超前回饋實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)與自動(dòng)化控制教學(xué)

姜榮東

（滄州師范學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院，河北滄州 061001）

認(rèn)知規(guī)律是高等教育理論的核心，建構(gòu)主義是高等教育的宏觀指導(dǎo)原則，同化論則是高等教育具體實(shí)踐的微觀行為準(zhǔn)則。這三大理論的有機(jī)結(jié)合構(gòu)成了當(dāng)今我國高等教育的基本理論的主要內(nèi)容。如何貫徹教育部啟發(fā)互動(dòng)式教學(xué)的指示精神，全國各高校都進(jìn)行了各種各樣的改革與實(shí)踐。然而超前回饋實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，無疑是簡單、實(shí)用和有效的。

1 超前回饋實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)

超前回饋實(shí)驗(yàn)是使實(shí)驗(yàn)教學(xué)有目的、有計(jì)劃地超前于理論教學(xué)，并在完成每一個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的同時(shí)，提出下次或下下次理論課將要接觸到的理論知識命題，使學(xué)生充分了解實(shí)驗(yàn)的目的及完成實(shí)驗(yàn)所需要的知識，掌握相關(guān)操作技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，要求學(xué)生認(rèn)真觀察教師指定的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄老師提出的問題。指導(dǎo)教師對學(xué)生的不理解和提出的疑問不必做出回答，讓學(xué)生帶著問題課下去思考。而這些問題正是以后課堂教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，可讓學(xué)生在有限的時(shí)間和空間內(nèi)獲得最大的物理、化學(xué)、生物等自然現(xiàn)象的信息量，使其有力地配合課堂教學(xué)。實(shí)驗(yàn)課中的“隱沒”與理論課上的“顯現(xiàn)”前后呼應(yīng)，將兩課有機(jī)地聯(lián)系在一起，可激發(fā)學(xué)生的思維和興趣，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)熱情。

演示實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)實(shí)施啟發(fā)互動(dòng)教學(xué)的“短平快”，它應(yīng)屬于超前回饋實(shí)驗(yàn)范疇。演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)閷W(xué)生提供豐富的感性材料，幫助學(xué)生建立思維模型，克服知識的難點(diǎn)，或?yàn)榭茖W(xué)結(jié)論和規(guī)律提供實(shí)證。

啟發(fā)式互動(dòng)教學(xué)需要學(xué)生對一些自然現(xiàn)象有所感知、感覺。如果學(xué)生沒有一點(diǎn)對相關(guān)自然現(xiàn)象的觀察、感知作基礎(chǔ)，那你靠什么去“啟發(fā)”，又靠什么去“互動(dòng)”呢？隨著理論學(xué)習(xí)的不斷深入，所涉及到的一些重要現(xiàn)象在日常生活中幾乎觀察不到。感性知識越來越少，與理論相關(guān)的信息只能靠實(shí)驗(yàn)直接或間接得到，但受諸多條件的限制（如環(huán)境、設(shè)備、時(shí)間、技能等），可供感覺、感觀的實(shí)驗(yàn)越來越少。因而，有人過于強(qiáng)調(diào)用多媒體技術(shù)來解決這一困難，但過多使用多媒體技術(shù)而獲得相關(guān)信息，一則占用課堂時(shí)間較多，二則減少甚至斷絕了學(xué)生身臨其境感受實(shí)踐的過程，這對于學(xué)習(xí)自然科學(xué)的學(xué)生們來說，是一件十分可怕的事情，因過分強(qiáng)調(diào)一方面，而忽視了另一方面的歷史教訓(xùn)值得注意。有目的有針對性地設(shè)計(jì)部分實(shí)驗(yàn)（除超導(dǎo)、高能粒子對撞實(shí)驗(yàn)外），則顯得更加明智和必要。超前回饋實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)就能有效地解決上面所提到的困難，在有限的時(shí)間和空間內(nèi)最大限度地讓學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，感知變化過程，為推理思維提供更多的信息。

2 超前回饋實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)在自動(dòng)化控制教學(xué)中的應(yīng)用

自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。它的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制。隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，主要研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)的最優(yōu)控制問題，主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法。目前，自動(dòng)控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正向以控制論、信息論、仿生學(xué)、人工智能為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。這是一門非常重要的理論課，然而多年來，學(xué)生們一直感覺深?yuàn)W、枯燥難懂。為了克服學(xué)生們的畏難情緒，盡可能的讓學(xué)生們通過實(shí)驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題。教師以實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象素材去啟發(fā)學(xué)生，這樣才產(chǎn)生良好的互動(dòng)效果。例如，在講授自動(dòng)控制系統(tǒng)概念時(shí)，插入一個(gè)液位控制的演示實(shí)驗(yàn)，一個(gè)帶有水漂的自動(dòng)控制流量的自控水箱，突出展示不可缺少的“基于反饋控制原理的反饋控制環(huán)節(jié)”的作用。又如，當(dāng)理論課講到多變量控制系統(tǒng)前1-2周時(shí)，實(shí)驗(yàn)教師要在某一單變量控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)后插入一個(gè)2-3個(gè)變量的控制系統(tǒng)的超前回饋實(shí)驗(yàn)，用于課上理論學(xué)習(xí)之用。實(shí)驗(yàn)應(yīng)在教師指導(dǎo)下完成，只要求學(xué)生觀察現(xiàn)象，至于為什么，如何控制的問題不做回答，學(xué)生可以帶著問題課下去討論分析。這些問題正是下周理論課要講的內(nèi)容，當(dāng)課堂上老師將這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為啟發(fā)素材時(shí)學(xué)生就會(huì)很投入地與教師互動(dòng)起來。

3 超前回饋實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的推廣

超前實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，也不需要改變原實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)計(jì)劃。它并不需要刻意去單獨(dú)安排，教師可根據(jù)課堂教學(xué)的需要，靈活安插在某一個(gè)實(shí)驗(yàn)課的后10-15分鐘完成即可。如果是面向全校開設(shè)的基礎(chǔ)課程，人數(shù)眾多，而每次實(shí)驗(yàn)課的人數(shù)又是有限的。因此，很難在某次理論課前安排一輪統(tǒng)一內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)課，這就需要教師課上安插一個(gè)超前“演示實(shí)驗(yàn)”，同樣可起到積極的效果。

通過對多所不同院校、不同專業(yè)以及不同年級學(xué)生的問卷調(diào)查，反映效果良好。93.9%的學(xué)生認(rèn)為使用該方法后的教學(xué)質(zhì)量與沒有使用該方法前時(shí)相比有了明顯提高。它的可操作性強(qiáng)，完全適合于高等學(xué)校自然科學(xué)各專業(yè)教學(xué)。該方法還可推廣到可以推廣到經(jīng)濟(jì)、管理及教育等有實(shí)驗(yàn)課的專業(yè)，超前實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不亞于用典型案例授課的教學(xué)效果。

超前回饋實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，在指導(dǎo)思想上與認(rèn)知規(guī)律是一致的，在知識獲得的過程上與建構(gòu)主義的理論是相符的，在具體細(xì)節(jié)的處理上與同化論的觀念是相同的。它是認(rèn)知規(guī)律的具體踐行，它是能力建構(gòu)的縮影，它是同化論應(yīng)用的典范。超前回饋實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)用于理論課教學(xué)是我國高等教育深化改革的需要，是素質(zhì)教育、創(chuàng)新人才培養(yǎng)不可或缺的手段和方法。