工程案例式的《機(jī)械控制工程》課程探索

吳參　陳穎　李慧穎

【摘要】機(jī)械控制工程是機(jī)械大類專業(yè)學(xué)生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本本文提出一種提出一種工程案例化的教學(xué)模式改革新思路，核心在于系統(tǒng)思維整體性與具體實(shí)踐可行性相統(tǒng)一，將每一位學(xué)生作為獨(dú)立項(xiàng)目負(fù)責(zé)人來(lái)培養(yǎng)，結(jié)合工程化實(shí)際案例，鍛煉學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，踐行以學(xué)生為核心的教育理念。

【關(guān)鍵詞】工程案例式 機(jī)械控制工程 工程教育

【基金項(xiàng)目】杭州電子科技大學(xué)高等教育研究課題（YB201620）；杭州電子科技大學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂改革項(xiàng)目（1號(hào)）；浙江省高等教育學(xué)會(huì)2015年度高等教育研究課題（17號(hào)）；浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)2016年度通識(shí)教育課程（TS201613）。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）22-0238-02

1.引言

《機(jī)械控制工程》是機(jī)械大類專業(yè)學(xué)生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是利用經(jīng)典控制理論的基本原理解決工程實(shí)際技術(shù)問(wèn)題的一門學(xué)科。它從物理實(shí)際系統(tǒng)出發(fā)，簡(jiǎn)化提取數(shù)學(xué)模型，對(duì)模型作時(shí)域、頻域分析，進(jìn)一步確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最終設(shè)計(jì)系統(tǒng)校正，是一門貼近實(shí)際背靠工程的課程。該課程在本科培養(yǎng)計(jì)劃體系中起著承前啟后的作用，所研究的問(wèn)題帶有普遍性，有利于幫助學(xué)生樹(shù)立系統(tǒng)的概念，為后續(xù)課程提供理論基礎(chǔ)和分析設(shè)計(jì)方法，并為學(xué)生運(yùn)用控制原理的方法分析和解決各種實(shí)際問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。本文提出一種工程案例化的教學(xué)模式改革新思路。該思路的核心在于系統(tǒng)思維整體性與具體實(shí)踐可行性相統(tǒng)一，將每一位學(xué)生作為獨(dú)立項(xiàng)目負(fù)責(zé)人來(lái)培養(yǎng)，幫助學(xué)生建立控制工程的系統(tǒng)觀念，結(jié)合工程化實(shí)際案例，鍛煉學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，踐行以學(xué)生為核心的教育理念。

2.工程案例式的《機(jī)械控制工程》的教學(xué)思路與方式

本文提出一種工程案例化的教學(xué)模式改革新思路，根據(jù)車輛工程專業(yè)狀況，教學(xué)大綱將內(nèi)容重點(diǎn)放在控制理論基本概念、系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模、時(shí)間響應(yīng)分析、頻率特性分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及系統(tǒng)性能校正等幾部分而對(duì)非線性控制系統(tǒng)、線性離散系統(tǒng)及系統(tǒng)辨識(shí)等內(nèi)容在授課過(guò)程中只作總體闡述。

由此，從以下四方面開(kāi)展課程改革：

（1）重視首堂課，理清課程體系樹(shù)和知識(shí)結(jié)構(gòu)樹(shù)，讓學(xué)生心中有“樹(shù)”。

學(xué)生學(xué)習(xí)總是為一定的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)所支配。因此在第一節(jié)課時(shí)就要牢牢抓住學(xué)生的興趣點(diǎn)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)本課程在課程體系中承前啟后的關(guān)系。同時(shí)機(jī)械控制工程相較于其他課程，知識(shí)層次更加分明，每個(gè)章節(jié)間的遞進(jìn)關(guān)系尤為明顯，如圖1。

（2）引入車輛工程實(shí)例，結(jié)合實(shí)際車輛知識(shí)，讓控制“活”起來(lái)。

根據(jù)車輛工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，機(jī)械控制工程被安排在第6學(xué)期，此時(shí)學(xué)生已完成汽車?yán)碚?、汽車?gòu)造課程，同時(shí)正在進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，即已基本完成車輛專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，因此在機(jī)械控制工程課程中引入車輛實(shí)例有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，對(duì)課程內(nèi)容有更深刻與具現(xiàn)化的認(rèn)識(shí)。

（3）加入Matlab仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，讓課程“動(dòng)”起來(lái)。

將Matlab軟件引入到“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)，在很多學(xué)校已做過(guò)嘗試，并取得了很好的教學(xué)效果。本文研究在已有成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)理論課程進(jìn)度，將相應(yīng)的Matlab知識(shí)添加到課程教學(xué)。以第三章中系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析為例，對(duì)照課程中的一階、二階和多階傳遞函數(shù)，利用簡(jiǎn)單的命令，方便的實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)對(duì)各種信號(hào)的響應(yīng)仿真，并通過(guò)改變傳遞函數(shù)的參數(shù)觀看傳遞函數(shù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化趨勢(shì)，不僅達(dá)到一般的實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以達(dá)到的效果，工具軟件強(qiáng)大的“即時(shí)所得”功能大大提高學(xué)生參加仿真實(shí)驗(yàn)的積極性。

（4）考核方式改革

在考核方式上采用考試成績(jī)、團(tuán)隊(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)成績(jī)、個(gè)人虛擬實(shí)驗(yàn)成績(jī)、習(xí)題成績(jī)、課堂討論成績(jī)相結(jié)合的方式，并建立完整可靠的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。同時(shí)增加學(xué)生課程學(xué)習(xí)體驗(yàn)及心得報(bào)告反饋，來(lái)促進(jìn)明確課程改革的進(jìn)一步方向。

綜上所述，工程案例式的《機(jī)械控制工程》課程實(shí)施有望實(shí)現(xiàn)如圖2所示的課程內(nèi)容時(shí)間安排形式。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工程案例化的方式能有效推動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生系統(tǒng)思維的能力；通過(guò)工程項(xiàng)目的演示與虛擬實(shí)驗(yàn)的操作，以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；通過(guò)面向工程項(xiàng)目虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、抽象化、編程、歸納等一系列活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目組織與協(xié)調(diào)的能力、創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的動(dòng)手能力。為推動(dòng)學(xué)生素質(zhì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展，滿足工程化企業(yè)需求打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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