機械工程訓練實踐教學模式

歐陽海軍

通過幾年來的機械工程訓練實踐教學模式的實踐，金工實習教學方法的改革，將原來的“學習工藝知識，提高動手能力，轉變思想作風”教學理念進行了加到轉變，其轉變?yōu)椋旱谝唬杀粍訂我坏膶嵙暦绞睫D變?yōu)閷W生主動、自擬制件的實習方式；第二，由以培養(yǎng)動手操作能力為主要目的轉變?yōu)橐怨こ淘O計能力和創(chuàng)新能力、工程實踐能力為主要目的；第三，由思想作風轉變轉變?yōu)榫C合素質的培養(yǎng)。在幾年機械工程訓練實踐教學模式實踐之后，通過對學生的問卷調查（見表1）發(fā)現，學生們對實習內容、安排和效果的滿意度都非常高。因此，機械工程訓練實踐教學模式的實施能有效擴充和保留實訓規(guī)模，增加了實習工種，能極大地滿足低年級學生實際動手訓練。

1 課程特點和教學現況

機械工程控制基礎課程是一門基于復變函數、微積分、力學、電工學定律等諸多數理知識、存在許多理論推導和計算公式的專業(yè)基礎課程。課程理論性強，系統(tǒng)性強，抽象難懂。本課程課時少，根據專業(yè)的不同，只有30～45學時，但課程覆蓋面非常廣，內容繁多，教學內容很難深入，部分前期基礎課程沒有開設，缺乏支撐，教與學都十分困難。教學內容涉及眾多的控制數理公式的推導、相對實際問題存在著很多簡化，與實際問題有時差異大，造成學生學習興趣不夠，對本課程的重要性認識不夠，難以激發(fā)學生的學習熱情，影響教學效果。該課程理論性強，怎么樣與實踐緊密結合，使學生更好更深入掌握本課程的教學內容，一直是本課程教學中重點需要考慮的問題。課程教學改革前我們一直采用傳統(tǒng)的課堂教學加一、兩次實驗課的方式進行，怎樣在此基礎上對實踐環(huán)節(jié)進行調整，更好地加深學生對課程內容的理解，提高學生解決實際問題的能力，是課程教學改革的重點之一。基于機械工程控制基礎課程的教學現況和特點，我們嘗試從教學內容改革、教學方法改革和考核模式三方面進行課程改革，取得了預期的教學效果。

2 教學內容改革

現在使用教材是楊叔子主編的《機械工程控制基礎》，教材內容系統(tǒng)性強、內容詳實，但本學院該課程課時相對少，且本院機械類專業(yè)以應用型專業(yè)為主，所以必須結合專業(yè)特點，與機械工程領域實際問題緊密結合，對教學內容進行優(yōu)化、簡化和整合。將復變函數和拉普拉斯變換等課程需要的主要數理內容整合到教學內容中，簡化了部分原理和公式的詳細敘述和推導，并刪除了拓展性的可自學的狀態(tài)空間模型、高階系統(tǒng)的時間響應分析、非線性系統(tǒng)初步、線性離散系統(tǒng)初步和系統(tǒng)辨識初步部分，收集補充拓展了應用實例的內容以及關聯(lián)領域最新研究進展。根據課程和專業(yè)特點，重新設計了機械工程控制基礎課程以下五個方面的教學內容：

1、機械工程控制基礎概述，主要介紹機械工程控制論、機械控制系統(tǒng)分類、模型、特點、要求、由來和發(fā)展、發(fā)展趨勢以及與機械制造及其自動化和機械電子工程專業(yè)的結合及應用。

2、機械工程控制系統(tǒng)的數學模型，主要講述拉普拉斯變換、系統(tǒng)的微分方程數學模型、系統(tǒng)的傳遞函數和方框圖及其在實際機械工程實際問題中的應用。

