基于CDIO工程教育模式對(duì)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》教學(xué)改革探討

王道累+王昊+楊峰+李敏

摘要：本文采用CDIO工程教育模式對(duì)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)并不斷的嘗試、反思、總結(jié)，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)成長，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵字：CDIO；機(jī)械工程；控制理論

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）14-0120-02

一、引言

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》目的在于使學(xué)生能以動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)去看待一個(gè)機(jī)械工程系統(tǒng)，而不是靜態(tài)觀點(diǎn)；從整體的而不是分離的角度，通過系統(tǒng)中信息之間的傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來分析、反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為；能結(jié)合工程實(shí)際情況，進(jìn)行分析、研究其中的問題，再應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法去解決問題。在教學(xué)過程，采用CDIO工程教育模式。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程的理論、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)等[1-4]。同時(shí)，也對(duì)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》這門課程的深入的學(xué)習(xí)進(jìn)行不斷的嘗試、反思、總結(jié)，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)成長，提高教學(xué)效果。

二、CDIO教學(xué)案例描述與分析

運(yùn)用CDIO思想，對(duì)日常生活中使用家用電器等進(jìn)行啟發(fā)式教育。比如日常家電電冰箱，啟動(dòng)學(xué)生思維想象，如何使電冰箱進(jìn)行工作，如何構(gòu)思它的這個(gè)結(jié)構(gòu)，如何設(shè)計(jì)好各個(gè)部件，如何使各部件協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)及運(yùn)作等[5-7]。我們來分析一臺(tái)電冰箱的結(jié)構(gòu)和制冷原理。

1.構(gòu)思。這臺(tái)冰箱它要完成什么功能，進(jìn)而可以設(shè)計(jì)出其結(jié)構(gòu)組成，比如該臺(tái)冰箱要有冷卻等功能，因此它可以由冷卻器、壓縮機(jī)、散熱器，并且它們之間要用一根裝有一種沸點(diǎn)很低的制冷劑管道相連。為了能使制冷劑不斷地在管道里循環(huán)，壓縮機(jī)要安裝在管道的底部。此時(shí)，當(dāng)制冷劑流動(dòng)到狹窄的毛細(xì)管時(shí)，這時(shí)散熱器就要開始對(duì)外放出熱量，由于制冷劑在細(xì)管里受到強(qiáng)大壓力，由氣態(tài)變成液態(tài)。當(dāng)制冷劑通過由較粗的管道組成的冷卻器時(shí)，制冷劑由液態(tài)立即變?yōu)闅鈶B(tài)，由于壓力突然降低，從而吸收電冰箱內(nèi)的熱量，這樣便使使箱內(nèi)的溫度降低，達(dá)到制冷的效果。

2.設(shè)計(jì)。通過構(gòu)思出冰箱整體結(jié)構(gòu)，那么就可以根據(jù)整個(gè)冰箱組成特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)（如圖1所示家用電冰箱）。

3.實(shí)現(xiàn)。通過電冰箱的結(jié)構(gòu)和制冷原理分析，運(yùn)用控制理論分析和給出控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，再進(jìn)行分析各個(gè)模塊意涵。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由輸入、輸出模塊，控制處理模塊、檢測(cè)與反饋模塊、以及工作電路所組成。各模塊之間相互聯(lián)系與合作，通過各自功能不同，完成不同任務(wù)，并將結(jié)果傳遞給下一個(gè)模塊。最終達(dá)到冷卻的控制效果。

4.運(yùn)作。電冰箱工作原理如下，（1）當(dāng)接通電源后，控制電路發(fā)出指令執(zhí)行接通壓縮機(jī)工作電路，隨著制冷劑不斷地在管道中循環(huán)，電冰箱內(nèi)熱量被吸收，使電冰箱內(nèi)的溫度下降。同時(shí)，箱內(nèi)溫度不斷地被冷藏室內(nèi)的溫度傳感器檢測(cè)，控制（處理）部分接收到溫度變化反饋的電信號(hào)，然后對(duì)預(yù)置的溫度和反饋的溫度進(jìn)行比較、分析、處理。當(dāng)電冰箱內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，電磁繼電器會(huì)接收到控制部分發(fā)出指令，繼電器便立即切斷壓縮機(jī)工作電路，制冷工作停止。（2）當(dāng)電冰箱內(nèi)溫度回升并超過設(shè)定溫度時(shí)，控制部分又發(fā)出指令，使電磁繼電器接通壓縮機(jī)工作電路，壓縮機(jī)重新工作并進(jìn)行制冷。

三、CDIO教學(xué)方法反思

對(duì)于教師來講，在教學(xué)過程中不能只傳授書上的理論知識(shí)就行了。必須隨時(shí)留意日常生活遇到的問題，通過引導(dǎo)與啟發(fā)，讓學(xué)生講理論知識(shí)與日常生活遇到問題相結(jié)合，利用理論知識(shí)分析與解決問題。做到實(shí)踐與理論相互補(bǔ)充，相互作用，這樣能加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也能通過了解實(shí)踐的應(yīng)用而且更加深刻領(lǐng)會(huì)課本的知識(shí)。

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》本身也是一門與實(shí)踐緊密結(jié)合課程。必須能讓學(xué)生參與到實(shí)踐應(yīng)用中，通過觀察周邊事物的工作本質(zhì)，結(jié)合控制理論分析，分析模型，建立控制模型輸入、輸出等信息。作為學(xué)習(xí)者，應(yīng)該不斷進(jìn)行探索控制系統(tǒng)的應(yīng)用。從不同角度分析和應(yīng)用控制理論的本質(zhì)內(nèi)容。

通過，家庭常用電器電冰箱工作原理，建立控制模型。把各個(gè)部分的參數(shù)設(shè)定好，并闡述電冰箱如何控制好的貯藏食物過程，加深對(duì)控制理論的學(xué)習(xí)和印象。

四、結(jié)論

采用CDIO工程教育模式對(duì)教學(xué)方法改革探討，對(duì)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程進(jìn)行初步的實(shí)現(xiàn)，通過學(xué)生的反應(yīng)及信息回饋，能很好對(duì)提高學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣，也能培養(yǎng)學(xué)生有獨(dú)立思考的能力。同時(shí)，也對(duì)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》這門課程的深入的學(xué)習(xí)進(jìn)行不斷的嘗試、反思、總結(jié)，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)成長，提高教學(xué)效果。

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Abstract：The course of Control Fundamentals of Mechanical Engineering is taught by the mode of CDIO engineering education. It can constantly try to reflect and summarize，then it can further promote the teaching growth and improve the teaching effect.

Key words：CDIO；Mechanical Engineering；control theory