機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式改革與研究

1、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式改革與研究機(jī)械控制工程基礎(chǔ)是高等院校機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械電子等專 業(yè)的必修課程， 也是許多高校機(jī)電類專業(yè)的考研專業(yè)課， 是對(duì)專 業(yè)基礎(chǔ)課及高等數(shù)學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等知識(shí)點(diǎn)的匯總。現(xiàn)階段，我 國(guó)的高等教育改革正在不斷深入， 工業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速， 知識(shí)更新 周期不斷縮短。 在高校教育中， 主要著重于培養(yǎng)具有扎實(shí)的基礎(chǔ)、 廣泛的知識(shí)面、高素質(zhì)、高能力、適應(yīng)性強(qiáng)、具有創(chuàng)新能力的人 才。本文結(jié)合機(jī)械控制工程基礎(chǔ)的教學(xué)實(shí)際情況，依據(jù)課程 的性質(zhì)與特點(diǎn)，通過(guò)分析在教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，對(duì)機(jī)械控 制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革方法進(jìn)行研究。1 課程性質(zhì)與特點(diǎn)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)作為一門工業(yè)實(shí)踐性很強(qiáng)的

2、課程，除 要求學(xué)生掌握基本原理之外， 更應(yīng)該使學(xué)生能夠以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)來(lái) 認(rèn)知一個(gè)機(jī)械控制系統(tǒng)，以看待一個(gè)整體的角度從信息的傳遞、 處理與反饋這三大要素來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能， 能夠結(jié)合工程實(shí) 際，應(yīng)用控制理論中的相關(guān)原理對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。機(jī)械控制工程基礎(chǔ)將高數(shù)、力學(xué)等基礎(chǔ)課程與機(jī)械專業(yè) 課程聯(lián)系起來(lái)， 既是一門理論性很強(qiáng)的課程， 課程內(nèi)容比較抽象， 學(xué)生學(xué)習(xí)較為吃力， 又是一門理論與實(shí)際緊密聯(lián)系的課程， 包含 的信息較多，工程的發(fā)展較快，教師很難系統(tǒng)、全面地講授。本 科院校學(xué)生在學(xué)習(xí)課程時(shí)， 主要是由教師進(jìn)行理論講授， 然后進(jìn) 行閉卷理論考試。 而傳統(tǒng)的教學(xué)模式更是只注重理論教學(xué)， 實(shí)驗(yàn) 環(huán)

3、節(jié)很少甚至沒(méi)有， 教師將公式定理講述給學(xué)生， 學(xué)生只是學(xué)會(huì) 了使用公式、定理，卻對(duì)其所表示的實(shí)際意義知之甚少，理論與 實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)， 使學(xué)生對(duì)其理解流于表面， 大大限制了學(xué)生思考 的主觀能動(dòng)性和應(yīng)用實(shí)踐的能力。2 教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題2.1 內(nèi)容繁雜導(dǎo)致學(xué)生掌握起來(lái)比較困難由于課程的系統(tǒng)性及理論性較強(qiáng)， 課程內(nèi)容比較抽象， 涉及 知識(shí)面較廣， 包含了許多數(shù)學(xué)方面的知識(shí)， 如微積分、復(fù)變函數(shù)、 線性代數(shù)等，對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握要求較高， 尤其是復(fù)變函數(shù)， 很多專業(yè)并未開(kāi)設(shè)這門課程或選修此課，學(xué)生對(duì)這方面不夠重 視，基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度不高。 這就要求教師提前講授一些相關(guān)內(nèi) 容，如拉氏變換就是學(xué)習(xí)控制

