学效果, 就要有非常清晰的思路, 在上课之前充分备课, 同时还要做好课本上有关知识点、重点的总结, 使用科学有效的方式将复杂化、抽象化知识转变成学生能够看懂并能够有效理解的知识[1]。

第二, 教师要根据教学内容设置相应的问题, 正确引导学生解答问题, 还要使学生养成对问题进行深入探索的习惯, 进一步推动学生自主性的有效发挥, 提高学生在学习过程中发现问题、处理问题的水平和能力。 而且教师要充分了解学生的实际情况, 对问题进行相应的设置, 进而有针对性地激发学生的学习兴趣, 确保学生具有良好的学习动机, 实现提高教学水平、教学质量的目标。 此外, 教师还可以定期组织一些相应的实践活动, 不仅能提升学生掌握理论知识的水平, 还能提高动手能力。

二、运用先进的教学方式, 提升学生理解知识的水平

机械基础这门课程与工业生产之间有非常紧密的联系, 其不仅具有较强的实践性, 还包含众多内容, 例如机械传动、设备工作原理等。 传统教学方式中单纯地依靠板书和教师口述不能将教材内容的真实形态进行有效展示, 在一定程度上制约教学水平及质量的提高, 教学手段多样化就对教师有了更高层次的要求, 多媒体、 计算机等先进教学方式的有效使用, 将枯燥、复杂的机械知识运用视频、图像、表格等方式生动地展示在学生面前, 让学生更直观地了解机械运转原理及相关知识, 不仅有效提高课堂的生动性, 还提高教育质量[2]。 例如, 在学习机械零件设计时, 就可以使用多媒体给学生播放零件加工的过程的视频, 使学生更直接地了解零件构造及其设计过程中的注意事项。

三、做好反馈、评价工作, 加深学生对知识的理解

在课堂教学结束以后, 教师一定要对学生的反馈信息进行收集和整理, 这样不仅能了解学生对知识的掌握情况, 还能对课堂中的问题进行总结, 然后根据不足调整相应的教学方式和方法, 调动学生的积极性。 良好的反馈能增加师生之间的交流和沟通, 进而提高学生的学习动力。 所以, 有效且及时地对学生实际情况进行反馈, 以及适当、认真的评价能够促进学生对学习方法的掌握, 还能构建师生交流的平台, 进而提升机械基础课程教学成效。

四、加强实践教学, 提高学生动手能力

各学校要根据自身实际情况建立完善的实训基地, 增加学生动手实践的机会, 从而使其更好地了解机械设备、零件等构造及原理。 机械基础这门课程开设的目的是提高学生的动手实践能力, 为今后的就业奠定基础。 在教学过程中, 学校、教师要有计划、有目的地为学生创建实践学习的环境和条件, 给学生学习提供支撑和保障, 从而有效提升实践教学成效, 为学生未来的学习和就业奠定基础。

此外, 学校可以根据实际情况与企业进行合作, 利用假期或者是课余时间组织学生到企业中进行实习, 如果环境、条件、安全等各方面能够得到有效保证, 就可以安排学生进行相应的生产, 这样不仅能提高学生动手操作的能力, 还能将所学习的知识运用到实际中, 加深对教材的理解[3]。

总而言之, 轻松且宽泛的教学环境能够充分激发学生的学习兴趣, 而机械基础这门学科不仅包含众多理论知识, 而且具有一定的抽象性和复杂性, 因此在教学过程中, 教师一定要使用有效方式和策略培养学生学习机械基础这门课程的兴趣, 让学生在学习过程中体会到乐趣, 从根本上认识到该课程的有用性及重要程度, 更好地提高教学质量和水平。

参考文献

[1]刘艳玲, 谢坤, 施伟, 等.关于《热能与动力机械基础》教学的几点思考[J].课程教育研究 (新教师教学) , 2014 (26) :295.

[2]牛星丽, 武明玉, 薛彬, 等.机械基础课程教学的多样化方式改革探索[C].//第十五届中国科协年会论文集.2013 (01) :1-3.

