機械工程控制基礎的教學改革

摘 要: 本文提出了以實踐為導向的機械工程控制基礎教學改革，闡述了教學改革的必要性、思路，提出了一些新的的教學手段和方法。

關鍵詞: 機械工程控制 教學改革 實踐教學

一、引言

由于現代科學和計算機技術的迅速發展，控制理論應用于機械工程的重要性日益明顯，并取得了很大的發展。長期以來機械工程控制基礎是按照控制論為核心來組織教學，把傳授系統的理論知識作為組織教學的出發點，作為教學過程的主線和質量考核的主要標準，這樣對學生掌握理論知識、開發設計和創新產品是有利的。但是也存在不足之處，畢業后大部分學生被分配在車間，所從事的工作不是研究、設計、開發等，而是操作設備、制定工藝、籌劃工裝卡具、查找故障和排除故障和質量檢驗等，在學校學的知識有一部分用不上，而又不具備現場工作所必需的工作能力。

二、改革的必要性

《機械工程控制基礎》這門課程理論性強，所涉及的科目多，學生學起來非常吃力，老師也覺得很難教，教學過程容易枯燥。將理論聯系實際，展開實際的實驗教學對象進行實驗，可以激發學生對該課程的學習興趣，但又往往存在實驗設備不足、教學方法陳舊等問題，大部分展示性實驗幾乎難以實現課程目標。要培養創新型人才，我們迫切需要建立較為完善的實驗教學課程。教學中控制理論、控制器件、控制技術和機械控制論針對典型機械對象，通過相關的基礎性實驗、綜合性實驗，提高學生應用控制理論原理與技術分析和理解的能力。原來的辦學模式在人才培養的方法和途徑上受到很大的限制，無論是人才的培養類型、課程的設置，還是社會實踐的安排，都沒有完全脫離舊的教育模式，導致畢業生在理論研究的領域里“缺乏理論”，在技術應用領域內“缺乏應用”。由于設置課時不合理、教學方法古板等一些原因，學生學習理論知識不牢固，又缺少一些社會實踐與動手能力，以至于課程結束后，只是了解一些書本上的理論知識。

目前的教學中主要存在以下幾方面問題。

1.課時太少

隨著教學體制的改革，機械工程控制基礎和其它的專業課一樣，縮減了不少教學課時，存在著課時少教學內容多的矛盾，怎么樣在如此短的時間內最大限度地提高教學質量是當前教學所處的一大難題。

2.教學模式單一

以前的教學模式，往往只注重理論教學，例如在建立系統的微分方程知識點中，分為機械系統和電網絡系統兩種類型，與高數、物理、電工等相關課程都有聯系。尤其是在建立機械系統的微分方程中，利用的是達朗貝爾原理來建立的，原理雖然是不是太難，但由于文字敘述較抽象，學生又沒接觸過實物，在學習過程中很難理解，從而很多同學感到枯燥無味。

3.理論與實踐環節脫節

近年來工程控制論迅速發展，被廣泛應用于多種場合，例如:大多數自動控制系統、自動調節系統與伺服機構都是應用反饋控制原理控制某一個剛體(如機床工作臺、振動臺、炮身和火箭體等)或是一個機械生產過程(如切削過程、鍛壓過程、冶煉過程等)，基于這些自動控制系統無論其運行過程還是運行結果只能通過對控制對象的觀察得以了解，因此機械工程控制的教學實踐環節更應強調模型的實例化與控制流程的動態演示。但往往由于受控對象其體積大、重量重、價格高、維護難等因素，難以大量裝備于實驗室，學生在實驗過程中無法感受到工程實踐中的趣味性、知識性和實驗成功后的成就感，在很大程度上挫傷了學生的積極性。

4.生源整體素質下降

由于這些年擴招，生源整體素質有所下降，在接受能力和學習的積極性等方面都比過去相對降低，許多學生的基礎課底子太差，這些原因都不利于本課程的教學。

三、改革的思路

1.制定適應新形勢的教學內容

遵循國家、省教委的有關文件精神，制定符合現代化建設要求的機械工程控制基礎的教學計劃，以綜合素質培養為基礎，以能力培養為主線。圍繞培養目標，對知識、能力、素質等方面進行合理的綜合安排，力求整體優化，培養實用的職業技術人才。

