面向機械電子工程專業本科實踐教學改革探索

熊中剛

【摘要】文章主要針對本課程在具有地方特色的本科院校應用中存在的一些問題，從理論教學、實際應用和評估方法等方面提出了機電工程專業的一些具體改革措施。將Matlab/Simulink仿真工具與教學相結合，鼓勵學生完成簡單的設計和模擬工作，并結合實際的計算機控制系統實例激發學生的興趣和提高應用技能。

【關鍵詞】計算機控制及應用;機械電子工程專業;實踐教學改革

一、引言

機電工程專業涉及傳感器技術、自動控制技術、計算機科學等多學科知識。學生需要掌握數據檢測、數據傳輸、信號處理和控制的相關理論和技術基礎。該專業的計算機控制技術課程是結合自動控制技術、計算機技術、自動檢測和傳感技術逐步發展起來的[1]。隨著該技術的發展和普及，控制系統傾向于由計算機控制。計算機控制技術與應用課程是機電工程專業普遍提供的重要專業課程[2]。該課程面向機械電子工程專業本科實踐教學改革探索，適應地方社會經濟發展和國家航天航空事業發展的需要，培養學生扎實的自然科學基礎知識和機電工程專業知識，形成良好的學習、實踐、專業和創新意識[3]。建立完整的機電系統概念，具備機電工程技術領域的創新意識與方法、設計與實施工程、獨立工作、終身學習、組織管理與人際交往等綜合能力，在制造領域的機電產品和系統的應用和制造、安裝和調試、操作和維護、管理和營銷中起著重要作用[4]。

二、課程教學中的特點和問題

目前很多二本院校機械電子工程專業理論基礎知識方面多是以課堂授課為主，甚至很多教師缺乏實踐經驗，只能以紙上談兵的形式“傳道授業解惑”[5]。在實踐教學方面，大多數課程只是以課內實驗和課程設計等為數不多的方式進行。課堂實驗項目的內容以及不同課程之間的相互關系和系統性不強，可能容易導致內容設置重疊或缺乏。在教學過程中，教師應將相關課程的相關內容納入課程，處理必修課程與后續專業課程的關系，形成系統的課程知識體系。此外，每所學校的大部分實驗都依賴于一套完整的商業實驗室設備，可以減少教師的測試前準備工作量[6]。然而，也有一些實驗傾向于保持認知和確認實驗的水平，這些實驗要求學生連接和記錄數據，在提高學生的動手能力、設計能力和創新能力方面發揮的作用有限[7]。

三、課程教學改革的思路及對策

（一）理論教學改革

計算機控制系統是基于控制理論的完整自動控制系統[8]。通過充分考慮基礎理論知識的深度和廣度，理論知識與應用技術的關系得到很好的處理。在整個教學過程中，教師可以貫穿一兩個完整的諸如計算機溫度控制系統的應用實例。學完相關知識點后能夠做到讓學生建立溫度控制系統的數學模型，借助Matlab仿真工具進行建模和仿真，使學生能夠利用他們學到的理論知識進行實踐，并改進系統設計和調試功能。教師應該針對授課過程中何時提問以及問題類型預先進行精心研究和設計，采用易于激發學生學習熱情和積極性的啟發互動式教學方法，啟發學生對問題進行討論和分析，從而解決問題。多媒體教學方式與傳統教學方法應相互補充，相輔相成，協調發展。在教授理論性強的內容，如PID數字控制等計算機控制規則時，引入Matlab/Simulink仿真工具，可以通過仿真模型，以圖形方式向學生呈現難以理解的理論知識，從而增加教學信息量。學生可以使用Matlab/Simulink工具建立系統的數學模型，進行模擬調試和結果分析，并總結不同控制規律對控制結果的影響。

（二）實踐教學改革

由于學生對計算機控制系統的設計方法和理論知識缺乏全面的了解，因此教師采用DDC控制系統來豐富教學內涵[9]。加強實驗環節，培養學生運用綜合知識解決實際問題的能力。在學校有限的實驗條件下，可以配備簡易電加熱爐、虛擬儀器軟件LabVIEW和數據采集卡，構建實驗平臺，使學生將所學理論運用在硬件系統的器件選型、整套系統建立、實現功能的算法選擇以及具體代碼編寫的整個實踐過程中，通過實際調試，了解工程實踐與理論設計之間的區別，以及掌握在無法進行調試時進行故障排除和解決問題的方法。此外，可以更換受控對象，如機器人步進電機控制，為學生提供更多的動手實踐機會，激發更大的實際操作積極性。

（三）體現綜合能力的多種考核方式改革

教學評估側重于綜合評估，是評估學生學習和理解教師教學效果的重要手段。許多考試只能測試一些基本概念、基本理論和一些簡單的分析問題。為了激發學生對課程的興趣，教師可以對原有的考試方法和考試方法進行修改和完善，以促進學生創新精神的培養和技術應用能力的提高。首先，通過平時作業、閉卷考試，確保教學質量，避免抄襲作業現象的發生;其次，在基本教學內容深度、知識靈活應用和創新方面進行水平考試;再次，通過學生實驗和工程訓練再次進行實踐評估;最后，對學生學習進行評價，鼓勵學生參與課堂教學，參與討論，積極進行思考。

四、結語

“計算機控制技術及應用”是一門機械和電氣工程專業課程。本文根據課程的特點和課程教學中的一些問題，從理論教學、實踐教學和評估方法等方面進行了探討。從本課程的長期教學經驗來看，學生有很好的學習熱情和潛力。MATLAB仿真軟件在計算機控制技術課程中的應用豐富了教學方法，在一定程度上優化了教學過程，形象、直觀地表述出枯燥的理論知識，降低了專業課程的抽象性，提高了教學效率。

【參考文獻】

[1]陸鋒，陳桂，林健.自動化特色專業控制類專業課程改革探討[J].中國電力教育，2011（13）：58-59，67.

[2]陳桂，陸鋒，宋麗蓉.計算機控制技術課程教學改革研究與實踐[J].中國現代教育裝備，2009（03）：52-54.

[3]張向鋒.計算機控制技術課程實驗教學實踐與探討[J].實驗室研究與探索，2014，33（07）：185-188.

[4]劉國榮，梁景凱.計算機控制技術與應用（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2016.

[5]劉為國.《計算機控制技術》課程教學方法改革的研究[J].科技信息，2009（09）：485.

[6]張向鋒，文傳博.以應用型人才培養的計算機控制技術課程教學改革[J].教育教學論壇，2016（38）：93-94.

[7]孟飛，周祥才.面向應用的測控專業本科實踐教學改革探索——以“計算機控制技術”課程為例[J].中國電力教育，2010（18）：129-130.

[8]嚴娟娟.以提高應用能力的“計算機控制”課程改革的思考[J].電氣電子教學學報，2009，31（Z2）：26-28.

[9]陸鋒，陳桂，林健.應用型本科院校《計算機控制技術》課程教學改革實踐[J].科技創新導報，2011（12）：157-158.