5.面向控制论思维方式培养的机械工程控制基础课程教学方法探索 篇五

国内以陈国良院士和李廉教授为首的一些计算机教学人士致力于寻求高校计算机基础课程改革的方法和途径, 经过国内外调研, 发现自2006年来计算思维在国际上引起了多方关注, 而且计算思维能力的培养与训练对未来人才培养具有重要而深远的意义, 于是较早地将计算思维引入到国内的高校计算机课程教学中来, 发起了以计算思维能力培养为切入点的计算机基础课程教学改革。

1 计算思维

美国卡内基·梅隆大学周以真教授2006年3月在美国计算机权威期刊Communications of the ACM杂志上首次正式提出并定义了计算思维:“计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”。计算思维的本质是抽象和自动化, 如同所有人都具备是非判断、文字读写和进行算术运算一样, 计算思维也是一种所有人都必须具备的思维能力[2]。

计算思维是一种科学思维, 与理论思维和实验思维一起构成了推动人类文明进步和科技发展的三大思维[3]。计算思维对不同学科专业大学生的创新思维能力培养具有非常重要的作用, 在计算机基础课程的教学中应着重于利用计算机技术进行问题求解的思路和方法的教学, 为大学生今后应用计算手段进行学科专业创新研究奠定扎实基础。

2 计算思维能力培养导向下计算机基础课程教学改革的研究现状

计算思维概念自2006年正式提出到现在, 经历了8年左右的时间, 这8年里计算思维的概念在国内教育界广泛传播, 如星星之火一般, 所到之处为计算机基础课程教学注入了新的生命活力, 也为计算机教育工作者带来了机遇与挑战, 并已显现出其燎原之势。教育部高教司在2012年设立了以计算思维为切入点的“大学计算机课程改革项目”, 教育部大学计算机课程教学指导委员会在2013年发表了旨在大力推进以计算思维为切入点的计算机教学改革宣言。在2012年之前有关计算思维的研究大部分还处于理论层面的探讨研究, 而2013年之后的研究方向则是侧重于探讨将计算思维具体落实到课程教学实践中去, 要着重解决计算思维的“落地”问题。

但是, 国内真正在计算机基础课程中开展基于计算思维教学的高校还是为数不多, 大家理论概念上谈的比较多, 真正教学实践中做的较少, 只有北京交通大学、哈尔滨工业大学、合肥工业大学、浙江大学和东北农业大学等几所高校基于计算思维开展了探索性的教学实践, 并取得了一些有益的教学成果。究其原因, 不是大家不想做, 而是不知如何去做, 因此, 目前急需在教学层面形成一个清晰的表达体系, 从实践层面去推动一批高校按照不同层次的培养目标、不同专业的应用需求来开展基于思维的大学计算机基础课程的改革探索, 为其他高校开展基于计算思维的计算机教学提供范例以参考借鉴[4]。

3 计算思维能力培养导向下计算机基础课程教学改革存在的问题

针对目前高校计算机基础课程越来越被看轻、不受重视的情况, 我们不得不认真审视这样一个问题:计算机基础课程真的无用吗?答案当然是否定的!之所以会造成高校对计算机基础课程存在种种偏见和轻视, 是由于长久以来在计算机基础课程的教学中存在着严重的“工具论”的倾向。在教学中过分侧重于对软件功能的讲解, 过分侧重于学生操作能力的培养, 而忽视了思维方法层面的教学, 或者说我们的计算机基础课程教学一直停留在一个较低层次的操作技能的教学水平上, 致使学生和学校产生了计算机课程不重要的错误认识, 因此, 急需在计算机基础课程教学中加强引导学生思考解决问题方法的教学, 必须重视学生计算思维能力的培养, 这也是计算机基础课程教学改革的重要方向。

当前, 为了培养能够参与国际竞争的创新人才, 计算思维的培养已经得到中国部分高校的重视[5], 但是, 在当前全国各高校计算机基础课程课时被不断消减、不受重视的大环境下, 不难发现计算思维的“落地”问题是个难题, 计算思维背景下高校计算机基础课程教学改革过程中还存在许多迫切需要解决的问题。

