新工科背景下機械控制工程課程教學改革的探索性思考

劉雁峰 畢仁貴 曾欽

摘 要：隨著新工科建設的推進，社會對機械和電子信息工程類專業人才提出了新的要求，為了滿足多元化創新型人才的培養要求，有必要對機械控制工程課程進行深入探索與綜合性改革。本文論述了機械控制工程課程在智能制造領域中的地位及教學改革的必要性，并針對教學現狀和問題進行了探索性思考，從教學內容、教學手段和知識呈現等方面對控制工程課程教學進行創新性改革，以期實現新工科建設背景下創新型人才的培養目標。

關鍵詞：新工科;機械控制工程;教學改革;與時俱進

1 引言

工程改變世界，行動創造未來，改革呼喚創新，新工科建設在行動[1]。隨著新工科建設的深入推進，社會對工程類高素質創新型人才的培養提出了更高的要求，不斷全面且深入地推進教學改革來提升教學質量和課堂效率已成為高校本科教育的重要任務。在應用型本科院校的眾多工程專業的培養計劃中，機械控制工程是一門重要的專業基礎課程，更是培養智能制造領域中卓越工程師的核心課程之一，該課程重點研究經典控制理論，既是一門廣義的系統動力學，又是一種合乎唯物辯證法的方法論，對啟迪和發展人們的思維和智力有很大的作用[2]。隨著社會的快速發展，新技術、新產品和新工藝層出不窮，與此同時各學科及相關課程的內容也在不斷更新，為了適應社會的發展，為了滿足人才市場對創新型人才的需求，為了響應新工科建設的號召，不少教學工作者對機械控制工程課程教學進行了系統且深入地綜合性改革，在井噴式發展與深入推進下取得了一定的成效。但機械控制工程課程現有的教學模式是否能夠完全適應時代的發展，可否切實滿足社會的需求，能否實現在新工科建設背景下高素質復合型型人才的培養目標，還需要進一步探索與思考。

2 機械控制工程課程特點及教學改革的必要性

機械控制工課程是以機械系統為研究對象，具有前后課程關聯度大、計算復雜、理論深、邏輯性強等特點。作為一門重要的專業基礎課，課程內容較為豐富，涉及到傳遞函數的求解，機械控制系統數學模型的建立，線性定常系統的時域分析、頻域分析及軌跡描述，系統穩定性判定及非穩定系統的校正等[3]。

目前，一般院校給與該課程的課時通常為40或48課時，更有甚者只分配了32個學時，在這種課時量嚴重不足的情況下既要保證授課內容的完整性，又要確保學生能把這種計算量大、理論性和邏輯性強的課程內容完全掌握并及時消化吸收，難度較大。在課時被大量壓縮的情況下，為了完成大綱中規定的教學內容，大部分課堂教學都處在一種趕進度的狀態之中，因此，一系列的教學問題也逐漸凸顯出來了。在新工科建設背景下，基于創新型卓越技術人才的培養特點和機械控制工程課程在培養創新型人才中的重要性，目前我國工科院校機械控制工程課程的教學現狀及存在的典型問題主要有：（1）教材陳舊固化，沒有跟上現代化進程;（2）教學方法及手段傳統單一;（3）所學內容與工程實際應用脫節;（4）學生的數理基礎薄弱，學習積極性不足。

隨著計算機技術與現代教育技術的迅猛發展，機械控制工程課程教學呈現方式也得到了全新的改變。目前，各高校課堂上所采用的主流教學手段往往是將板書和多媒體課件相結合，并輔以Matlab軟件進行教學支持。這種主流教學手段的最大優勢在于省去了大量的板書時間，提高了教學效率，切實符合少課時情況下機械控制工程課程的教學。提升課堂效率是一線教育工作者們的共同愿望，而提高課堂時效才是我們永恒的追求。因此，為實現教學質量和教學效率的同步提高，對機械控制工程課程進行教學改革對發展該課程的教學就顯得如此之重要。

3 機械控制工程課程教學改革的探索性思考

對于機械控制工程課程教學現狀及凸顯出來的不足，該課程的教學改革可以從如下幾點進行改進：

3.1 調整教學內容，服務與時俱進

時代的進步離不開高素質人才，而人才的培養是促進社會發展的有效舉措。高等學校培養學生的最終目的就是讓更多的人才投入到社會中去，離開學校后能否快速地適應社會，能否順利地找到適合自己的工作崗位，能否迅速地投入到實際的工作崗位并能獨當一面，這些問題值得我們去認真思考。隨著社會的發展與技術的革新，不同的時期對技術的要求不同，特別是一些新產品、新技術的出現，對機械控制工程課程教學會帶來顯著地影響。機械控制工程課程的教學要做到實時關注社會需求的變化，以人才市場和職業市場需求為導向，適時合理地調整教學內容，刪除部分復雜且在實際工作中很少用到的抽象內容，適當增加與課程相關的新知識，拓寬學生的知識視野，提升學生的認知水平。以學以致用和與時俱進為原則，合理搭配新舊知識并豐富課堂內容，使得課堂內容具有詳略得當、新舊合理等特點，促使學生在思想上和知識結構上做到與時俱進，以適應時代的變化，迎接社會的挑戰。

