機(jī)械工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)模式

歐陽(yáng)海軍

通過(guò)幾年來(lái)的機(jī)械工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)模式的實(shí)踐，金工實(shí)習(xí)教學(xué)方法的改革，將原來(lái)的“學(xué)習(xí)工藝知識(shí)，提高動(dòng)手能力，轉(zhuǎn)變思想作風(fēng)”教學(xué)理念進(jìn)行了加到轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變?yōu)椋旱谝唬杀粍?dòng)單一的實(shí)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)、自擬制件的實(shí)習(xí)方式；第二，由以培養(yǎng)動(dòng)手操作能力為主要目的轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ淘O(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力為主要目的；第三，由思想作風(fēng)轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合素質(zhì)的培養(yǎng)。在幾年機(jī)械工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)模式實(shí)踐之后，通過(guò)對(duì)學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查（見(jiàn)表1）發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們對(duì)實(shí)習(xí)內(nèi)容、安排和效果的滿意度都非常高。因此，機(jī)械工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)模式的實(shí)施能有效擴(kuò)充和保留實(shí)訓(xùn)規(guī)模，增加了實(shí)習(xí)工種，能極大地滿足低年級(jí)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手訓(xùn)練。

1 課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)況

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程是一門基于復(fù)變函數(shù)、微積分、力學(xué)、電工學(xué)定律等諸多數(shù)理知識(shí)、存在許多理論推導(dǎo)和計(jì)算公式的專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程理論性強(qiáng)，系統(tǒng)性強(qiáng)，抽象難懂。本課程課時(shí)少，根據(jù)專業(yè)的不同，只有30～45學(xué)時(shí)，但課程覆蓋面非常廣，內(nèi)容繁多，教學(xué)內(nèi)容很難深入，部分前期基礎(chǔ)課程沒(méi)有開設(shè)，缺乏支撐，教與學(xué)都十分困難。教學(xué)內(nèi)容涉及眾多的控制數(shù)理公式的推導(dǎo)、相對(duì)實(shí)際問(wèn)題存在著很多簡(jiǎn)化，與實(shí)際問(wèn)題有時(shí)差異大，造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不夠，對(duì)本課程的重要性認(rèn)識(shí)不夠，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，影響教學(xué)效果。該課程理論性強(qiáng)，怎么樣與實(shí)踐緊密結(jié)合，使學(xué)生更好更深入掌握本課程的教學(xué)內(nèi)容，一直是本課程教學(xué)中重點(diǎn)需要考慮的問(wèn)題。課程教學(xué)改革前我們一直采用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)加一、兩次實(shí)驗(yàn)課的方式進(jìn)行，怎樣在此基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，更好地加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是課程教學(xué)改革的重點(diǎn)之一。基于機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程的教學(xué)現(xiàn)況和特點(diǎn)，我們嘗試從教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革和考核模式三方面進(jìn)行課程改革，取得了預(yù)期的教學(xué)效果。

2 教學(xué)內(nèi)容改革

現(xiàn)在使用教材是楊叔子主編的《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》，教材內(nèi)容系統(tǒng)性強(qiáng)、內(nèi)容詳實(shí)，但本學(xué)院該課程課時(shí)相對(duì)少，且本院機(jī)械類專業(yè)以應(yīng)用型專業(yè)為主，所以必須結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，與機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題緊密結(jié)合，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化、簡(jiǎn)化和整合。將復(fù)變函數(shù)和拉普拉斯變換等課程需要的主要數(shù)理內(nèi)容整合到教學(xué)內(nèi)容中，簡(jiǎn)化了部分原理和公式的詳細(xì)敘述和推導(dǎo)，并刪除了拓展性的可自學(xué)的狀態(tài)空間模型、高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析、非線性系統(tǒng)初步、線性離散系統(tǒng)初步和系統(tǒng)辨識(shí)初步部分，收集補(bǔ)充拓展了應(yīng)用實(shí)例的內(nèi)容以及關(guān)聯(lián)領(lǐng)域最新研究進(jìn)展。根據(jù)課程和專業(yè)特點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)了機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程以下五個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容：

1、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)概述，主要介紹機(jī)械工程控制論、機(jī)械控制系統(tǒng)分類、模型、特點(diǎn)、要求、由來(lái)和發(fā)展、發(fā)展趨勢(shì)以及與機(jī)械制造及其自動(dòng)化和機(jī)械電子工程專業(yè)的結(jié)合及應(yīng)用。

2、機(jī)械工程控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，主要講述拉普拉斯變換、系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和方框圖及其在實(shí)際機(jī)械工程實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。