3.1 计算机教师对计算思维的认识不够深入

基于计算思维开展计算机基础课程教学, 教师是改革最主要的推动者和实施者, 计算机教师应该对计算思维有深入地理解, 本身应具有计算思维能力, 并掌握了培养学生计算思维能力的方法, 才能胜任这次改革任务。可实际情况却很不乐观, 首先计算机教师都是传统模式教育出来的, 应该说也缺少计算思维能力, 虽然最近几年刚刚接触了计算思维的概念, 但理解并不是很深入很透彻, 以至于在实际教学改革中不能得心应手。

3.2 教学内容未能与学生专业深度整合

现在的学生具有明显的“应用型”特征, 他们希望所学的知识与自己的专业、学习和生活实际能结合起来, 但是, 目前大部分高校的计算机基础课程的教学内容仍然都是计算机学科的普适内容, 设计上没有结合学生的专业, 使学生感觉计算机的学习与专业无关, 从而大大降低了学生的学习兴趣和求知欲。

3.3 教学方法仍沿用原有模式

计算思维背景下开展计算机基础课程教学, 教学内容改变了, 教学模式也应随之改变。但当前虽然是基于计算思维开展计算机教学, 可还没有探索出适宜的教学模式, 教学中仍主要是沿用基于知识和技能的传统的项目驱动教学法, 未能达到最好的教学效果。

3.4缺少与计算机基础课程相呼应的系列计算机课程

只在大学一年级的计算机基础一门课程中开展基于计算思维的教学, 似乎培养学生的计算思维能力只是计算机基础一门课程的事情, 与其他计算机课程无关。而仅凭一门计算机基础课程, 就能实现学生计算思维能力的培养是不切实际的, 会让学生感觉刚刚开了一个头就结课了, 没有后期计算机选修课程的学习支持, 使计算思维能力的培养不能得以充分体现与实现。

3.5 如何在不断缩减课时的情况下完成计算思维能力的培养

近年来, 各高校计算机基础课程的地位不断被降低, 教学课程不断被缩减, 许多学校已经被缩减到36学时, 在如此有限的学时内完成计算思维能力的培养难度较大。因此, 如何重新组织教学内容, 合理安排教学进度在有限的学时内完成教学任务并在教学中贯穿计算思维能力的培养是目前急需解决的一个重点难题。

4 解决策略

计算机基础是中医院校大一学生接触的第一门计算机课程, 讲好这门课责任艰巨, 意义重大。应该讲什么?怎么讲?如何评价学生的学习效果?这些都是计算机教师应该认真思考的问题。为了扭转中医院校计算机基础课程的教学现状, 笔者于2013年在计算机基础课程中引入了计算思维能力的培养理念, 重新梳理和组织了教学内容, 采用了“翻转课堂”教学模式和“项目驱动+案例”教学法, 从以前的单纯强调操作技能的培养转变为强调解决问题方法的思维能力培养来开展教学。经过近两个学期的教学实践, 针对计算思维能力导向下计算机基础课程中存在的以上五个问题, 经过教学实践的探索与验证, 提出以下五个相应的解决策略。

4.1 加强教师再学习培训

一种教学理念的改革如果没有触动教师的转变, 那就是流于形式的。基于计算思维开展计算机基础课程教学, 对计算机教师提出了更高的要求, 教师首先应对计算思维有一个全面的认识和深入的理解, 转变教学理念, 改进教学方法, 进而在教学中自觉地实施基于计算思维的教学改革。

应重视通过教师培训使教师对计算思维进行再学习, 培养出一批具有计算思维能力并善于在教学中培养学生计算思维能力的教师, 这样才能胜任当前基于计算思维的高校计算机课程教学改革。此外, 还迫切需要先开展计算思维教学的院校提供一批引领示范的教学资源, 为后开展计算思维教学的教师提供教学改革的示范范例[6]。

4.2 教学内容应与学生专业紧密结合

当前社会, 各行各业已经越来越多地依赖计算机作为分析和解决问题的工具, 计算机已经渗透到各行各业, 各专业都在向信息化、数字化方向发展, 在这个过程中, 最重要的不是如何解决问题的具体技巧, 而是如何把专业领域问题转化成能够用计算机解决的形式, 这正是计算思维培养所强调的内容。显然, 学会使用计算思维的基本方法解决问题比学会具体解决问题的技术更加重要。因此, 在计算机基础课程教材中需要增加与学生专业相结合的案例内容[7]。

