黃文怡++劉天祥+李寶玉+戶春影+代洪慶

摘要：文章針對機械控制工程基礎(chǔ)課程的特點，如內(nèi)容抽象、概念繁雜、涉及廣泛、實用性較強、課時較少等，深入研究如何改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，引入多媒體等教學(xué)手段，進行教學(xué)體系改革，增強學(xué)生對理論知識的理解能力及解決工程實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：機械控制工程基礎(chǔ)；教學(xué)改革；教學(xué)研究

《機械控制工程基礎(chǔ)》是高等院校機械設(shè)計、機械電子等專業(yè)的必修課程，也是許多高校機電類專業(yè)的考研專業(yè)課，是對專業(yè)基礎(chǔ)課及高等數(shù)學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等知識點的匯總?，F(xiàn)階段，我國的高等教育改革正在不斷深入，工業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，知識更新周期不斷縮短。在高校教育中，主要著重于培養(yǎng)具有扎實的基礎(chǔ)、廣泛的知識面、高素質(zhì)、高能力、適應(yīng)性強、具有創(chuàng)新能力的人才。本文結(jié)合《機械控制工程基礎(chǔ)》的教學(xué)實際情況，依據(jù)課程的性質(zhì)與特點，通過分析在教學(xué)過程中存在的問題，對《機械控制工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革方法進行研究。

1 課程性質(zhì)與特點

《機械控制工程基礎(chǔ)》作為一門工業(yè)實踐性很強的課程，除要求學(xué)生掌握基本原理之外，更應(yīng)該使學(xué)生能夠以動態(tài)的觀點來認(rèn)知一個機械控制系統(tǒng)，以看待一個整體的角度從信息的傳遞、處理與反饋這三大要素來分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，能夠結(jié)合工程實際，應(yīng)用控制理論中的相關(guān)原理對實際系統(tǒng)進行分析研究。

《機械控制工程基礎(chǔ)》將高數(shù)、力學(xué)等基礎(chǔ)課程與機械專業(yè)課程聯(lián)系起來，既是一門理論性很強的課程，課程內(nèi)容比較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)較為吃力，又是一門理論與實際緊密聯(lián)系的課程，包含的信息較多，工程的發(fā)展較快，教師很難系統(tǒng)、全面地講授。本科院校學(xué)生在學(xué)習(xí)課程時，主要是由教師進行理論講授，然后進行閉卷理論考試。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式更是只注重理論教學(xué)，實驗環(huán)節(jié)很少甚至沒有，教師將公式定理講述給學(xué)生，學(xué)生只是學(xué)會了使用公式、定理，卻對其所表示的實際意義知之甚少，理論與實踐嚴(yán)重脫節(jié)，使學(xué)生對其理解流于表面，大大限制了學(xué)生思考的主觀能動性和應(yīng)用實踐的能力。

2 教學(xué)過程中存在的問題

2.1 內(nèi)容繁雜導(dǎo)致學(xué)生掌握起來比較困難

由于課程的系統(tǒng)性及理論性較強，課程內(nèi)容比較抽象，涉及知識面較廣，包含了許多數(shù)學(xué)方面的知識，如微積分、復(fù)變函數(shù)、線性代數(shù)等，對學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握要求較高，尤其是復(fù)變函數(shù)，很多專業(yè)并未開設(shè)這門課程或選修此課，學(xué)生對這方面不夠重視，基礎(chǔ)知識掌握程度不高。這就要求教師提前講授一些相關(guān)內(nèi)容，如拉氏變換就是學(xué)習(xí)控制工程的必備基礎(chǔ)，需額外占用學(xué)時，但是專業(yè)課程學(xué)時本就緊張，對于本課中繁雜的教學(xué)內(nèi)容更加捉襟見肘。

2.2 理論與實踐嚴(yán)重脫節(jié)

以往《機械控制工程基礎(chǔ)》課程內(nèi)容比較側(cè)重于理論研究，多是一些數(shù)學(xué)公式推演，課程內(nèi)容比較陳舊，很少有與現(xiàn)今社會工程實踐中控制理論的發(fā)展相結(jié)合的內(nèi)容。板書式教學(xué)也大大限制了教學(xué)內(nèi)容，課程只能介紹一些經(jīng)典控制理論的內(nèi)容，這部分的知識大多適合在板書上講授，經(jīng)典控制論主要適用于一些單輸入、單輸出的線性定常系統(tǒng)，比較容易進行理論推導(dǎo)，對現(xiàn)代控制理論只涉及到一小部分，但這些內(nèi)容對生產(chǎn)實際中控制系統(tǒng)的研究是很難滿足的。

2.3 實驗環(huán)節(jié)的不足

一般院校的機械專業(yè)設(shè)置都偏向機械設(shè)計及制造方向，只有少部分偏向機械電子方向，所以對課程設(shè)置不夠重視。而對于生產(chǎn)實際來說，各行各業(yè)的自動化程度都是越來越高的，機械控制理論的實用性也越來越強，對學(xué)生日后的工作學(xué)習(xí)有很大的幫助，這也導(dǎo)致課程對于實驗環(huán)節(jié)的需求量大大提高。

2.4 學(xué)時太少，與教學(xué)內(nèi)容不符

在高校教育中，大多數(shù)的專業(yè)課程都存在著教學(xué)內(nèi)容太多而課時太少的矛盾，本門課程尤為嚴(yán)重，一般只有40～50學(xué)時，這些時間單單用來講授課程中繁雜的基礎(chǔ)知識就已經(jīng)很勉強了，還要在其中穿插相關(guān)實驗課程，尤其很多專業(yè)沒有開設(shè)過積分變換的相關(guān)課程，教師還要將這部分內(nèi)容額外講述，導(dǎo)致本來就已經(jīng)不足的學(xué)時更加捉襟見肘。

