陳光勝，李郝林

摘要：按照“卓越工程師教育培訓(xùn)計(jì)劃”的培養(yǎng)要求，上海理工大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”專業(yè)對(duì)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”的課程進(jìn)行了課程改革嘗試。提出了“保證基礎(chǔ)，重在應(yīng)用，教法先進(jìn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)例”的課程改革指導(dǎo)思想，進(jìn)行了三方面的嘗試：一是在理論體系完整的前提下，保證基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，以適應(yīng)培養(yǎng)要求；二是在教學(xué)方法上，引入先進(jìn)的教學(xué)工具軟件MATLAB，激勵(lì)學(xué)生積極參與到教學(xué)中，加強(qiáng)互動(dòng)，增強(qiáng)教學(xué)效果；三是面向應(yīng)用，突出實(shí)例教學(xué)，將理論教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合，通過工程案例來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生主體性。

關(guān)鍵詞：機(jī)械控制工程；卓越工程師；課程改革

中圖分類號(hào)：G642？搖 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A？搖 文章編號(hào)：1674-9324（2014）16-0040-02

“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)多和內(nèi)容抽象等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，經(jīng)常感到枯燥、乏味。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，一直是授課教師所不斷追求的目標(biāo)[1]。2011年，上海理工大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”專業(yè)被確定為“教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)。以此為契機(jī)，遵循卓越工程師“面向工業(yè)界、面向未來、面向世界”的工程教育理念，為實(shí)現(xiàn)教育部提出的卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)，上海理工大學(xué)對(duì)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”等多門機(jī)械專業(yè)骨干課程進(jìn)行了改革，本文將從改革思路、具體方法等方面將課程改革的做法進(jìn)行論述。

一、“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程改革的指導(dǎo)思想

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項(xiàng)目，也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為我國走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)，對(duì)促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才、全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用[2]。

“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程研究的問題帶有普遍性，對(duì)工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義，該課程的開設(shè)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用控制原理的基本方法，提高分析和解決各種工程問題的能力奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。然而，從學(xué)生的反映來看，普遍存在學(xué)習(xí)熱情不高，學(xué)習(xí)效果也不理想，教學(xué)內(nèi)容抽象等問題，影響到該課程的教學(xué)質(zhì)量[3]。為解決該課程教學(xué)中存在的問題，緊扣卓越計(jì)劃精神實(shí)質(zhì)，提出“保證基礎(chǔ)，重在應(yīng)用，教法先進(jìn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)例”的課改指導(dǎo)思想，進(jìn)一步制訂出課程的改革方案。

二、“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程改革措施

1.保證基礎(chǔ)，重在應(yīng)用，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容改革。“卓越工程師計(jì)劃”的本質(zhì)是使工科教育回歸工程，面向工業(yè)界。在“保證基礎(chǔ)，重在應(yīng)用”的指導(dǎo)思想下，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了大幅改革。楊叔子主編的“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”教材是“面向21世紀(jì)課程教材”，該教材內(nèi)容完整，案例經(jīng)典，同時(shí)獲國家級(jí)精品課程教材和“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材，上海理工大學(xué)一直將該教材作為授課教材，但在機(jī)械專業(yè)課程數(shù)目增多而總授課時(shí)數(shù)卻在減少的大環(huán)境下，“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”理論學(xué)時(shí)數(shù)由48課時(shí)減少至32課時(shí)。因此，在課堂中追求大而全的教學(xué)目標(biāo)顯然是不現(xiàn)實(shí)的，必須對(duì)內(nèi)容進(jìn)行精簡和整合。在保持理論框架完整的基礎(chǔ)上，突出工程應(yīng)用的要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組、增減。對(duì)推導(dǎo)過程冗長、對(duì)學(xué)生理解基礎(chǔ)理論幫助不大的內(nèi)容去除，減少課堂單純的理論傳授比重。這樣，既能保證學(xué)生掌握完備的機(jī)械控制理論體系，滿足學(xué)生進(jìn)一步深造的需求，又能使學(xué)生在減少理論的基礎(chǔ)上，有機(jī)會(huì)接觸到更多的應(yīng)用實(shí)例，更利于學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用。以教材第五章的系統(tǒng)穩(wěn)定性為例，在新的自編教材中，弱化系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)描述，而是突出系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念以及系統(tǒng)穩(wěn)定性在工程應(yīng)用中表征。系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法主要以羅斯穩(wěn)定性判據(jù)和奈奎斯特判據(jù)為主，而根軌跡的講授僅限于方法的介紹。在減少純粹理論知識(shí)的同時(shí)，大幅增加教學(xué)實(shí)例，讓學(xué)生了解到所學(xué)知識(shí)的具體應(yīng)用對(duì)象，增強(qiáng)對(duì)控制理論的感性認(rèn)識(shí)，而實(shí)例的如何選擇將在下文介紹。

