工程案例式的《機械控制工程》課程探索

吳參　陳穎　李慧穎

【摘要】機械控制工程是機械大類專業學生一門重要的專業基礎課程。本本文提出一種提出一種工程案例化的教學模式改革新思路，核心在于系統思維整體性與具體實踐可行性相統一，將每一位學生作為獨立項目負責人來培養，結合工程化實際案例，鍛煉學生實踐動手能力，踐行以學生為核心的教育理念。

【關鍵詞】工程案例式 機械控制工程 工程教育

【基金項目】杭州電子科技大學高等教育研究課題（YB201620）；杭州電子科技大學翻轉課堂改革項目（1號）；浙江省高等教育學會2015年度高等教育研究課題（17號）；浙江財經大學2016年度通識教育課程（TS201613）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）22-0238-02

1.引言

《機械控制工程》是機械大類專業學生一門重要的專業基礎課程，是利用經典控制理論的基本原理解決工程實際技術問題的一門學科。它從物理實際系統出發，簡化提取數學模型，對模型作時域、頻域分析，進一步確定系統的穩定性，最終設計系統校正，是一門貼近實際背靠工程的課程。該課程在本科培養計劃體系中起著承前啟后的作用，所研究的問題帶有普遍性，有利于幫助學生樹立系統的概念，為后續課程提供理論基礎和分析設計方法，并為學生運用控制原理的方法分析和解決各種實際問題奠定基礎。本文提出一種工程案例化的教學模式改革新思路。該思路的核心在于系統思維整體性與具體實踐可行性相統一，將每一位學生作為獨立項目負責人來培養，幫助學生建立控制工程的系統觀念，結合工程化實際案例，鍛煉學生實踐動手能力，踐行以學生為核心的教育理念。

2.工程案例式的《機械控制工程》的教學思路與方式

本文提出一種工程案例化的教學模式改革新思路，根據車輛工程專業狀況，教學大綱將內容重點放在控制理論基本概念、系統數學建模、時間響應分析、頻率特性分析、系統穩定性分析及系統性能校正等幾部分而對非線性控制系統、線性離散系統及系統辨識等內容在授課過程中只作總體闡述。

由此，從以下四方面開展課程改革：

（1）重視首堂課，理清課程體系樹和知識結構樹，讓學生心中有“樹”。

學生學習總是為一定的學習動機所支配。因此在第一節課時就要牢牢抓住學生的興趣點，幫助學生認識本課程在課程體系中承前啟后的關系。同時機械控制工程相較于其他課程，知識層次更加分明，每個章節間的遞進關系尤為明顯，如圖1。

（2）引入車輛工程實例，結合實際車輛知識，讓控制“活”起來。

根據車輛工程專業培養計劃，機械控制工程被安排在第6學期，此時學生已完成汽車理論、汽車構造課程，同時正在進行汽車設計的學習，即已基本完成車輛專業基礎課程的學習，因此在機械控制工程課程中引入車輛實例有利于激發學生學習興趣，對課程內容有更深刻與具現化的認識。

（3）加入Matlab仿真實驗技術，讓課程“動”起來。

將Matlab軟件引入到“機械控制工程基礎”教學，在很多學校已做過嘗試，并取得了很好的教學效果。本文研究在已有成功經驗的基礎上，根據理論課程進度，將相應的Matlab知識添加到課程教學。以第三章中系統的時間響應分析為例，對照課程中的一階、二階和多階傳遞函數，利用簡單的命令，方便的實現傳遞函數對各種信號的響應仿真，并通過改變傳遞函數的參數觀看傳遞函數動態響應的變化趨勢，不僅達到一般的實驗教學難以達到的效果，工具軟件強大的“即時所得”功能大大提高學生參加仿真實驗的積極性。

（4）考核方式改革

在考核方式上采用考試成績、團隊虛擬實驗成績、個人虛擬實驗成績、習題成績、課堂討論成績相結合的方式，并建立完整可靠的評價系統。同時增加學生課程學習體驗及心得報告反饋，來促進明確課程改革的進一步方向。

綜上所述，工程案例式的《機械控制工程》課程實施有望實現如圖2所示的課程內容時間安排形式。

3.結語

通過工程案例化的方式能有效推動學生自主學習，提高學生系統思維的能力；通過工程項目的演示與虛擬實驗的操作，以培養學生發現問題和解決問題的能力；通過面向工程項目虛擬實驗的設計、抽象化、編程、歸納等一系列活動，培養學生項目組織與協調的能力、創新能力和解決問題的動手能力。為推動學生素質的全面協調發展，滿足工程化企業需求打下堅實基礎。

參考文獻：

[1]付會凱，杜川.融入Matlab的“機械控制工程基礎”教學研究[J].牡丹江大學學報，2013，05：152-154+181.

[2]李連進.機械控制工程課程教學改革[J].中國冶金教育，2016，02：59-60.

[3]彭寶營，陳秀梅，黃民，劉忠和.機械控制工程案例教學研究[J].中國教育技術裝備，2016，06：11-13.

[4]陳光勝，李郝林.面向卓越工程師培養的“機械控制工程基礎”課程改革思路[J].教育教學論壇，2014，16：40-41.