“機械工程控制基礎”課程教學模式改革

胡月明　張龍　袁奎　陳家兌　趙津　張大斌

摘 要 近年來在國家不斷深化提倡工程教育、新工科改革和思政入課堂等新教育教學思想和理念的指導要求之下，現行的“機械工程控制基礎”課程教學理念和教學模式與時代要求存在諸多問題，亟待改革。本文從課程教學理念、思政融入、教學設計、考核評價以及能力培養等多方面對“機械工程控制基礎”課程教學模式進行了全方位的改革探討和總結。

關鍵詞 機械工程控制基礎 教學 改革

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.05.056

Abstract In recent years， under the guidance of the new educational teaching ideas and ideas， such as engineering education， new engineering reform and ideological and political education into the classroom， there are many problems in the current teaching concept and teaching mode of mechanical engineering control foundation and the requirements of the times， which need to be reformed. This paper discusses and summarizes the teaching mode of mechanical engineering control from the aspects of teaching concept， ideological and political integration， teaching design， evaluation and ability training.

Keywords Fundamentals of mechanical engineering control; teaching; reform

1 現狀與問題

“機械工程控制基礎”是本科機自專業一門重要的專業必修課，是銜接基礎課與專業課間的重要橋梁，課程對學生今后工程能力的實現具有重要意義。目前該課程的教學在我院存在一些問題，已經不能很好的適應國家倡導的新工科、工程教育和思政入課堂的新時代教育形勢。

（1）“思政教育”融入課堂不足。由于課程的理論性極強且教學內容多，所以教師的教學難度和學生的學習難度都很大，整個教學過程都被知識點學習和解決問題的能力培養所占用，未能切實有效的將思政教育與知識和能力的培養和學習有機融合，忽略了全國高校思想政治工作會議、全國教育大會和新時代全國高等學校本科教育工作會議中對于充分發揮課堂教學育人，將思想政治教育融入課堂的精神要求。

（2）教學研究及教育理念跟進不夠。為適應新教育理念和形式，2016年學院制定了新的專業培養計劃，相比老的培養計劃，理論授課學時減少了20%，但教學內容和教學質量要求更高，因此出現了很多新問題，必然要求與之對應的教學研究和教育理念的更新研究。

（3）教學方法較單一。目前的教學模式主要還是以教師為中心的講授法，原因是課程理論性強，學時少，內容多，難度大，為符合教學大綱的要求，基本就是滿堂灌，師生疲于奔命，過于強調“教”，而忽略了學生的“學”，教學質量和學習效果難以提高。

（4）課程考核不科學。課程改革前的考核方式為“平時成績10%+實驗成績20%+期末考試成績70%”組成，可見考核結果過于強調期末考試，對學習過程不夠重視。此外平時成績主要依據是學生的出勤，忽略了學習態度、學習效果、作業和課外等方面的表現，可見課程考核“重結果，輕過程”，存在不科學性。

（5）教學評價欠規范。目前除期末考試有統一的評價標準之外，其余考核項目均由任課老師單獨評定，分數給定較為主觀，缺乏一個相對統一的評價標準。相關教學文件和評價依據等資料的不完善使教學過程的執行和管理都不夠規范。

2 教學模式改革

（1）課程目標。基于工程教育、新工科和思政育人等思想和理念，重新修訂課程教學目標為——使學生具有愛國情懷、科學精神、職業道德和高尚品質，具備扎實的機械工程控制理論基礎知識、擁有較強的分析、解決機械工程相關問題的能力，為后續專業課程的學習和培養解決復雜工程問題的能力奠定堅實的基礎。

（2）教學形態。新教學形態以教師為主導、學生為主體，教師是學習組織者、指導者和幫助者，通過教學促進和引導學生主動學習，最終實現以學生為中心的學習形態。

由于是合班教學，學生人數眾多，不宜采用翻轉課堂、課內全員討論等教學形式，因此主要采取的是以教師為主導、學生為主體的探究式教學、問題式教學和自主式學習等形式，新的教學形態強調的是學生的學習過程和學習效果。

（3）課程考核與評價模式。為打破“重考試結果，輕學習過程”的舊考核模式，將期末考試成績比例下調至50%，平時成績比例上調至30%，實驗成績比例保持20%，其中平時成績涵蓋考勤、作業、拓展任務和小論文等項目，同時制定了詳細的課程考核和評定辦法，考核項目貫穿整個課程教學過程。由此課程考核比重向過程考核傾斜，以激勵和引導學生主動學習，培養和提高學生的綜合素質和能力。

（4）思政教育與課堂的融入。課程知識和能力的培養主要是通過數學將各種機械原理、物理、電學和力學等學科知識糅合貫通在一起，進而闡明控制理論的核心思想。正是基于具有多學科知識交匯的特點，從而能方便地將思政教育有機融入課堂。如介紹錢學森所著《工程控制論》時，除強調后續學者將錢學森列為現代控制理論的開拓者之外，可向學生講述錢學森當時著書的歷史背景，以及錢學森如何克服重重阻撓，放棄美國的優厚待遇回到新中國進行科學研究，為國奉獻一生的事跡，從而將思政教育潛移默化地融入到課堂，以此激發學生的愛國主義熱情和艱苦奮斗、執著探索的科學精神。再如，在介紹機械工程控制前沿時，可結合高檔五軸加工中心，介紹我國的突破性進展，進而弘揚新時代的大國精神，宣揚擼起袖子加油干的這一時代召喚，增強學生的“四個自信”。