4、工程的必備基礎(chǔ)， 需額外占用學(xué)時(shí)， 但是專業(yè)課程學(xué)時(shí)本就緊張， 對(duì)于本課中繁雜的教學(xué)內(nèi)容更加捉 襟見(jiàn)肘。2.2 理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié) 以往機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程內(nèi)容比較側(cè)重于理論研究， 多是一些數(shù)學(xué)公式推演， 課程內(nèi)容比較陳舊， 很少有與現(xiàn)今社會(huì) 工程實(shí)踐中控制理論的發(fā)展相結(jié)合的內(nèi)容。 板書(shū)式教學(xué)也大大限 制了教學(xué)內(nèi)容， 課程只能介紹一些經(jīng)典控制理論的內(nèi)容， 這部分 的知識(shí)大多適合在板書(shū)上講授， 經(jīng)典控制論主要適用于一些單輸 入、單輸出的線性定常系統(tǒng)，比較容易進(jìn)行理論推導(dǎo)，對(duì)現(xiàn)代控 制理論只涉及到一小部分， 但這些內(nèi)容對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中控制系統(tǒng)的 研究是很難滿足的。2.3 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的不足 一般院校的機(jī)械

5、專業(yè)設(shè)置都偏向機(jī)械設(shè)計(jì)及制造方向， 只有 少部分偏向機(jī)械電子方向， 所以對(duì)課程設(shè)置不夠重視。 而對(duì)于生 產(chǎn)實(shí)際來(lái)說(shuō)， 各行各業(yè)的自動(dòng)化程度都是越來(lái)越高的， 機(jī)械控制 理論的實(shí)用性也越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)學(xué)生日后的工作學(xué)習(xí)有很大的幫 助，這也導(dǎo)致課程對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的需求量大大提高。2.4 學(xué)時(shí)太少，與教學(xué)內(nèi)容不符在高校教育中， 大多數(shù)的專業(yè)課程都存在著教學(xué)內(nèi)容太多而 課時(shí)太少的矛盾，本門課程尤為嚴(yán)重，一般只有4050學(xué)時(shí)，這些時(shí)間單單用來(lái)講授課程中繁雜的基礎(chǔ)知識(shí)就已經(jīng)很勉強(qiáng)了， 還要在其中穿插相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程， 尤其很多專業(yè)沒(méi)有開(kāi)設(shè)過(guò)積分變 換的相關(guān)課程， 教師還要將這部分內(nèi)容額外講述， 導(dǎo)致本來(lái)就已 經(jīng)不足的

6、學(xué)時(shí)更加捉襟見(jiàn)肘。3 教學(xué)改革方法的研究3.1 選擇適合本校教學(xué)情況的教材 教材是教師和學(xué)生之間聯(lián)系的重要紐帶， 是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要 工具， 教材的內(nèi)容既要包含本門課程的基本理論知識(shí)， 也要符合 本專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)與原則。 因此，在選擇教材時(shí)需要充分考慮教 材的知識(shí)結(jié)構(gòu)、 教師講授課程的方法、 學(xué)生對(duì)教材內(nèi)容的接受程 度以及教材的難易程度等。 基于本專業(yè)的培養(yǎng)方向偏向于機(jī)械設(shè) 計(jì)及制造，沒(méi)有開(kāi)設(shè)過(guò)積分變換復(fù)變函數(shù)等相關(guān)課程， 學(xué)生對(duì)拉普拉斯變換的相關(guān)內(nèi)容十分陌生， 在選取教材時(shí)要優(yōu)先 選擇帶有拉普拉斯變換章節(jié)內(nèi)容的書(shū)籍，以便學(xué)生彌補(bǔ)相關(guān)內(nèi) 容。3.2 強(qiáng)化基礎(chǔ)，合理安排教學(xué)進(jìn)程本門課程的系統(tǒng)性很強(qiáng)

7、， 前后內(nèi)容相關(guān)， 所以就要求教師要 善于整理，幫助學(xué)生融會(huì)貫通。如穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性是評(píng) 價(jià)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)， 通過(guò)時(shí)域分析、 頻域分析和穩(wěn)定性分析 的學(xué)習(xí)， 可以對(duì)這幾項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算， 在系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì) 時(shí)滿足其性能要求。 控制理論中需要掌握的知識(shí)點(diǎn)較多， 并且這 些知識(shí)點(diǎn)在教材中較為分散， 而彼此之間又有一定的聯(lián)系， 教師 在講授某個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)要將與其相關(guān)聯(lián)的已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)做一 個(gè)簡(jiǎn)單回顧， 以便學(xué)生將前后內(nèi)容連貫起來(lái)。 如在傳遞函數(shù)中介 紹的幾種典型環(huán)節(jié)， 它是頻域分析中的重要基礎(chǔ)， 在講授頻域分 析時(shí)就需要將其重新介紹以加深印象。3.3 采用多樣化的現(xiàn)代教學(xué)工具，豐富課堂