计算机基础课程应面向各学科各专业的计算机应用需求来重新设计、组织教学内容[8], 教学内容的选择应该是宏观层面的解决问题的实现方法和过程的介绍, 引导学生将计算机解决问题的思想和方法应用到自己的专业领域里, 注重学生计算机素质的教育和计算思维能力的培养, 至于微观层面的具体实现的步骤和细节可不要求学生掌握, 否则过于强调操作的话将又纠缠在“狭义工具论”的漩涡中[9]。

4.3 构建与计算思维能力培养相适宜的教学方法

在计算机基础课程教学中融入计算思维, 主要是教学方法的改革。所谓“教学有法, 教无定法”, 笔者认为不应局限于某一种教学方法, 应根据计算思维能力培养的特点结合教学内容和学生专业特点来选择适宜的教学方法。例如, 启发式教学方法有助于引导学生从解决问题的角度出发, 强调解决问题的方法和思路;案例教学法通过精心编制的案例情景的描述有助于构建一个解决问题的情境环境, 引导学生进行讨论、分析、归纳和总结, 提出解决问题的各种方案;项目教学法通过布置具体的任务或项目, 有助于学生作为学习的主体通过完成这些任务或项目的过程而获取知识等。只要是有助于培养学生计算思维能力的教学方法都可以应用于教学过程之中, 以最大化优化教学过程, 取得最佳教学效果。

4.4 加强后续系列计算机课程建设

计算思维能力的培养不是一朝一夕、一个学期两个学期就能达到的[10], 计算思维包含的内容也不是计算机基础一门课程所能承担的, 计算思维教学需要贯穿到所有的计算机课程中, 需要有一系列的计算机应用课程作支撑和拓展, 如数据技术与应用、多媒体技术与应用等课程, 来进一步引导学生应用计算思维解决各种专业的问题[11]。大一的计算机基础课程只能实现激发学生计算思维能力的作用, 至于更深更高层次的计算思维能力的培养还需要有大二以上一系列的后续课程的学习才能得以实现。因此, 需要重新梳理整个系列计算机课程的教学内容与教学思路。

同时, 计算思维能力培养是贯穿大学计算机教学过程中的系统工程, 计算思维存在于计算机的许多分支学科中, 这就要求在课程内容设置时要充分考虑计算机各分支学科间的关联, 还要关注计算思维及其在各个专业领域中的应用, 使课程内容之间、课程与课程之间具有连贯性[12]。

4.5 采用翻转课堂教学模式和微课来挖掘学生课外学习时间并高效利用课堂教学时间

如果无法增加现有的计算机基础课程的教学课时的话, 那就必须积极拓展课堂以外的学生学习时间。翻转课堂是一种比较有效的方法, 所谓翻转课堂是指重新调整课堂内外的学习时间, 改变以往教师课堂上讲课, 教授学生知识内容, 课下布置作业的教学模式, 而是变为由学生在课下借助于各种学习资源, 自主完成知识内容的学习, 然后回到课堂之上, 教师只对学生在自学过程中不理解或存在问题的知识部分进行答疑解惑, 并将更多地课堂时间用于组织学生对自学知识进行灵活运用。可见, 翻转课堂教学模式下, 教师在课堂上不再是纯知识内容的宣讲者, 而是帮助学生解决自学过程中遇到的问题, 并将更多地课堂时间和精力用于引导学生运用知识去解决问题, 是相比于传统教学更高效、更高层次的教学模式, 在翻转课堂教学模式中, 由于知识的学习改由学生课下自学完成, 因此要求学生应具有较强的自学能力, 而大学生完全具备这种能力, 通过学生的课下自学可以节省出大量的课堂时间, 教师则可以充分利用课堂时间来引导学生运用知识解决专业领域的问题, 培养学生的计算思维能力。因此, 翻转课堂教学模式其实非常适合高校各学科的教学活动, 而不仅仅是计算机基础这门课程。

