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1、惯性技术“四维一体”教学方法研究 摘 要：惯性技术作为航空、航天、航海、航宇的支撑技术之一，是导航、制导与控制专业的专业基础课。针对惯性技术多学科综合性及工程特色明显的特点，提出了惯性技术“四维一体”教学法。这种教学方法将课堂教学、实验教学、装备操作与生活体验融为一体，调动了学生的学习兴趣，获得了良好的教学效果。 惯性技术在现代国防科学技术中占有十分重要的地位，并且在许多民用领域发挥越来越广泛的作用。经过近一个世纪的发展，惯性技术已经发展成为集经典的基础理论和近现代物理、自动控制、电子技术、精密工艺、精密测量、微电子及计算机于一体的多学科、综合性尖端技术，形成了一门重要学科。 针对惯性技术教学
2、，结合军队院校专业特点，在多年教学研究和实践的基础上，提出了惯性技术“四维（四维空间包括：课堂、实验室、操作场以及生活）一体”教学方法，即在课堂上讲，在实验室做，在装备上用，在实际生活中想。几年的教学实践证明，这种教学方法，能够激发学生的学习热情，加深学生对所学知识的理解和掌握，积累实践应用经验，为以后从事相关技术的研究工作打下良好的基础。 1 课堂教学为基础 惯性技术是一门理论性非常强的课程。从宏观上讲，惯性技术包含了经典的基础理论和近现代物理、自动控制、电子技术、精密工艺、精密测量、微电子及计算机等多种理论和学科。从微观上讲，它是以高等数学、工程数学、自动控制原理、大学物理、理论力学、飞行
3、力学、流体力学、控制元件、模拟电子技术、数字电子技术、光学为基础的一门综合性、理论性很强的学科。所以课堂教学尤为关键。 课堂教学是教员根据备课时的设计，通过简明、生动的语言，有顺序、有层次、有重点，系统地向学生传授知识、发展智力的一种方法，是最基本、最常见的教学组织形式。课堂教学的任务之一，是使学生突破教材内容的难点，通过领会、理解，掌握作为重点的教学内容，并使当前所学知识与已有知识有机衔接和相互贯通。针对惯性技术学科的特点，在课堂教学中要做到以下几点： 1.1 认真备课 惯性技术的特点是多学科综合，融合了控制专业学生大学期间所学的大部分课程。所以惯性技术教学对授课教员的素质和能力提出了更高的
4、要求。教员首先要对相关知识有深厚的储备，并且要将相关知识点与惯性技术教学内容的关系梳理得非常清楚，做到厚积薄发，这样在教学中才能做到游刃有余和有的放矢。 1.2 认真讲课 讲课时首先要注重内容的导入，要恰如其分地将学生的注意力引导至主题内容上，它具有凝聚（指向）、激发（深化）、铺垫（拓展）三个作用。惯性技术的工程特点非常突出。在组织授课思路时必须注意这一点。讲课时要讲求语言艺术，同时要正确把握教学中的举例和精心设计教学中的课堂提问。结束时要注重课堂小结，要做到虎头凤尾，而不是虎头蛇尾。 1.3 认真辅导 对于惯性技术而言，由于其综合性很强，对前期知识的积累要求较高，内容不易理解，所以课后及时辅
5、导是非常重要的。一般情况下学生很难通过上课的时间将所学内容完全正确地消化理解，课后辅导是十分必要的。辅导时的交流是完全对等的，这样更容易了解学生的想法和学习情况，以便及时调整以后的教学。 2 实验教学为牵引 课堂教学以理论分析、原理讲解、公式推导为主，能够保证知识的系统性、完整性，但是往往缺乏直观性和生动性，很难使学生深刻理解所学的知识。为了提高惯性技术课程的教学质量，我们专门开设了配套的惯性仪表原理实验课程，设置实验项目6个，其中验证性实验3个，设计性实验1个，综合性实验1个，自主性实验1个。通过课程的学习，学生更加深入地理解惯性仪表的运动规律、基本特性，掌握基本实验方法，并结合专业课程学习
6、，完成综合性、自主性实验的设计与实现，使动手能力、综合运用能力、创新能力及科学思维方式得到培养和提高。 3 操作场教学为动力 惯性技术课程理论性、综合性非常强，并且枯燥和难以掌握，让大部分学生产生畏难情绪。这门课程需要以高等数学、工程数学、自动控制原理、大学物理、理论力学、飞行力学、流体力学、控制元件、模拟电子技术、数字电子技术、光学等很多课程作为基础，所以一般在大三下学期或者大四上学期开设，这时很多学生的学习兴趣已不如大一、大二时那样浓厚，在教学中很难提起学生的学习兴趣。但是惯性技术作为导航、制导与控制专业的一门核心专业基础课，有一个非常重要的优势，绝大部分教学内容可以在国内、外相关武器中找
7、到应用实例，许多院校有真实装备或模拟训练装备供教学使用。我们在教学中，有意增加了相应的操作内容，将理论与实际联系起来。通过实装教学，使学生深刻地体会到学以致用的乐趣，而这正是许多学生缺乏学习动力的根本原因。实装教学可以有效解决学生缺乏学习动力的问题，提高他们的学习积极性。例如：在讲解用欧拉动力学方程建立动力调谐陀螺仪的动态误差模型后，许多学生感到一头雾水。欧拉动力学方程很难理解，动力调谐陀螺仪的运动很复杂，建立误差模型之后，学生更不知道有何用途。通过实装操作，学生能够感受到陀螺仪输入与输出的实际关系，在分离出动力调谐陀螺仪的误差系数之后，之前所有的困惑都迎刃而解。 4 生活教学为体验 惯性技术
8、是与生活联系非常紧密的一门课程。从打陀螺、花样滑冰、芭蕾舞、奥运会到河流冲刷情况以及火车对轨道的磨损，再到这个世界上发生的一些重大事件，我们都能从中找到惯性技术的痕迹。因此，在教学中要注重走出课堂，将教学与时事相结合，体现其现代感和时代特色，激发学生兴趣。例如：翟志刚完成太空行走之后，及时引导学生分析“神舟七号”飞行导航过程，学生的兴趣空前高涨。在教学中以民间游戏“打陀螺”作为学习“动量矩”及其相关内容的导入，学完后又以芭蕾舞和花样滑冰等实例作为过渡，最后引入转子陀螺仪。由于是从最熟悉的内容入手，给学生留下了非常深刻的印象，之后再学习“动量矩定理”和“欧拉动力学方程”将水到渠成。通过这种教学方
9、式，将十分抽象的陀螺仪力学基础变为有趣的生活实例，很好地促进了学习效果。在学习哥氏加速度时，以黄河河岸以及科罗拉多大峡谷的地貌特征作为课堂导入，在此基础上学习哥氏加速度，然后再分析哥氏加速度的影响情况，最后带领学生到灞河进行实际考察，研究灞河河岸冲刷情况，这些实际的生活体验对学生学习惯性技术的帮助是无法估量的。 5 结束语 惯性技术“四维一体”教学法充分体现了惯性技术课程的多学科综合性，在重视理论教学的过程中，注重体现其工程特点。通过建立“四维一体”立体教学空间，将课堂教学从空间上延伸到实验室、操作场以及生活中，这种教学方法将课堂教学、实验教学、装备操作与生活体验融为一体，调动了学生学习的兴趣，获得了良好的教学效果。