機械工程專業《控制工程基礎》課程教學改革的探討

摘 要：“控制工程基礎”是機械工程專業一門專業基礎課，分析了本課程目前存在的主要問題，從教學內容、教學方法、教學手段等方面對本課程的教學改革進行了一些積極的探討。關鍵詞：控制工程基礎 機械工程 教學改革 教學方法 教學手段中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3791（2013）07（b）-0194-01現代科技的發展極大地促進了不同學科之間的交叉，由此引起了工程領域的技術改造和革命。在機械工程領域，由于微電子和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透，從而形成了機電一體化技術。自動控制技術是機電一體化技術的核心內容之一，已經成為從事機械與自動化工作人員不可缺少的重要理論基礎之一。為此，從20世紀80年代開始很多高校的機械工程及其自動化專業相繼開設“控制工程基礎”課程，并把它擺在專業基礎課的重要地位。由于該課程內容豐富、理論性強、涉及數學知識多，而且比較抽象、難度大，學生不僅需要具備扎實的高等數學和電路等課程的基礎知識，還要有很強的計算機應用能力，再加上目前該課程課時的壓縮，使得學生在學習“控制工程基礎”課程時困難重重。因此，如何在較短的時間內取得較好的教學效果已經成為教師講授該課時的一個重要問題。1 機械專業“控制工程基礎”課程存在的主要問題“控制工程基礎”是機械專業的核心課，是以控制論為理論基礎，研究機械工程中廣義系統的動力學問題。它把數學基礎課程與專業課程緊密結合在一起，因而它既是一門理論性比較強的課程，又是一門緊密聯系工程實際的課程，不僅課程內容涉及的知識面廣，而且所含的信息量大。所以，“控制工程基礎”教學大綱要求預修課程為高等數學、積分變換、電工與電子技術，然而大多數機械專業均沒有開設“積分變換”與“復變函數”，學生在學習控制工程基礎之前，對2門課程的了解幾乎為零，加之教學學時不斷壓縮，因此學習控制理論時非常吃力。其次，內容偏抽象，數學公式推導過程繁復，工程上又做了一些簡化處理，使學生更加迷惑，這也是講授過程中普遍存在的問題。再次，理論和實踐脫節，或二者聯系不緊密，學生理解往往停留在表面，不知道學的理論到底有什么用，導致學生學習興趣不高。如何提高學生學習興趣，增強學習的主動性，對提高教學效果顯得非常重要。2 機械專業“控制工程基礎”課程教學改革的內容實際上，“控制工程基礎”課程的教學改革，是不斷解決教學內容龐雜而課時偏少的矛盾，不斷優化知識內容和體系，及時補充新知，力求使整個教與學的過程更加流暢、內容更加豐富的過程。2.1 精選教學內容通過“控制工程基礎”課程的學習，目的是使學生能清楚自動控制系統的基本結構和工作原理，掌握自動控制理論在機械工程領域中的應用，學會分析機械系統的性能，掌握控制系統設計和校正的基本方法。同時由于“控制工程基礎”課程內容較抽象，學習起來比較吃力，教師也常常感到很難系統全面地講授。為了達到教學目的，我們遵循教學大綱，對授課內容進行了取舍。重點講授前四章內容：緒論、數學模型、時域分析法、頻域分析法，同時由于機械專業學生沒有修過復變函數與積分變換，所以在第二章中對拉氏變換至少用兩節課的時間進行講授，并在最后一次課簡述如何進行控制系統的設計與校正，以及控制系統在機械工程中的應用實例，而對非線性控制系統、離散系統等相關內容不做講授。在教學內容的組織上，循序漸進、逐步深化，重點強調基本概念的深入理解和應用，減少定理和公式的推演過程。2.2 教學方法的改進豐富的教學手段也是提高教學質量、實現教學目的的重要方法。首先，在教學中要明確教師與學生的關系，即以學生為主體，以教師為主導，在教與學中教師主要作用體現在指引、教導、激發、調動，而學生主要進行思考、參與、活動、反饋。其次，教法與學法。強調以學生為主的教法，并采用多樣性的教學方法，如啟發式教學、情境式教學、案例式教學、討論式教學，可根據不同的授課內容選擇合適的教學方式，以提高學生學習的興趣，對于學生的學法，提倡自主學習，自主知識建構，教會學生如何學會學習，快樂地學習，最終培養學生學習能力，獲取信息能力，發現、分析、解決問題的能力等等，為學生終身學習打基礎。為了鞏固學生的學習，在導課階段和授課過程中，有意識、有目的的對學生進行提問，并把提問成績作為平時考核成績的一項內容，使學生在回答問題時能認真對待和積極思考，同時也能檢驗學生學習的效果，使學生一直處于認真聽課的狀態，也是對授課內容的一種反饋，及時掌握學生對授課內容的接受和理解情況。另外，在理論引入之前，也有目的性的設立一些問題，教師進行自問自答，使學生能夠清楚這些理論引出的原因。2.3 引入現代化的教學手段“控制工程基礎”不僅是一門理論性很強的課程，也是一門應用性很強的課程，只是單純地掌握理論知識是不夠的，還必須利用實踐環節將理論應用到實踐中，針對“控制工程基礎”理論性強、公式多、計算量大等特點，將MATLAB/Simulink引入課程教學中，利用計算機進行系統的輔助分析和設計，可結合MatLab/Simulink進行控制系統的仿真，提高學生學習的積極性，對提高學生對控制系統的理解和分析有很大作用，也減少了教師繪制圖表的麻煩和不精確，可以直接觀測到復雜系統時域響應曲線、頻率響應曲線和奈奎斯特曲線，加深學生對所學基本理論知識的理解，更增強了學生自己動手解決問題的能力，使學生真實的感到學有所用。另外由于網絡具有開放、交互式的特點，教師將上課的內容上傳到網上，充分利用網絡資源，實現資源共享，學生課后根據需要下載內容，課上可以專心聽課。另外，運用網絡可以實現課堂內容的在線測試，并可以及時回答學生提出的各種問題。3 結語教學改革是一項系統工程，只有不斷大力推動教學改革，才能更好培養學生對自動控制系統的分析設計能力，工程實踐能力和創新能力。本文分析了機械工程專業“控制工程基礎”課程目前存在的主要問題，從教學內容、教學方法、教學手段等方面對本課程的教學改革進行了一些積極的探討，以期能更好地促進機械工程專業“控制工程基礎”課程的建設和發展。參考文獻[1]路連.機械控制工程基礎課程教學改革與實踐[J].科技信息，2010（26）：96.[2]王偉，申愛明.《控制工程基礎》課程教學改革研究與探索[J].安徽師范大學學報：自然科學版，2007，30（2）：139-141.[3]顧玉萍，石劍鋒.MATLAB在《機械控制工程基礎》教學中的應用[J].職業教育研究，2007（4）：168-169.