3 教學(xué)改革方法的研究

3.1 選擇適合本校教學(xué)情況的教材

教材是教師和學(xué)生之間聯(lián)系的重要紐帶，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要工具，教材的內(nèi)容既要包含本門課程的基本理論知識，也要符合本專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)與原則。因此，在選擇教材時需要充分考慮教材的知識結(jié)構(gòu)、教師講授課程的方法、學(xué)生對教材內(nèi)容的接受程度以及教材的難易程度等?；诒緦I(yè)的培養(yǎng)方向偏向于機械設(shè)計及制造，沒有開設(shè)過《積分變換》《復(fù)變函數(shù)》等相關(guān)課程，學(xué)生對拉普拉斯變換的相關(guān)內(nèi)容十分陌生，在選取教材時要優(yōu)先選擇帶有拉普拉斯變換章節(jié)內(nèi)容的書籍，以便學(xué)生彌補相關(guān)內(nèi)容。

3.2 強化基礎(chǔ)，合理安排教學(xué)進程

本門課程的系統(tǒng)性很強，前后內(nèi)容相關(guān)，所以就要求教師要善于整理，幫助學(xué)生融會貫通。如穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性是評價系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，通過時域分析、頻域分析和穩(wěn)定性分析的學(xué)習(xí)，可以對這幾項指標(biāo)進行分析計算，在系統(tǒng)進行綜合設(shè)計時滿足其性能要求。控制理論中需要掌握的知識點較多，并且這些知識點在教材中較為分散，而彼此之間又有一定的聯(lián)系，教師在講授某個知識點時要將與其相關(guān)聯(lián)的已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識點做一個簡單回顧，以便學(xué)生將前后內(nèi)容連貫起來。如在傳遞函數(shù)中介紹的幾種典型環(huán)節(jié)，它是頻域分析中的重要基礎(chǔ)，在講授頻域分析時就需要將其重新介紹以加深印象。

3.3 采用多樣化的現(xiàn)代教學(xué)工具，豐富課堂內(nèi)容

《機械控制工程基礎(chǔ)》是一門理論性很強的課程，利用現(xiàn)代教育技術(shù)和工具進行教學(xué)，制作生動直觀的電子課件，形成以黑板、教學(xué)模型、計算機多媒體、掛圖及實物等多樣化教學(xué)工具相結(jié)合的授課方式。

《機械控制工程基礎(chǔ)》包含的很多內(nèi)容都需要進行復(fù)雜的計算步驟和畫圖過程，花費了大量的時間。如函數(shù)方框圖的化簡、伯德圖和奈奎斯特圖的繪制等，有時還需大量的彩色粉筆作圖才能清楚體現(xiàn)出來，浪費時間和精力，也很難集中學(xué)生的注意力。如果利用多媒體電子課件的動畫效果，使圖形能夠按照繪圖的步驟一步一步地展示給學(xué)生，既清晰又生動，大大激發(fā)了學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的熱情和興趣。合理利用多媒體等現(xiàn)代教育工具可以節(jié)約時間，提高教學(xué)效率，將繁多的教學(xué)內(nèi)容用多媒體形象生動的表現(xiàn)出來，提高教學(xué)質(zhì)量，加強教學(xué)效果，還可以將課程相關(guān)學(xué)科的一些發(fā)展現(xiàn)狀補充進去，做到“與時俱進”。

3.4 引入MATLAB 軟件進行仿真實驗

《機械控制工程基礎(chǔ)》課程是一門應(yīng)用性很強的學(xué)科，學(xué)生單純地掌握理論內(nèi)容是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到課程學(xué)習(xí)的目的，必須將理論應(yīng)用到實踐中，通過實踐對理論的理解進行進一步的檢驗，這對學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性是十分有利的。隨著計算機的普及，學(xué)生對使用計算機軟件進行仿真實驗興趣越來越大，因此，將MATLAB仿真引入實驗教學(xué)中是非常必要的，可以使實驗課程從傳統(tǒng)的利用實驗箱進行演示性實驗，發(fā)展成為具有驗證性、創(chuàng)新性、設(shè)計性實驗。在實驗過程中，由教師給出實驗要求和實驗?zāi)康模瑢W(xué)生自行編制相關(guān)的MATLAB語言程序，之后再進行調(diào)試，直至完成實驗。

MATLAB是一個精度較高的計算語言，經(jīng)常用于工程科學(xué)計算中，可在一個較為容易使用的環(huán)境中將計算可視化和軟件編程緊密結(jié)合。MATLAB軟件是進行控制系統(tǒng)分析及設(shè)計的常用工具，Simulink就是其中一個重要的組件，提供了圖形化的用戶界面及動態(tài)系統(tǒng)建模、分析和仿真的集成環(huán)境。運用Simulink 模塊進行仿真設(shè)計，可以使學(xué)生學(xué)習(xí)到將系統(tǒng)與動態(tài)方程相關(guān)聯(lián)。如單位階躍系統(tǒng)的一階時間響應(yīng)、二階時間響應(yīng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)頻率特性圖的繪制、系統(tǒng)的根軌跡的繪制等都可以作為實驗內(nèi)容進行仿真實驗。并且MATLAB作為最常用的控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計軟件，應(yīng)用是極其廣泛的，學(xué)生在實驗過程中可以更好地掌握這種現(xiàn)代模擬軟件設(shè)計工具。

4 結(jié)論

通過對《機械控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革，引入了MATLAB仿真軟件進行虛擬實驗，大大彌補了課程中實驗環(huán)節(jié)的缺失。采用多樣化的教學(xué)手段，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動性，培養(yǎng)了學(xué)生分析解決實際工程問題的能力和創(chuàng)新設(shè)計能力，提高了教學(xué)質(zhì)量。

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