3、機械工程控制系統(tǒng)的時間響應分析。主要講述時間相應及其組成、典型輸入信號、一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)時間響應分析及其在實際機械工程實際問題中的應用。

4、機械工程控制系統(tǒng)的頻率特性分析。主要講述頻率特性組成及圖示方法、頻率特性的特征量、頻率特性分析及其在實際機械工程實際問題中的應用。

5、機械工程控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主要講述系統(tǒng)穩(wěn)定性特性、Routh穩(wěn)定判據、Nyquist穩(wěn)定判據、Bode穩(wěn)定判據及其在實際機械工程實際問題中的應用。在每一章節(jié)中，我們都增加了機械工程領域內實際的控制問題實例，并使用Matlab軟件進行仿真，擴充教學信息，提高學生的學習興趣。

3 教學方法改革

在教學方法上，我們圍繞應用型機械工程專業(yè)的特點，重視實踐活動，理論緊密聯(lián)系實踐環(huán)節(jié)，提出了新的教學方法和教學模式。

1、以機械工程控制系統(tǒng)為中心主線，運用實例引出教學內容。整個課程教學以一個典型的復雜機械工程控制系統(tǒng)實例為主線，導出講述系統(tǒng)的數學模型建立、傳遞函數、時間響應分析、頻率響應分析等內容，理論與實踐相結合，可以使教學過程思路清晰，學生理解直觀具體，有助于提升學生的學習興趣。

2、多媒體技術廣泛應用。重新制作多媒體課件，增加具體實例控制系統(tǒng)的視頻、動畫等多媒體資源，可使課堂教學更為生動；在課件中增加自學課堂部分，包含課程背景知識、前面刪除的課堂不進行的教材拓展內容、基礎數理知識和例題解析，學生可以自主學習；課件增加自我測試部分，學生可以自主測試，診斷學習中的問題并改進。

3、增加Matlab仿真環(huán)節(jié)。將Matlab及其提供的Simulink仿真軟件應用到教學中去，可以使公式推導、概念講述更為生動。仿真平臺可更改系統(tǒng)的各項參數進行演示，可對實驗環(huán)節(jié)進行有效補充。既可降低教學成本，又可讓學生自己進行實驗設計奠定基礎。

4、實驗環(huán)節(jié)教學方法改革。實驗環(huán)節(jié)由教師演示向學生自主設計實驗環(huán)節(jié)轉變，增加學生自主設計開放實驗環(huán)節(jié)，教師對學生選題進行指導，選擇實際的機械工程控制系統(tǒng)問題作為實驗主題，由學生獨立提前設計方案，實驗課上進行實驗驗證和修正的方式來進行。

4 考核方法改革

在考核方法上，為了提高學生的實際應用能力和加深對課程的實際理解，考核時應增加考查學生對實際問題的分析能力和解決問題的能力部分，增加了課后控制系統(tǒng)實例分析大作業(yè)的環(huán)節(jié)。教師制作多個機械工程控制系統(tǒng)實例分析的題目，讓學生在課程結束前對一個典型機械工程控制系統(tǒng)進行建立數學模型、時間響應分析、頻率響應分析、Matlab仿真、參數計算和分析等，涵蓋課程的基本內容，可以幫助學生梳理課程主線和內容，鞏固和加深學生對課程的理解，提高學生的實際應用能力，發(fā)揮學生的主觀能動性。課程考核采用了機械工程控制系統(tǒng)實例分析占比20%，實驗環(huán)節(jié)占比20%，試卷成績占比60%的形式。隨著社會的進步和科學技術的發(fā)展，適時對本科專業(yè)基礎課程進行教學改革是高校教學工作的重要組成部分。

通過對機械工程控制基礎課程進行教學改革探索，改善修正課程的教學內容、教學方法和考核方法，加深了學生對課程內容的理解，增強了學生理論結合實際的能力，為后續(xù)專業(yè)課程和畢業(yè)設計打下堅實的基礎，收到了良好的預期效果。