在翻转课堂教学模式中, 用于支持学生自主学习的学习资源的质量是学生自学学习成功与否的关键因素。除了教材、讲义等静态资源以外, 还需为学生提供学习的视频资源, 教师可以根据课程的内容特点和学生的实际学习情况针对知识点录制微课。所谓微课, 是指为帮助学生自主学习, 围绕某个知识点或教学环节录制的简短而完整的教学视频。录制微课的目的为了帮助学生获得自主学习的最佳效果, 因此需要对微课进行精心的教学设计, 微课的内容是通常是某个知识点或教学环节, 时间不宜过长, 通常比较简短的, 一般在5~10 min, 但微课虽短, 却也是完整的教学活动。对教师来说, 制作微课最关键的是要从学生的角度去设计、制作微课, 应体现以学生为本的教学思想, 这样才能获得最佳的学习效果。

5 小结

计算思维能力的培养关系到培养出来人才的创新能力, 我国目前有一个主要的问题就是各领域缺乏创新, 国人的模仿能力很强, 但创新能力差, 所以我国山寨的产品多, 自主研发的产品少。这主要是因为我国的教育从小学到大学都是灌输式的教学方法, 极其缺乏启发学生思维能力的教学, 造成今天创新人才的匮乏。因此, 还需要计算机教育工作者投入更多的精力去探索和推进计算思维为导向的计算机基础课程教学改革, 抓住大学阶段的学习来实现学生计算思维能力的培养, 意义重大, 任重道远。

摘要：大学计算机基础是面向高校非计算机专业学生开设的一门通识必修课程, 是信息时代培养大学生综合素质和创新能力的重要环节, 而计算思维能力的培养是目前计算机基础课程教学的核心任务。本研究通过界定计算思维的基本概念, 介绍了以计算思维能力培养为导向的计算机基础课程的教学改革现状, 探讨了其中存在的问题, 提出了相应的解决策略。

6.面向控制论思维方式培养的机械工程控制基础课程教学方法探索 篇六

无机非金属材料工程专业是我校化学与化工学院的特色专业,其中《热工基础与设备》又是本专业的主干课程。传统的课程教学内容是单一地让学生掌握气体力学基础理论、传热原理、传质过程等硅酸盐材料生产制备过程中所涉及的热工基本理论与设备的专业知识。从当前的教学形式及专业发展需求来看,存在一些不足之处:一是学生对热工操作单元认识不够,工程意识不强。二是课程教学内容采用讲解及灌输的教学模式,学生缺乏学习兴趣。三是理论与实践脱节,没有设置一些实践课程,学生缺乏解决和分析实际热工工程问题的能力。

因此,本文根据“卓越计划”的总体要求,面向卓越工程师的培养,对《热工基础与设备》课程教学内容进行了相应的改革探索。首先从促进学生的学习主动性出发,提高教学团队,改革课程教学内容,改变教学方法,注重实践教学环节的应用,培养学生的创新意识、创新思维、创新技能和创新素质为目标,达到本课程较理想的教学效果,以期为“卓越计划”参与高校进行专业课程教学内容的改革探索提供参考。

1 促进学习主动性

学生的思想状态,学习动机及心理等方面直接影响课程教学的效果。长期以来,我国的大学教育主要以学生未来就业为导向的教育模式,忽视了培养学生应对课程学习具有主动性的重要性,更没有从满足“卓越计划”培养要求的课程内容价值观以及学生主体发展的最终价值观出发[3]。导致在课程的教学过程中以教师为主体,以教代学,没有考虑学生个体性和学习的主动性。因此,在新的《热工基础与设备》课程上首先增设实践教学环节,使学生对热工操作单元及设备有一个初步的认识。在认识教学环节上,实行“导师”制,即学校导师和企业导师共同负责制。实践教学指导团队由学校导师和“卓越计划”实施企业指派的企业导师共同组成。通过到企业的实践学习,学生对完整的热工过程有一个较为全面的感性认识,在后续的理论教学模块中,学生能更快更好的接受和理解相关理论知识,建立工程观念,提升工程计算能力,更重要的是学生做课程的主人,才能积极地参与课程的学习,主动地去获取知识、不断提高自己的能力和创造性地探索热工基础理论及工程设计计算。