3、機(jī)械工程控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析。主要講述時(shí)間相應(yīng)及其組成、典型輸入信號(hào)、一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)分析及其在實(shí)際機(jī)械工程實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。

4、機(jī)械工程控制系統(tǒng)的頻率特性分析。主要講述頻率特性組成及圖示方法、頻率特性的特征量、頻率特性分析及其在實(shí)際機(jī)械工程實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。

5、機(jī)械工程控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主要講述系統(tǒng)穩(wěn)定性特性、Routh穩(wěn)定判據(jù)、Nyquist穩(wěn)定判據(jù)、Bode穩(wěn)定判據(jù)及其在實(shí)際機(jī)械工程實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。在每一章節(jié)中，我們都增加了機(jī)械工程領(lǐng)域內(nèi)實(shí)際的控制問(wèn)題實(shí)例，并使用Matlab軟件進(jìn)行仿真，擴(kuò)充教學(xué)信息，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 教學(xué)方法改革

在教學(xué)方法上，我們圍繞應(yīng)用型機(jī)械工程專業(yè)的特點(diǎn)，重視實(shí)踐活動(dòng)，理論緊密聯(lián)系實(shí)踐環(huán)節(jié)，提出了新的教學(xué)方法和教學(xué)模式。

1、以機(jī)械工程控制系統(tǒng)為中心主線，運(yùn)用實(shí)例引出教學(xué)內(nèi)容。整個(gè)課程教學(xué)以一個(gè)典型的復(fù)雜機(jī)械工程控制系統(tǒng)實(shí)例為主線，導(dǎo)出講述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立、傳遞函數(shù)、時(shí)間響應(yīng)分析、頻率響應(yīng)分析等內(nèi)容，理論與實(shí)踐相結(jié)合，可以使教學(xué)過(guò)程思路清晰，學(xué)生理解直觀具體，有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2、多媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用。重新制作多媒體課件，增加具體實(shí)例控制系統(tǒng)的視頻、動(dòng)畫等多媒體資源，可使課堂教學(xué)更為生動(dòng)；在課件中增加自學(xué)課堂部分，包含課程背景知識(shí)、前面刪除的課堂不進(jìn)行的教材拓展內(nèi)容、基礎(chǔ)數(shù)理知識(shí)和例題解析，學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)；課件增加自我測(cè)試部分，學(xué)生可以自主測(cè)試，診斷學(xué)習(xí)中的問(wèn)題并改進(jìn)。

3、增加Matlab仿真環(huán)節(jié)。將Matlab及其提供的Simulink仿真軟件應(yīng)用到教學(xué)中去，可以使公式推導(dǎo)、概念講述更為生動(dòng)。仿真平臺(tái)可更改系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行演示，可對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效補(bǔ)充。既可降低教學(xué)成本，又可讓學(xué)生自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

4、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)方法改革。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)由教師演示向?qū)W生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變，增加學(xué)生自主設(shè)計(jì)開放實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，教師對(duì)學(xué)生選題進(jìn)行指導(dǎo)，選擇實(shí)際的機(jī)械工程控制系統(tǒng)問(wèn)題作為實(shí)驗(yàn)主題，由學(xué)生獨(dú)立提前設(shè)計(jì)方案，實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和修正的方式來(lái)進(jìn)行。

4 考核方法改革

在考核方法上，為了提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和加深對(duì)課程的實(shí)際理解，考核時(shí)應(yīng)增加考查學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析能力和解決問(wèn)題的能力部分，增加了課后控制系統(tǒng)實(shí)例分析大作業(yè)的環(huán)節(jié)。教師制作多個(gè)機(jī)械工程控制系統(tǒng)實(shí)例分析的題目，讓學(xué)生在課程結(jié)束前對(duì)一個(gè)典型機(jī)械工程控制系統(tǒng)進(jìn)行建立數(shù)學(xué)模型、時(shí)間響應(yīng)分析、頻率響應(yīng)分析、Matlab仿真、參數(shù)計(jì)算和分析等，涵蓋課程的基本內(nèi)容，可以幫助學(xué)生梳理課程主線和內(nèi)容，鞏固和加深學(xué)生對(duì)課程的理解，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。課程考核采用了機(jī)械工程控制系統(tǒng)實(shí)例分析占比20%，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)占比20%，試卷成績(jī)占比60%的形式。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，適時(shí)對(duì)本科專業(yè)基礎(chǔ)課程進(jìn)行教學(xué)改革是高校教學(xué)工作的重要組成部分。

通過(guò)對(duì)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程進(jìn)行教學(xué)改革探索，改善修正課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方法，加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，增強(qiáng)了學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際的能力，為后續(xù)專業(yè)課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，收到了良好的預(yù)期效果。