總而言之，思想政治教育能夠方便的融入在本課程專業知識內容中，可以在潛移默化之中既增加學生學習的興趣，又使學生在政治思想覺悟上有所提升。促進“控工與思政”教育有機結合，達到教書育人的效果。

（5）教學理念與工程實際融合。目前主流課程教材內容體系編撰大多還是沿襲以傳統數學推導為主線脈絡進行論述總結，這與時代發展、工程實際和新工科教育已經凸顯矛盾。如系統穩定性判斷中的勞斯判據，傳統教學就是將勞斯陣列表與勞斯穩定性充要條件進行理論講述，進而要求學生理解掌握，導致學生只是學會了構造勞斯陣列表并根據穩定充要條件進行穩定性判斷，似乎變成了數學問題的求解，明顯脫節于工程。我們培養的是工程師，應將控制論思想和方法與時代一起進步。因此我們嘗試采用較短的時間說明勞斯判據產生的歷史背景，簡明扼要講述了勞斯判據的基本原理和使用，進而結合計算機和MATALB軟件對高次微分方程進行求解及穩定性判斷，說明工程實際中的現代設計方法和手段，同時要求學生課下進行試用和總結。這樣既結合了穩定性原理的學習，又將工程實際進行了有機結合，展現了工程設計的現代化和先進性。

（6）教學內容與方法的統一。為適應學時縮減，而內容和要求卻不斷提高的形勢，我們以工程教育、新工科教育及思政教育等為核心指導思想，以知識、能力和素質的培養為目標，制定和修訂了新的課程標準、教學大綱和教案等教學文件，結合教學內容引入工程軟件MATLAB進行融合教學，把工程實際處理方法和手段帶入課堂，大大激發了學生的學習興趣，使學生在有限的課堂時間里獲得了更多的信息量，極大的提高了教學效率和效果。為培養學生的自主學習能力，我們安排了部分易理解、適合自學的知識點（如梅森公式等）為課后自學內容，以此激活和調動學生課后自主學習能力，此外充分發揮國家精品課和MOOC課資源，要求學生查漏補缺，廣博名師取眾家之長。需要注意的是教師一定要適時跟進、監測、消解，以多種方式鞏固學生的學習成果，最終使教學目標的達成度更高。

（7）知識拓展和綜合能力培養。僅學習課本知識，已不能適應新教育理念的時代要求，學生也希望能更多地了解所學知識與工程實際之間的關系、技術熱點等。為此我們在教學中除了布置傳統的課程作業外，更是針對課程重要知識和布置了7次課外拓展任務。如在學習完微分方程相關知識點后，要求同學課后通過圖書、網絡和期刊等途徑去搜索查閱臺灣101大廈風阻尼器的有關資料，完成如下任務。①探究101大廈風阻尼器的構成結構。②結合所學知識，根據構成結構，繪制其彈簧、質量塊和阻尼器系統圖。③結合調諧質量阻尼器原理分析101大廈風阻尼器，說明其抗風防震原理。

該拓展任務培養了學生收集閱讀資料的能力，激活了學生分析、思考和總結的能力，又鍛煉了學生自主學習和終身學習能力。同時增進了學生對臺灣的認識和了解，進而樹立祖國統一的思想，還有機的將所學知識和工程實際緊密聯系在一起。

此外課程小論文寫作環節則是對學生綜合能力的培養，通過課程小論文的寫作，促進學生對相關控制理論的理解和掌握及分析解決問題的能力，鍛煉自主學習、溝通協作和將理論知識遷移到工程實際的能力，培養文獻查閱、收集及整理能力，拓展前沿理論和熱點問題的技術視野，提高論文寫作能力，樹立愛國奉獻、職業道德和科學精神等高尚品質。

（8）完善課程實驗考核。課程實驗是培養學生運用課程理論去分析、設計和動手解決實際問題能力的重要環節，也是評判學習效果的重要指標，我們將課程實驗考核改革為以考勤、操作、實驗表現及實驗報告為組成項目的綜合考核，并制定了詳細的考核評價文件，將考核貫穿于整個實驗過程，強化了過程管理和評價，從而有效培養了學生的知識運用、實驗設計和動手實踐能力及分析歸納解決問題的能力，提高了學生的綜合素質。

3 展望

教學改革的實施使課程與工程實際聯系更加緊密、信息量增大、學習節奏緊湊、培養了學生自主學習和科技論文的寫作能力、提高了個人修養和品質，更加重視學習的過程而不僅是考試的結果。但也存在一些不足，如合班教學中人數眾多，無法對每個人給予同樣的關注和指導，其次學生基礎參差不齊，自律能力不同，對教學要求的制定實施帶來困難，如何因材施教值得探討，此外如何更好地將理論基礎課與新工科和工程教育相融合仍值得繼續研討。

參考文獻

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