2 提高教学团队水平

任课老师应全面系统地掌握《热工基础与设备》课程的专业领域知识,这才能保证面向卓越工程师计划实施的有效进行。在水泥厂、煤化工以及磷化工等大型企业,这些工厂中所使用的热工设备,如回转窑,热风炉,燃烧室、气化炉等设备的操作与本课程的教学内容都有着紧密的联系。因此,授课老师应多去工厂实习,与有实际工作经验的技术员交流学习,使自己实践经验对理论教学工作起到促进作用。

通常,“卓越计划”实施企业指派的企业导师具有丰富的工程操作经验,但也缺乏系统的理论知识点。在给学生讲解时,容易忽视或漏掉一些关键的知识点。因此,对“卓越计划”实施企业指派的企业导师应加强理论学习指导,并制定相应的教学大纲及教学内容。

任课教师也要提高教学业务水平,掌握科学的教育方法,懂得教育规律。通过建立学校任课老师及企业导师的教学团队,教师之间可以通过讨论沟通,探索出更加有效的教学方法,相互促进,共同提高。

3 改革课程教学内容

3.1 加强基本概念和基本理论的教学

卓越工程师培养的基本要求是系统地掌握相关学科专业领域的知识和精髓,这就要求课程教学内容的组建要体现出工程学科的特征以及学生所学知识的效用,使卓越工程师培养的相关学科专业领域的知识得到全面系统的继承和发展。

在《热工基础与设备》课程中有许多物理概念,且这些物理概念都是通过大量公式推导而来。如气体动力学方程式是从质量方程、动量方程以及能量守恒原理出发,应用高等数学在微元体或控制体上建立微分方程或积分方程。在传热原理中,也出现大量的导热微分方程以及对流过程的微分方程组等。对这些数学推导过程,教学时不应过多地去探讨,可以通过对一些典型的工程问题展开分析,使学生理解这些基本概念,达到触类旁通的目的。学生只有在充分的理解、掌握这些基本概念和基本理论后,才能将其应用在实际的工程中。因此,首先要在教学内容上注重用于研究热工过程的基本概念及定理的讲解,使学生能真切地理解基本概念和定理的实质,而不是让学生死记硬背的记住公式及基本概念。其次,在讲解一些基本概念和理论上存在细微差别时,要给学生确切阐明出概念和理论的内涵本质,尤其要将一些概念融入在解题中,理清解题思路,让学生学会应用,掌握概念的本质含义。掌握基本概念和理论不仅为今后专业课的学习做准备,而且为面向“卓越计划”培养的目标奠定基础。

3.2 强化工程应用实践教学

学生应具有在实践中应用热工基础理论的能力。然而,以往的教学模式让很多学生只会利用公式解题,缺乏工程实践。经常会发生有些学生计算烟囱的高度精确到毫米,回转烘干机的热效率达到80%等错误的现象。因此,如何将基本理论与实践相结合起来,培养学生工程实践意识和工程设计能力是本课程应用实践教学的目标。首先,可以将热工工程技术的知识点融汇到实践教学中去,对一些工程例题加以分析讲解,组织学生参与讨论,逐步建立工程观念,增强解决工程实际问题综合意识和技能。其次,在教学手段上,可以组织学生到“卓越计划”实施企业或实训工程中心学习热工设备,让一些有实际工程应用的技术人员给学生进行讲解,使理论与实践应用相结合,进一步培养学生分析解决实际问题的能力。

3.3 开展实验及课程设计教学

《热工基础与设备》是工程应用性学科,学生应掌握扎实的理论知识与良好的实践技能。为了培养学生的实践能力,首先是加强实验课程内容的建设,如开设燃料的热工性质分析、烟气组成的测定、干燥速率曲线的测定等一系实验项目,让实验内容成为学生把课堂所学的理论知识与实践应用相结合,培养学生的动手能力,激发学习的积极性;其次指导老师建立课程设计题库,如燃烧室,回转烘干机,玻璃窑,烟囱等热工设备的设计及计算。学生可根据自己兴趣自主选题,并在教师的指导下完成某个设备的热工计算专题研究,促使学生在热工基础理论计算、设备选型、图纸绘制、以及设计说明书撰写等方面能得到实战训练。科学地开展课程设计,让学生更加系统地掌握《热工基础与设备》课程各章节的知识要点,通过课程设计的训练,使学生初步了解工程设计的步骤及方法,同时也为今后的专业毕业设计环节奠定基础。