8、內(nèi)容 機(jī)械控制工程基礎(chǔ)是一門理論性很強(qiáng)的課程，利用現(xiàn)代 教育技術(shù)和工具進(jìn)行教學(xué)， 制作生動(dòng)直觀的電子課件， 形成以黑 板、教學(xué)模型、計(jì)算機(jī)多媒體、掛圖及實(shí)物等多樣化教學(xué)工具相 結(jié)合的授課方式。機(jī)械控制工程基礎(chǔ) 包含的很多內(nèi)容都需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì) 算步驟和畫(huà)圖過(guò)程，花費(fèi)了大量的時(shí)間。如函數(shù)方框圖的化簡(jiǎn)、 伯德圖和奈奎斯特圖的繪制等， 有時(shí)還需大量的彩色粉筆作圖才 能清楚體現(xiàn)出來(lái)，浪費(fèi)時(shí)間和精力，也很難集中學(xué)生的注意力。 如果利用多媒體電子課件的動(dòng)畫(huà)效果， 使圖形能夠按照繪圖的步 驟一步一步地展示給學(xué)生， 既清晰又生動(dòng)， 大大激發(fā)了學(xué)生對(duì)課 程學(xué)習(xí)的熱情和興趣。 合理利用多媒體等現(xiàn)代教育工具可以節(jié)約

9、 時(shí)間，提高教學(xué)效率， 將繁多的教學(xué)內(nèi)容用多媒體形象生動(dòng)的表 現(xiàn)出來(lái)，提高教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)教學(xué)效果，還可以將課程相關(guān)學(xué)科 的一些發(fā)展現(xiàn)狀補(bǔ)充進(jìn)去，做到“與時(shí)俱進(jìn)”。3.4引入MATLAB軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)生 單純地掌握理論內(nèi)容是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到課程學(xué)習(xí)的目的， 必須將理 論應(yīng)用到實(shí)踐中， 通過(guò)實(shí)踐對(duì)理論的理解進(jìn)行進(jìn)一步的檢驗(yàn)， 這 對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性是十分有利的。隨著計(jì)算機(jī)的普 及，學(xué)生對(duì)使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)興趣越來(lái)越大，因此， 將MATLAB真引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是非常必要的，可以使實(shí)驗(yàn)課程 從傳統(tǒng)的利用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行演示性實(shí)驗(yàn)， 發(fā)展成為具有驗(yàn)證性

10、、 創(chuàng) 新性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由教師給出實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn) 目的，學(xué)生自行編制相關(guān)的 MATLA語(yǔ)言程序，之后再進(jìn)行調(diào)試， 直至完成實(shí)驗(yàn)。MATLAB 一個(gè)精度較高的計(jì)算語(yǔ)言，經(jīng)常用于工程科學(xué)計(jì) 算中，可在一個(gè)較為容易使用的環(huán)境中將計(jì)算可視化和軟件編程 緊密結(jié)合。MATLAB件是進(jìn)行控制系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)的常用工具，Simulink 就是其中一個(gè)重要的組件，提供了圖形化的用戶界面 及動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、分析和仿真的集成環(huán)境。運(yùn)用 Simulink 模塊 進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)， 可以使學(xué)生學(xué)習(xí)到將系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)方程相關(guān)聯(lián)。 如 單位階躍系統(tǒng)的一階時(shí)間響應(yīng)、 二階時(shí)間響應(yīng)、 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、 系統(tǒng)頻率特性圖的繪制、 系統(tǒng)的根軌跡的繪制等都可以作為實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。并且 MATLAB為最常用的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)軟件， 應(yīng)用是極其廣泛的，