3.2 創新教學手段，豐富教學形式

隨著信息技術的高速發展，多媒體教學已成為我國各大高校的一種重要的教學手段之一，呈現出來的優勢劣勢較為明顯，恰當且合理地使用不僅能提高課堂效率還能豐富教學形式，可有效地激發學生上課的興趣和熱情。但在實際的授課過程中，教師不能一味地依賴多媒體課件，不能在課件無法放映的突發情況之下就亂了方寸，導致課堂無法繼續進行，更不能把備課簡單地轉化為是一種課件的獲取過程，倘若教師無法從這些情況中脫離出來，那么多媒體教學的優勢就很難得到充分的體現，帶給我們的往往是它的不足之處。在合理使用多媒體教學的前提下，改變傳統的一言堂“滿灌”模式，采用啟發式教學，組織學生積極參與教學和討論，引導學生認真思考，鼓勵學生大膽發言，提升課堂的活躍度，在引導與討論環節中促使學生理解并消化授課內容，產生“滴灌”的精準效應。由于機械控制工程課程的理論性和邏輯性較強且具有一定的抽象性，學生在學習過程中往往需要反復來回地翻閱教材，并且存在的疑問也較多，如果不及時解答相關的疑問，將嚴重影響到后續課程內容的教學與學習。因此，教師除了在課堂上的授課之外，還應該在課后為學生進行不定期的答疑，答疑方式可以是面對面進行，也可以通過微信和發郵件等形式進行，通過答疑不僅能迅速快捷地解決學生在學習中的疑難困惑，還能為后續課程的講解夯實基礎，進一步促使課堂教學時效性的提高。

3.3 活化知識呈現，提升課堂興趣

學習的動力離不開個人堅定的意志力，而興趣往往是學生學習的助推器，可見興趣的培養在課程教學中是何等的關鍵。因此，不少教育工作者就如何提升學生的學習興趣進行了大量的探索與思考，并取得了階段性成果，為新工科建設背景下深入推進課程教育改革打下了一定的基礎。在機械控制工程教學中，基于該課程的特點，大部分學生在學習過程中很難對這些晦澀的內容提起興趣，導致最終的學習效果不夠理想。因此，我們可以從知識呈現方式上進行合理地變化，讓呈現出來的知識更具生動性和形象性，讓學生在這種生動且形象的情景中去理解相關的概念和知識，在一定程度上能提升課堂興趣，具體可以從教材的選取以及課件的制作等方面著手。對于教材的選取，在保證課程內容完備的基礎之上，盡量選用由紙質與數字資源有機融合的新形態教材[4]，此類教材能實現紙質教材與數字資源的一體化，并且豐富的數字教學資源既是對紙質教材的補充和拓展，又提供了更為方便、快捷的內容更新途徑，同時為自主學習和個性化學習創設了空間，并且在視覺上也給學習者帶來了一種全新的閱讀體驗，能最大限度地激發學習者的學習興趣和熱情，也可滿足“互聯網+”、4G時代和新工科背景下學習者的學習需求。對于課件的制作，由于該課程中涉及到公式推導的內容較多，對學生而言難度較大，在制作課件時應盡可能的簡化公式的推導過程，對于一些非常重要的參數和相關公式的講解時，比如時間響應的組成和分類，可借助虛擬動畫和動態曲線的呈現來輔助同學們理解，將同學們的思維從枯燥的數學解析情景中轉向實際的物理場合中去，通過生動且形象的動畫展示能讓同學們比較輕松地建立起數學解析式與物理場合之間的內在聯系，可有效地激發學生的學習興趣，促使教學質量的提高。

4 結語

隨著新工科建設的深入推進，社會對創新型人才提出了更高的要求，為滿足人才市場和職業市場的需求，為了實現多元化創新型人才的培養目標，有必要根據時代特點對現有的教學方法和手段進行全方位地改革。基于機械控制工程課程特點和教學現狀，可從教學內容、教學手段和知識呈現等方面進行探索性思考。以學以致用和與時俱進為原則，合理地調整教學內容，以豐富教學形式為目的，適時地創新教學手段，以提升課堂興趣為目標，巧妙地活化知識呈現，在提高課堂效率的同時，著力于學生興趣的培養和課堂時效性的把控，是提高該課程教學質量的有效途徑。

基金項目：吉首大學實驗教學改革研究項目2019SYJG018。吉首大學教改項2018JSUJGB31。

國家自然科學基金11662004。吉首大學自然科學類科研項目Jd19008。

參考文獻：

[1]“新工科”建設行動路線（“天大行動”）[J].高等工程教育研究，2017（02）：29-30.

[2]楊叔子，楊克沖，吳波，等.機械工程控制基礎[M].華中科技大學出版社， 2005，7.

[3]邵強，葛平淑，張江燕，等.《控制工程基礎》課程的教學改革與探索[J].高教學刊， 2017（3）：116-117.

[4]薛立華，肖銀玲，王丹虹.制圖新形態教材研發的探索與實踐[J].圖學學報， 2018（4）：778-781.