2.教法先進(jìn)，發(fā)揮工具軟件的輔助教學(xué)功能。MATLAB是美國MathWorks公司于1984年推出的高性能數(shù)值計(jì)算軟件，現(xiàn)在已成為適合多學(xué)科的功能強(qiáng)大的科技應(yīng)用軟件。MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱，主要處理以傳遞函數(shù)為主要特征的經(jīng)典控制和以狀態(tài)空間為主要特征的現(xiàn)代控制中的問題。該工具箱對(duì)控制系統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計(jì)提供了一個(gè)較為完整的解決方案[4]。另外，Matlab提供方便易用的圖形用戶界面，將Matlab控制工具箱的相關(guān)功能集成一體。Matlab仿真工具箱（Simulink Toolbox）為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一個(gè)理想的工具，師生通過Simulink，能方便地對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析[5]。將Matlab軟件引入到“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)，在很多學(xué)校已做過嘗試，并取得了很好的教學(xué)效果。上海理工大學(xué)在已有成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)理論課程進(jìn)度，將相應(yīng)的Matlab知識(shí)添加到課程教學(xué)。以第三章中系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析為例，對(duì)照課程中的一階、二階和多階傳遞函數(shù)，利用簡單的命令，方便的實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)對(duì)各種信號(hào)的響應(yīng)仿真，并通過改變傳遞函數(shù)的參數(shù)觀看傳遞函數(shù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化趨勢，不僅達(dá)到一般的實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以達(dá)到的效果，工具軟件強(qiáng)大的“即時(shí)所得”功能使學(xué)生參加仿真實(shí)驗(yàn)的積極性大大為提高。

3.面向應(yīng)用，突出實(shí)例教學(xué)。按照“卓越計(jì)劃”的突出創(chuàng)新的要求，在“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”授課內(nèi)容的每一單元后增加與授課內(nèi)容緊密相關(guān)的工程案例分析，突出工程背景的應(yīng)用，理論聯(lián)系實(shí)際，避免了以往課程授課中存在的理論比重偏大，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果不佳的弊端。教材每一理論章節(jié)均附3～4個(gè)與本章內(nèi)容緊密相關(guān)的工程實(shí)例。實(shí)例選用的原則：應(yīng)較全面的包括啟發(fā)型、認(rèn)知型和設(shè)計(jì)型工程案例[1]；講述實(shí)例對(duì)象應(yīng)是機(jī)械工程人員熟知應(yīng)知，或?qū)こ叹哂兄笇?dǎo)作用；實(shí)例內(nèi)容的編寫應(yīng)該注意包括如下環(huán)節(jié)：問題及發(fā)生現(xiàn)象簡介、問題或現(xiàn)象的簡要理論分析、解決問題的方法或思路等。以教材第五章系統(tǒng)穩(wěn)定性為例，在新的自編教材中，選用了4個(gè)典型的機(jī)械工程中常見的現(xiàn)象或系統(tǒng)：金屬切削過程中的顫振現(xiàn)象、電液伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、靜壓軸承及其穩(wěn)定性分析和數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。這四種現(xiàn)象或系統(tǒng)在機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，發(fā)生的現(xiàn)象或出現(xiàn)的問題具有普遍意義。在教材中對(duì)每一個(gè)問題的產(chǎn)生原理通過與穩(wěn)定性原理進(jìn)行結(jié)合，使學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)理論知識(shí)具有落腳點(diǎn)，更有利于掌握理論知識(shí)，其本質(zhì)是將理論教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合，通過工程案例來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生主體性，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，同時(shí)又借助工程案例來加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

“卓越計(jì)劃”旨在提高工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)質(zhì)量，提高畢業(yè)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)面向世界、面向未來的創(chuàng)業(yè)、研發(fā)型高端人才和行業(yè)領(lǐng)軍人物。通過課程改革和實(shí)踐，使學(xué)生在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)能掌握基本的理論知識(shí)，真正成為“面向工程、寬基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重應(yīng)用”，具有學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、管理能力、溝通能力、社會(huì)適應(yīng)能力和工程實(shí)踐能力的“卓越工程師”。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁明新，王琪，洪磊，張鵬，申?duì)D.數(shù)字仿真在機(jī)械控制工程教學(xué)中的強(qiáng)化應(yīng)用研究[J].裝備制造技術(shù)，2012，（4）：182-184.

[2]“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”通用標(biāo)準(zhǔn)研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-30.

[3]白麗克孜·尤努斯.“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程的教學(xué)法探討及幾點(diǎn)體會(huì)[J].科技信息，2013，（13）：159-160.

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基金項(xiàng)目：上海自然科學(xué)基金項(xiàng)目，基金項(xiàng)目編號(hào)：13ZR1427500。

作者簡介：陳光勝（1972-），男，山東廣饒人，上海理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院，講師，博士，從事機(jī)械制造及其自動(dòng)化方向研究。