任務驅動教學法在《自動控制原理》“描述函數(shù)法”教學中的應用

楊艷麗 郭一鋒 張國良 陳勵華

摘要：《自動控制原理》課程是第二炮兵工程大學測控工程專業(yè)一門非常重要的工程技術基礎必修課，肩負著為后續(xù)武器系統(tǒng)相關課程打下堅實理論基礎的任務。為了改變傳統(tǒng)的以教定學的教學模式，在教學過程中采用任務驅動教學法。實踐結果表明：該方法充分調動了學生的積極性和主動性，激發(fā)了學生的學習興趣，培養(yǎng)了分析問題、解決問題的能力，推動了教學改革，提高了課堂教學的質量和效果。

關鍵詞：《自動控制原理》；任務驅動教學法；提高效果

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0180-02

《自動控制原理》是第二炮兵工程大學生長干部學歷教育“測控工程”專業(yè)、“發(fā)射工程”專業(yè)、“導彈工程”專業(yè)和“電力工程及其自動化”專業(yè)的一門必修工程技術基礎課程，肩負著為后續(xù)武器系統(tǒng)相關課程打下堅實理論基礎的任務，可以說是任重而道遠。其中，作為二炮軍官四門技術基礎課程之一的《導彈控制與制導原理》與本門課程的聯(lián)系最為緊密，如果沒有本課程作為先導課程，《導彈控制與制導原理》的教學可以說是寸步難行。顯然，只有學好了《自動控制原理》這門課，才能順利過渡到武器平臺相關課程的學習，才能為部隊的任職打下堅實的理論基礎。該課程來源于控制工程的社會實踐，又回到工程實際中去指導系統(tǒng)的分析和設計，具有濃厚的工程背景，理論性較強，公式較多，計算煩瑣。如果按照傳統(tǒng)的“填鴨式”方法組織教學，學生會覺得枯燥乏味，產(chǎn)生厭學情緒，教學效果大打折扣。因此在本課程的教學中貫穿任務驅動教學法，把相關知識點融入到各個子任務中，既能讓學生切身介入本門課程的學習，自覺地感受到本課程在解決工程問題上的作用，自覺地走入理論聯(lián)系實際的過程，又能產(chǎn)生濃厚的學習興趣，將學習的知識與工程實際相聯(lián)系，培養(yǎng)學生自主學習、分析問題、解決問題的能力，發(fā)揚團隊協(xié)作精神。

一、任務驅動教學法的內涵

所謂“任務驅動教學法”就是在學習信息技術的過程中，學生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個共同的任務活動中心，在強烈的問題動機的驅動下，通過對學習資源的積極主動應用，進行自主探索和互動協(xié)作的學習，并在完成既定任務的同時，引導學生產(chǎn)生一種學習實踐活動?！叭蝿镇寗咏虒W法”是一種建立在建構主義教學理論基礎上的教學法。它要求“任務”的目標性和教學情景的創(chuàng)建，使學生帶著真實的任務在探索中學習。在這個過程中，學生還會不斷地獲得成就感，可以更大地激發(fā)他們的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環(huán)，從而培養(yǎng)出獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。

二、任務驅動教學法在《自動控制原理》課程中的實踐

“任務驅動”教學法最根本的特點是“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”。它強調，學生的學習活動必須與任務或問題相結合，以探索問題來引導和維持學習者的興趣和動機，創(chuàng)建真實的教學環(huán)境，讓學生帶著真實的任務學習，以使學生擁有學習的主動權。教師要在總體學習目標的框架上，把總目標細分成一個個的小目標，并把每一個學習模塊的內容細化為一個個容易掌握的“任務”，通過這些小的“任務”來體現(xiàn)總的學習目標。因此，教師在設計任務時必須要面對學習對象，針對學生認知特點、接受能力的差異，要將學習目標分層次，針對不同水平的學生分別提出恰當?shù)幕A目標、發(fā)展目標和開放目標，在此基礎上，設計具有一定容量、一定梯度的任務，要求所有學生完成基礎目標對應的小任務，學有所思的學生接著完成下一個需要努力才能完成的發(fā)展目標對應的任務，學有所創(chuàng)的學生還應繼續(xù)完成后面開放性的任務，最后教師做總結性發(fā)言并演示正確結果。

（一）學習任務設計

學習任務的設計是整個教學過程的關鍵，教師必須根據(jù)自動控制原理課程的教學內容，結合學生的興趣愛好和特點，理論聯(lián)系實際，制定切實可行的具有實際意義的學習任務。該任務既要涵蓋基本知識點，又要有一定的拓展性。學生接受任務后，在求知欲望和濃厚的學習興趣的推動下，產(chǎn)生積極探索的動力，使該任務做到服務教學，體現(xiàn)教學目標，達到良好的教學效果。在設計任務時，可根據(jù)課程各個章節(jié)之間的銜接關系、知識要點等，將一個綜合任務劃分為若干個相互獨立又相互聯(lián)系的子任務，每個子任務都包含一定的基本知識點、重點和難點。下面是作者在講授線性系統(tǒng)的校正時設計的學習任務。