4 改变教学方法

《热工基础与设备》课程通常采用的教学方法是按照各分章节进行课堂教学,这些章节的内容包括“气体力学在窑炉中的应用”、“传热原理”、“传质原理”、“燃料及其燃烧”、“固体燃料气化过程及设备”、“干燥过程与设备”等六个部分。但是,在这些章节中有的内容与学生在学习化工原理中有交叉,或重复的部分。因此,选择合理的教学方法才能做到事半功倍的效果。

在第一章“气体力学在窑炉中的应用”中气体力学基础与化工原理(上册)中流体力学就有相似之处,但又存在一定的差异。可以采用分析比较的教学方法让学生在复习原有知识的基础上,又增加新的公式及定律。又如第二章“传热原理”,学生在学习化工原理(上册)的时候就已经对传热过程有了一定的认识,但本课程又都有不同之处。化工原理(上册)仅介绍了一维方向上的传导公式,以及没有系统的介绍辐射换热中角系数的推导过程。因此,在《热工基础与设备》第二章“传热原理”的教学内容中应把此部分内容重点讲解,从而让学生能系统、全面的掌握“传热原理”。但同时应避免传热原理重复内容,否则教学效率低。

任课老师在讲授不易理解或抽象的课程内容时,可以借助多媒体给学生演示,如燃料燃烧过程的变化,炉内温度分布,气化炉及燃烧设备等,让学生能更加直观地对热工过程与设备的认识,掌握相关知识点[4]。同时,任课老师要不断采用多种教学方法,如讲授、研讨、实验、工程实训、课程设计等形式,调动学生学习的积极性与主动性,培养学生的创新能力,实现“卓越计划”对课程内容改革的培养目标。

5 采用多种形式的考核方式

《热工基础与设备》课程涉及定律多、计算公式繁多,而传统的考试方式多以闭卷方式的笔试为考核方式。这就要求学生在考试之前,花费大量的精力去记忆繁琐的计算公式,而单一的纯知识记忆考试方式并不能反映出学生对本课程学习掌握的程度。多元化的考核模式是在最终成绩评定中,兼顾了学生平时表现情况与期末考试情况。目前,采用多元化的考核模式是能较好反映出学生对本课程学习掌握的程度[5]。因此,面向卓越工程师培养的课程教学评价体系可参照多元化的考核模式加以制定。

《热工基础与设备》课程可以采取平时成绩(10%),实验课(10%),课程设计(20%)及闭卷考试(60%)相结合的多种形式考核方式。其中平时成绩主要是对学生平时学习态度的评价,包括了出勤率、作业完成情况、热工单元认识实训等方面。实验课成绩主要是对学生动手能力的评价,要求学生认真做好实验课的预习,制定实验方案及完成实验情况。课程设计成绩主要是对学生设计热工设备能力的评价。通过阅读指定参考资料,以及广泛查阅有关热工设备的最新资料,考察学生自主创新、综合运用热工基础理论知识等。闭卷考试成绩主要是对学生掌握热工基础理论及热工计算能力的评价,以课程的“考试大纲”为准则,建立试题库。任课老师从题库中筛选试题,注重以工程实际应用能力为重点,同时考核学生对理论知识的掌握与应用的综合能力。

6 结语

以实现“卓越计划”培养标准为目标,对原有课程内容进行全面系统的改革,采用促进学生的学习主动性出发,提高教学团队,改革课程教学内容,改变教学方法,注重实践教学环节的应用,并最终形成一个“实践、认识、再实践、再认识”的新课程学习体系,是可以满足卓越工程师培养的要求。

参考文献

[1]吴才章.高校自动化专业人才培养改革探索[J].中国电力教育,2012(14):25-27.

[2]林健.面向卓越工程师培养的课程体系和教学内容改革[J].高等工程教育研究,2011(5):1-9.

[3]张安富,刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究,2010(4):56-59.

[4]文进,朱明.多媒体课件在《热工基础与设备》中的应用[J].建材高教理论与实践,2001,20(2):107.