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中学项目教学闭环控制系统的实践研究

2020-12-30福建省南安市南星中学郑伯韬

亚太教育 2020年7期
关键词:闭环控制蓄水新课标

福建省南安市南星中学 郑伯韬

通用技术课程在新课标中既是亮点,也是难点。说其是亮点,是因为通用技术课程在很大程度上弥补了高中教育中的空白,缩小了我国与发达国家在相关教育领域的差距;说其是难点,则在于通用技术课程是一种新鲜事物,没有太多经验可供借鉴。从新课标与核心素养要求的角度进行审视,笔者认为项目教学模式在通用技术课程中有着独特的优势,可以有效促进学生实践能力与创新精神的形成,有助于学生今后对相关知识技能的迁移,提升学生对生活、社会的认识,与通用技术课程的教学目标是高度契合的。

一、分析新课标环境下,核心素养如何在项目教学过程中体现的研究

仔细分析新课标,可以发现其主要对以下几个方面的转变提出了要求:学生观、发展观、知识观和课程观。而核心素养的基本内涵则包括文化基础、自主发展和社会参与。两相对比,可以发现二者根本上是相通的,都强调学生在教学中的主体地位,认为教学应以学生为中心。所有其他内容,实际上都是以学生的发展为核心的,是为了促进学生的发展而服务的,教师应该思考的不是怎么“教”课程,而是引导学生怎么“学”课程,怎么让学生真正全身心地参与到课程学习中。

明白这一点后,再去审视项目教学模式:首先,在项目教学模式中,学生是在教师的引导下自行进行知识探究活动,学生占据着明确的主体位置;其次,项目中的知识点呈现出一种系统化的形态,彼此高度融合,学生能够在项目中实现对知识的融会贯通,从而满足核心素养对文化基础的要求;最后,学生在项目教学中有彼此合作、沟通交流的机会,学习成果中包含着大家的智慧,又实现了学生的社会参与。因此,项目教学能够很好地体现新课标环境下的核心素养培养要求。

二、由控制论引入,阐明通用技术项目教学的优势

控制论研究的对象是动物或机器内部的控制及通信的一般规律,包括控制、信息交换、反馈调节等多个方面。自控制论诞生以来,已经几乎渗透到了所有的自然科学和社会科学领域,而且这些不同的科学领域又在赋予控制论更多的内涵。因此,有科学家认为控制论是一门带有普遍性的“横断科学”。

高中通用技术课程中即有控制论相关的内容,如闭环控制系统。根据以上论述可以看出,控制论是一门非常广博的学科,涉及几乎所有事物的一般规律,对于知识技能、思维能力尚不够完善的高中生来说,想要获得深入准确的理解是比较困难的,客观上为教师的教学制造了障碍与困惑。但在项目教学模式中,可以在一个项目里把控制论涉及的主要要素串联为一个有机整体,能够更好地向学生揭示控制论的知识特征,帮助学生理解,提升学习效率,解决教师的教学困惑,真正实现新课标环境下的教学模式变革与创新。

三、结合实例讲解,一个闭环控制系统的项目教学实施

基于以上论述,本部分给出一个闭环控制系统的项目教学实例如下。

教师首先对控制系统的各组成部分进行概述,如控制器、被控量、被控对象、执行器、控制量、反馈环节和比较器,然后给出一个比较常见、易于理解的实际案例——水库蓄水。假设单位时间水库入水的水流量不固定,现在需要将水库蓄水至一定水位,应该怎么做呢?把这作为项目需要解决的问题,学生可自由结组,画出闭环控制系统方框图,标出各部分名称。

学生经过讨论后认为,在单位时间蓄水量不固定的情况下,通过蓄水时间来进行控制是不现实的,只能通过水位来控制。因此,要在水库中安放一个检测水位高低的装置,该装置会根据水位向水库的蓄水装置传送信号,蓄水装置会将该信号与需要达到的水位信号进行对比,两信号一致时,则蓄水装置关闭,停止蓄水,从而实现了输出量对输入端的影响,成为一个闭环控制系统。随后学生根据这个思路,画出闭环控制系统方框图,并根据教师对控制系统各组成部分的概述,标明图中各部分的名称。

四、结尾,项目教学模式的可行性

通过以上实例可以看出,项目教学实现了控制论相关知识的具象化,结合了学生身边较为常见的事务,易于学生理解,有利于调动学生的主观能动性,而且融入了教学实践,锻炼了学生的实际操作能力。教师所起到的只是引导作用,问题的思考、解决及最后控制图的完成,都是学生自主学习的结果,学生在合作交流讨论中明确了闭关控制系统相关部分的定义与作用,提升了解决问题的能力,证明项目教学在通用技术课程中具有切实的可行性。

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