机械工程控制基础的教学改革

李小琴

【摘要】: 本文提出了以实践为导向的机械工程控制基础教学改革,阐述了教学改革的必要性、思路,提出了一些新的的教学手段和方法。

　　【关键词】: 机械工程控制 ；教学改革； 实践教学

　　一、引言

　　由于现代科学和计算机技术的迅速发展,控制理论应用于机械工程的重要性日益明显,并取得了很大的发展。长期以来机械工程控制基础是按照控制论为核心来组织教学,把传授系统的理论知识作为组织教学的出发点,作为教学过程的主线和质量考核的主要标准,这样对学生掌握理论知识、开发设计和创新产品是有利的。但是也存在不足之处,毕业后大部分学生被分配在车间,所从事的工作不是研究、设计、开发等,而是操作设备、制定工艺、筹划工装卡具、查找故障和排除故障和质量检验等,在学校学的知识有一部分用不上,而又不具备现场工作所必需的工作能力。

　　二、改革的必要性

　　《机械工程控制基础》这门课程理论性强,所涉及的科目多,学生学起来非常吃力,老师也觉得很难教,教学过程容易枯燥。将理论联系实际,展开实际的实验教学对象进行实验,可以激发学生对该课程的学习兴趣,但又往往存在实验设备不足、教学方法陈旧等问题,大部分展示性实验几乎难以实现课程目标。要培养创新型人才,我们迫切需要建立较为完善的实验教学课程。教学中控制理论、控制器件、控制技术和机械控制论针对典型机械对象,通过相关的基础性实验、综合性实验,提高学生应用控制理论原理与技术分析和理解的能力。原来的办学模式在人才培养的方法和途径上受到很大的限制,无论是人才的培养类型、课程的设置,还是社会实践的安排,都没有完全脱离旧的教育模式,导致毕业生在理论研究的领域里“缺乏理论”,在技术应用领域内“缺乏应用”。由于设置课时不合理、教学方法古板等一些原因,学生学习理论知识不牢固,又缺少一些社会实践与动手能力,以至于课程结束后,只是了解一些书本上的理论知识。

　　目前的教学中主要存在以下几方面问题。

　　1.课时太少

　　随着教学体制的改革,机械工程控制基础和其它的专业课一样,缩减了不少教学课时,存在着课时少教学内容多的矛盾,怎么样在如此短的时间内最大限度地提高教学质量是当前教学所处的一大难题。

　　2.教学模式单一

　　以前的教学模式,往往只注重理论教学,例如在建立系统的微分方程知识点中,分为机械系统和电网络系统两种类型,与高数、物理、电工等相关课程都有联系。尤其是在建立机械系统的微分方程中,利用的是达朗贝尔原理来建立的,原理虽然是不是太难,但由于文字叙述较抽象,学生又没接触过实物,在学习过程中很难理解,从而很多同学感到枯燥无味。

　　3.理论与实践环节脱节

　　近年来工程控制论迅速发展,被广泛应用于多种场合,例如:大多数自动控制系统、自动调节系统与伺服机构都是应用反馈控制原理控制某一个刚体(如机床工作台、振动台、炮身和火箭体等)或是一个机械生产过程(如切削过程、锻压过程、冶炼过程等),基于这些自动控制系统无论其运行过程还是运行结果只能通过对控制对象的观察得以了解,因此机械工程控制的教学实践环节更应强调模型的实例化与控制流程的动态演示。但往往由于受控对象其体积大、重量重、价格高、维护难等因素,难以大量装备于实验室,学生在实验过程中无法感受到工程实践中的趣味性、知识性和实验成功后的成就感,在很大程度上挫伤了学生的积极性。

　　4.生源整体素质下降

　　由于这些年扩招,生源整体素质有所下降,在接受能力和学习的积极性等方面都比过去相对降低,许多学生的基础课底子太差,这些原因都不利于本课程的教学。

　　三、改革的思路

　　1.制定适应新形势的教学内容

　　遵循国家、省教委的有关文件精神,制定符合现代化建设要求的机械工程控制基础的教学计划,以综合素质培养为基础,以能力培养为主线。围绕培养目标,对知识、能力、素质等方面进行合理的综合安排,力求整体优化,培养实用的职业技术人才。