(1)關于“機械工程控制基礎”內涵的認識。它的研究對象是機械工程系統，本課程實質上要求學生通過學習機械工程控制的原理，學會以動力學的觀點來研究機械工程領域中廣義系統的動力學問題，也就是研究系統及其輸入、輸出三者之間的動態關系。

(2)培養目標。本科程主要培養學生以動態、整體、聯系的觀點來分析和研究一個機械工程系統，運用控制論的基本概念和方法，解決機械工程領域中有關自動控制及系統動力學方面的問題，也可為后續課程如測試技術、數控機床、機電一體化系統設計打好基礎。

2.先進教學手段的應用

(1)采用多媒體進行直觀教學。由于課本中的理論推導與圖形較多，教師若采用多媒體，不僅可以大大減少課堂上畫圖的時間，而且可以增加學生興趣，容易理解，提高教學效率，增大課堂教學的信息量。

(2)聯系生活，啟發學生思維。課堂教學重在理論聯系實際，運用生活中的實例，既有助于學生對理論知識的掌握，又有利于提高學生的興趣和對實際問題的思考能力。如在講解系統的穩定性時，除了把概念解釋清楚，還要結合生活中的實例(如電風扇、電視)講解。

(3)與時俱進，激發學生的求知欲。教師應該與時俱進，了解課程最新的技術動態，并把它傳授給學生，只有這樣才能激發學生的求知欲，真正把課教好。

3.改革實踐環節

實踐教學是本課程的重要環節。根據本課程的特點，并結合本課程的實驗條件和學時數情況，我提出了課內外結合、原理性實驗與設計型、綜合型、研究性實驗相結合的實踐教學思路，設計了三個層次的實踐教學環節，即:原理性仿真實驗;面向機電工程中典型物理對象、系統的特性測試、分析與控制實驗;典型機電系統的構建、特性分析、測試與控制設計。把對學生獨立思考能力、動手能力和創新能力的培養融合到課堂與實踐教學環節中，而不僅僅是教給學生書本上的理論知識。

在實踐教學設計上，教師應將原理性仿真實驗放在課堂上和作業中，在課堂上，教師結合教學內容，利用授課的計算機穿插演示教學軟件中的仿真實驗，加深學生對課堂內容的理解;課后鼓勵學生自己通過實驗來驗證和領會所學知識，用仿真實驗代替部分作業，讓學生利用教師提供的網絡教學軟件平臺自己動手進行仿真實驗。

將面向典型物理系統的特性測試、分析與控制實驗安排在我校測控實驗室進行，針對典型機電系統，在測試和分析系統特性的基礎上，設計PID控制器，改善系統的控制性能。主要目的是培養學生分析問題和解決問題的能力。

典型機電系統的構建、特性分析、測試與控制設計主要面向部分優秀學生，以課外科技創新實踐活動的方式進行。學生在教師指導下，以項目方式，提出項目構思，進行系統設計，并利用實驗室提供的典型機電對象、控制器件、控制執行裝置、信號檢測裝置及其它相關散件，自行搭建控制系統，分析和測試系統特性，調整系統參數，在此基礎上，進行控制器設計、控制仿真和實際控制實驗。主要目的是培養學生的獨立思考能力、科研能力和實際動手能力。

四、結語

教學改革的目的是提高教學效果，培養學生學習的積極性和主動性，從而達到培養學生的分析問題和解決問題的能力。在教學中我們必須堅持“面向現代，面向世界，面向未來”的發展方針，從實際出發，確定教學改革思路、培養目標，深入改革課程、教學方法和教學內容，使使自己的教學適應學生和社會發展的需要。在對學生的培養方面要做到:1.培養學生的綜合應用能力、實際動手能力、工程設計和創新能力，學生能根據一般的設計要求和動作流程完成整個控制系統的設計。2.提高教學質量，培養學生的學習興趣。3.在實驗和設計中增強他們的團隊合作精神。從一個目的、兩個原則的教改思想出發，抓好課程理論、實踐、考核的每一個教學環節，這不僅能充分發揮學生的開拓創新精神，而且能充分調動教師教學和教改的積極性，在教與學兩個積極性的推動下，教學質量能得以大幅度提高，使高校為社會培養出更多優秀的人才。

參考文獻:

[1]楊叔子等.機械工程控制基礎(第五版).武漢華中科技大學出版社，2005.3-5.

[2]陳康寧主編.機械工程控制基礎(修訂本).西安交通大學出版社.