1.學習任務描述。穩(wěn)定是控制系統(tǒng)的重要性能，也是控制系統(tǒng)能夠正常工作的首要條件。如何分析一個非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性呢？時域分析（相平面）法雖然可以直觀、準確地反映非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是應用時域分析法分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性時可能出現(xiàn)求解困難甚至無法求解的現(xiàn)象，對于這類非線性系統(tǒng)該如何分析呢？不妨回顧一下線性系統(tǒng)，除了時域分析法還有頻域分析法，對于非線性系統(tǒng)，自然而然聯(lián)想到頻域分析法，因此本節(jié)課的任務是將線性系統(tǒng)的頻域分析法擴展應用到非線性系統(tǒng)中。

2.學習任務分析。學習任務是將線性系統(tǒng)的頻域分析法擴展應用到非線性系統(tǒng)中。線性系統(tǒng)的頻域分析是建立在頻率特性的基礎之上的，因此必須首先找出非線性系統(tǒng)的頻率特性；尋找頻率特性，就需要給非線性系統(tǒng)加一個正弦波交流信號，觀察非線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出中與輸入同頻率的正弦波的振幅和相位與輸入正弦波的關系，從而得到非線性系統(tǒng)的頻率特性。在此基礎上，應用頻域分析法，寫出非線性系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性，根據(jù)曲線之間的相互包圍關系來判斷非線性系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

3.學習任務實施。從提出問題到分析問題，接下來就是解決問題，完成任務。作者根據(jù)學生的自主學習能力和基礎知識的好壞等因素，分成五個小組，每組設定一個組長。小組成員彼此互相合作，互相激勵，積極主動地參與學習，完成學習任務。最后由組長匯報設計結果。一個完整的學習任務包含多個子任務，它們之間緊密聯(lián)系，層層推進。筆者設計了以下幾個子任務：

子任務一：以常見的非線性系統(tǒng)飽和環(huán)節(jié)為例，給其加一個正弦波交流信號，觀察其穩(wěn)態(tài)輸出，試圖尋找非線性系統(tǒng)的等效頻率特性。提示學生思考，如果非線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出不是正弦波信號，但輸出是一個周期信號，高等數(shù)學中有一個非常有效的分析工具，請學生主動思考，自主探索。

子任務二：將線性系統(tǒng)的頻域分析法加以擴展，在系統(tǒng)的前向通道中加入一個比例環(huán)節(jié)，并且比例環(huán)節(jié)是可調的，給出頻域穩(wěn)定性分析的結果。

子任務三：經(jīng)過結構圖化簡，將非線性系統(tǒng)表示為線性環(huán)節(jié)和非線性環(huán)節(jié)串聯(lián)的典型結構形式，在閉環(huán)頻率特性的基礎上，得出非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的結論。

子任務四：對比非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的相同與不同之處，分析兩者不同的本質原因。

（二）學習效果評價

通過在《自動控制原理》“描述函數(shù)法”課堂上采用任務驅動教學法，改變了傳統(tǒng)的教與學的結構，使學生真正成為學習的主體，教師除了具有輔導者、引導者的身份外，不具備其他任何權威。在這一模式下，學生將可能通過查閱資料隨時獲取幫助，并隨時成為“教師”。這種教學模式將完全改變傳統(tǒng)的教學方式，使因材施教真正落到實處，讓每個學習者將學習當作一種享受。從學生的角度來說，大大提高了學生學習的效率和興趣，培養(yǎng)他們獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。當一個“任務”完成時，學生會獲得滿足感、成就感，從而激發(fā)他們的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環(huán)，減少學生們以往由于片面追求信息技術課程的“系統(tǒng)性”而導致的“只見樹木，不見森林”的教學法帶來的茫然。從教師的角度來說，任務驅動教學法將以往以知識傳授為主的傳統(tǒng)教學理念，轉變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念；將再現(xiàn)式教學轉變?yōu)樘骄渴浇虒W，為每一位學生的思考、探索、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新提供了開放的空間，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生學習的積極性和主動性，使課堂教學過程充滿了民主、個性和人性，活躍課堂氣氛，大大改善了教學效果。

三、結論

“任務驅動”教學法改變了傳統(tǒng)的以教定學的被動教學模式，創(chuàng)造了以學定教、學生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型學習模式。通過實踐發(fā)現(xiàn)“任務驅動”教學法有利于激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，提高學生自主學習及與他人協(xié)作的能力，推動了《自動控制原理》的教學改革，提高了課堂教學的質量和效果。