　　(1)关于“机械工程控制基础”内涵的认识。它的研究对象是机械工程系统,本课程实质上要求学生通过学习机械工程控制的原理,学会以动力学的观点来研究机械工程领域中广义系统的动力学问题,也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。

　　(2)培养目标。本科程主要培养学生以动态、整体、联系的观点来分析和研究一个机械工程系统,运用控制论的基本概念和方法,解决机械工程领域中有关自动控制及系统动力学方面的问题,也可为后续课程如测试技术、数控机床、机电一体化系统设计打好基础。

　　2.先进教学手段的应用

　　(1)采用多媒体进行直观教学。由于课本中的理论推导与图形较多,教师若采用多媒体,不仅可以大大减少课堂上画图的时间,而且可以增加学生兴趣,容易理解,提高教学效率,增大课堂教学的信息量。

　　(2)联系生活,启发学生思维。课堂教学重在理论联系实际,运用生活中的实例,既有助于学生对理论知识的掌握,又有利于提高学生的兴趣和对实际问题的思考能力。如在讲解系统的稳定性时,除了把概念解释清楚,还要结合生活中的实例(如电风扇、电视)讲解。

　　(3)与时俱进,激发学生的求知欲。教师应该与时俱进,了解课程最新的技术动态,并把它传授给学生,只有这样才能激发学生的求知欲,真正把课教好。

　　3.改革实践环节

　　实践教学是本课程的重要环节。根据本课程的特点,并结合本课程的实验条件和学时数情况,我提出了课内外结合、原理性实验与设计型、综合型、研究性实验相结合的实践教学思路,设计了三个层次的实践教学环节,即:原理性仿真实验;面向机电工程中典型物理对象、系统的特性测试、分析与控制实验;典型机电系统的构建、特性分析、测试与控制设计。把对学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养融合到课堂与实践教学环节中,而不仅仅是教给学生书本上的理论知识。

　　在实践教学设计上,教师应将原理性仿真实验放在课堂上和作业中,在课堂上,教师结合教学内容,利用授课的计算机穿插演示教学软件中的仿真实验,加深学生对课堂内容的理解;课后鼓励学生自己通过实验来验证和领会所学知识,用仿真实验代替部分作业,让学生利用教师提供的网络教学软件平台自己动手进行仿真实验。

　　典型机电系统的构建、特性分析、测试与控制设计主要面向部分优秀学生,以课外科技创新实践活动的方式进行。学生在教师指导下,以项目方式,提出项目构思,进行系统设计,并利用实验室提供的典型机电对象、控制器件、控制执行装置、信号检测装置及其它相关散件,自行搭建控制系统,分析和测试系统特性,调整系统参数,在此基础上,进行控制器设计、控制仿真和实际控制实验。主要目的是培养学生的独立思考能力、科研能力和实际动手能力。

　　四、结语

　　教学改革的目的是提高教学效果,培养学生学习的积极性和主动性,从而达到培养学生的分析问题和解决问题的能力。在教学中我们必须坚持“面向现代,面向世界,面向未来”的发展方针,从实际出发,确定教学改革思路、培养目标,深入改革课程、教学方法和教学内容,使自己的教学适应学生和社会发展的需要。从一个目的、两个原则的教改思想出发,抓好课程理论、实践、考核的每一个教学环节,这不仅能充分发挥学生的开拓创新精神,而且能充分调动教师教学和教改的积极性,在教与学两个积极性的推动下,教学质量能得以大幅度提高,使高校为社会培养出更多优秀的人才。

　　参考文献:

　　[1]杨叔子等.机械工程控制基础(第五版).武汉华中科技大学出版社,2005.3-5.

　　[2]陈康宁主编.机械工程控制基础(修订本).西安交通大学出版社.