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技工院校自动控制原理课程之视觉思维教育教学实践与研究

2021-10-27  |  点击:  |  栏目:论文中心

本文作者:孟祥毅 发表期数:现代职业教育 2021年37期 本文字数:2483

  [摘要]  根据职校生的学习能力和综合素质的客观实际,沿着控制学科的历史发展轨迹,将控制论的专业理论教学与学生的三观教育相融合,从爱国主义、科学素养、工程实践、科学探究等方面精选教学场景,围绕军事、重大历史事件、生活实用技术方面等素材作为教学经典案例和主要线索,探究基于视觉的图景思维的教育思想及教学方式方法,培养学生用数学的思想解释分析控制理论的物理属性的能力,探索控制理论在学习中的图景思维一般规律,总结出可行的规范化、标准化思维流程模式。
  [關键词]  视觉思维;转弯半径;轨线预测;PID控制
  [中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603(2021)37-0202-02
   自动控制原理课程的重要意义不仅仅是自动化类的专业理论课程,也是一门具有数学思想和物理属性的科学思想性课程,其理论主要来源于现代交通运输的标志性产物舰船、汽车及航空航天的大发展。由此,课程的教学沿着学科的发展历史轨迹,通过以多媒体的图像与视频教学为主要形式,,确立军事、体育,后退式、停直式停车等内容为教育教学的技术载体,丰富的影视及重要历史事件资料为视频化教学提供了坚实的物质条件保障。本文主张课堂教学的形态把工程技术案例的数学性分析演算与图象及视频化的图景思维逻辑的教学有机融合,将有限的课时用于多看、多想、多分析的混合式思想性启发教育,教学围绕“看”做文章,这种形式适合技工院校学生的认知心理现状。
   一、研究的必要性
   大多数院校的授课教学现状是开篇围绕教科书中的工业生产典型对象的自动控制为教学主线展开讨论,围绕预设好的集成化的工业过程控制系统实训装置和计算机仿真开展教学,教学的逻辑是为后续的工业自动化系统毕业设计服务。这些内容及形式对技校生开展思想启发教育来说难度还是很高的,听课率就是最好的教学效果指标。有必要换个角度,从科学技术发展的历史脉络出发,从现实生活实用技能角度,借鉴“视觉思维”教学理论,进行视觉化思维教学探索与实践,解决控制理论数学性描述与其物理属性阐述论证过程中的数学思维障碍问题。
   (一)将爱国主义与专业理论有机融合
   控制理论有一个极为重要的知识点——阻尼,阻尼(damping)是指摇荡系统或振动系统受到阻滞使能量随时间而耗散的物理现象。用图景视频的方式演绎是最好的形式,可选之材很多,军事题材也是不胜枚举。根据图景思维流程的视觉思维理论,可以用线性排列的时间序列逐一展示有关教学视频,学生会根据其内在的逻辑,自己加工成思维流程。
   将具有爱国主义和国防教育意义的教学素材展示给学生,教师首先应是一个爱国者,如果是一个军事题材的爱好者会更好。
   案例一:摄制于1952年的国产黑白战争电影《南征北战》,展现了人民解放军在山东沂蒙地区发起了围歼国民党李仙洲集团的莱芜战役。解放军用缴获的美制105毫米榴弹炮,准确地把炮弹打到敌人的碉堡,炮弹的爆炸是实弹射击,有个细节就是炮弹出膛的反作用力使炮身缓慢后缩,这就是阻尼器的作用。值得一提的是,片中演员有很多是参加了当年的这场战役的解放军战士,所用的武器都是真枪实弹,就连两军所穿的军服都是当年交战双方的实物。这部电影的诞生,要感谢陈毅元帅的鼎力支持和粟裕大将的亲切关怀,令人遗憾的是,看过革命历史题材的军事电影的学生为数不多,爱国主义和国防教育在学生的思想意识和文化积淀几乎是一片空白,这是令人极为担忧的。
   (二)科学素养是控制理论教学的核心能力
   选择处于运动中的汽车这样一个不稳定的对象为研究话题,通过闭环负反馈的控制,实现在稳定的前提下按照一定的预期参考轨线,实施安全、顺畅地精确控制其运动轨迹入轨就位的话题展开图象思维教学序列。学生面对似曾相识的景象,重新看待和认识生活中常见的这个“新生”事物。驾车这个技能并不是孤立存在的新事物,而是围绕学习这个“新”技能,需要换一个“新脑筋”,把已经存在的知识、经验和技能从思想认识、科学知识与技能和具体实践几个层面有机地重新组织综合,构建成一个有针对性的、非常有把握的、体系化的知识体系及认知体系,会“看”能“说”眼中之所见,多看是至关重要的,而基于视觉的景象图象化思维及信息处理和加工在其中发挥重要的作用,是广大民众基于视觉图景学习的直觉思维方式的普遍客观实在。
   学无止境,每次驾车都是一次新的学习和重新认识及提高的过程,是人驾驭交通工具技术范式的一个具体实践性活动,需要有针对性的、持续的、有目的的、系统的观察,积累充分的感性认识,从而获得思维的启发,升华为理性认识;驾车具有很强的科学性、重复性、可逆性及可追溯性,很有必要充分利用互联网和文献资源,博采众长,汲取借鉴和学习别人的经验,全面深刻地重新认识所面对的种种现象问题;有助于把自身已有的知识、技能和生活经验经过系统化、理性化和逻辑化的加工,重新构建一个图形化和技术规范化的图景交互式思维结构。
   从认识与思维发展规律看,图景思维是融合形象思维和抽象思维混合而成的一种综合思维方式,如同庖丁解牛之初的“所见无非牛者”进阶“三年之后,未尝见全牛也”,直至“以神遇而不以目视”,达到形象中有抽象的“游刃有余”之境界,建立“理智直观”的视角,需要运用多种思维技巧来建立物理的静态图形和动态景象的关联关系,来定性解析汽车后退垂直停车案例(倒车入库)技术,分析技术体系中的骨干支撑点的视觉景象背后的科学道理,概括出简便实用操作技术模式,科学阐述后退式驾车行为的逆向参照空间控制机理及其心理图景思维流程。

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