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《機械工程控制基礎》課程的教學法探討及幾點體會

日期:2013-11-22 10:17:12 來源:www.078045.live 作者:優質論文網

【摘 要】“機械控制工程基礎”是機械工程類學生一門重要的專業基礎課。該課程內容較抽象,理論性強。針對“機械工程控制基礎”課程在教學中存在的問題,文章結合自身教學體會,提出了在課程的教學手段、教學方法、實驗教學等方面進行改革,以達到提高課程教學效果的目的。
  【關鍵詞】機械工程控制基礎;教學改革;教學實踐

  “機械工程控制基礎” 是機械類本科專業學生必修的一門重要專業基礎課,課程的主要內容是根據控制論的理論基礎,研究機械工程技術中廣義系統的動力學問題。本課程的主要目的在于 培養學生以動態、整體、聯系的觀點研究分析一個機械工程系統,運用控制論中的基本概念和方法,解決機械工程領域中有關自動控制及系統動力學方面的問題。并 且也可為后續的機械類相關課程的學習,如測試技術、數控機床、機電一體化系統設計等打一定的理論基礎。 機械工程控制基礎研究的問題帶有普遍性,對工程實踐具有重要的指導意義,該課程的開設對培養學生運用控制原理的基本方法,提高分析和解決各種工程問題的能 力奠定扎實的理論基礎。但是,由于該門課程比較抽象,學生的學習熱情不高,學習效果也不理想,甚至產生厭學的情緒。從而影響到該課程的教學質量;同時,導 致學生知識體系鏈中出現斷鏈,制約其整個知識結構的和諧建立。 因此,對“機械控制工程基礎”課程進行適當的教學模式改革,對于提高該課程的教學質量,和諧構建學生的專業知識體系都是十分必要的。 本文針對這種現象,提出了在課程的教學手段、教學方法、實驗教學方面進行改革,以達到課程教學的目的。
  人的各種活動都是由一定的動機所引發的,學生學習也總是為一定的學習動機所支配。研究證明,學習動機與學習效率之間遵循“耶爾克茲—道德遜”定律,即 一般說來,動機強度大,學習積極性高,學習的潛能就會得到最好的發揮,學習效率也高,而動機強度小或完全缺乏動機,則學習效率就差。 要使學生較好地掌握“機械工程控制基礎”的知識乃至此學科方面的理論,激發他們的學習興趣、學習動機至關重要,“緒論”這一章節講授主要著重點就在于此。 “緒論”的教學主要從以下幾方面著手:一是,抓住當代大學生學習掌握最新知識的欲望強、擔當現代化建設的使命感強的特點,結合控制論在空間技術、國防軍事 領域、機械制造過程自動化等方面的具體應用事例,讓學生充分了解機械制造技術發展的一個明顯而主要的動向是越來越廣泛而深刻地引人了控制理論, 控制論在機械系統中的應用將具有無窮的生命力,學生所學的相關知識將有廣闊的用武之地;二是,通過對控制論發展的簡單回顧和對中國科學家在其中所取得的成 就、所做出的貢獻的介紹,發揮榜樣的作用激發學生的學習熱情;三是,將這門課程的框架、特點、所要求的相關知識等簡要向學生介紹,幫助學生樹立明確的學習 目的,強化學習的內在動機。
  “良好的開端是成功的一半”興趣是最好的老師”,在學習課程開始, 激發和培養學生學習這門課程的興趣和動力是教學的首要問題。
  在第一堂課,首先,介紹控制工程應用狀況的翔實例子,從日常生活(洗衣機、電冰箱、空調等)到高科技領域(人造衛星、宇宙飛船等),使同學充分認識到 控制技術在工程和科學技術中的作用,激發起學生的學習興趣和學習控制技術理論知識的渴望;然后,闡述控制理論的發展歷史、控制理論體系以及機械工程控制理 論的研究對象與任務,以使同學對本門課程體系有一個整體的認識,與此同時也將控制理論學習中的難點擺出來,并結合控制理論的特點給出如何學習的方法,說明 整個課程教學安排。 通過這些舉措,既激發了學生學習課程的濃厚興趣,又使同學對課程整體有一個認識,從而形成了一個良好的開端。
  創新意識是人類意識活動中一種積極的、 富有成果性的意識形式。一個人根據社會和個體生活發展的新需要,誘發某種創新的動機,表現出創新的意向和愿望,即為創新意識。 創新意識是人們進行創造活動的出發點和內在動力,是創新思維和創新能力的前提。 培養創新思維, 應該首先制定出適合于培養創新意識與創新思維的教學大綱。除應明確傳統教學大綱對基本內容與學時的要求外,還應該明確哪些內容應該精講、哪些內容應該自 學、哪些內容應該采用多媒體教學,哪些內容應該展開討論,哪些內容應該開設實驗。 特別是有助于培養創新思維的討論性環節,大綱中應該明確具體內容與要求,設計可選方案。近幾年,我們按照新大綱要求,在數學模型建立方法討論課前要求學生 查閱一定數量的參考文獻,結合具體對象,圍繞建立方法進行討論,把學生推上了學習認識活動的主體地位,培養了學生思維的廣闊性、獨立性、思維的深刻性和邏 輯的創造性,極大地激活了學生的創新思維,有效地培養了學生的創新品質,取得了較好的效果。
  教材是教師教和學生學的重要課程資源,教材的內容及編排既要闡述本門課程的基本知識和理論,同時也要符合專業培養目標和教學原則,是教師進行備課以及 學生學習的一個重要工具,尤其是作為學生自己課前預習和課后復習的重要參考資料。 華中科技大學編寫的《機械控制工程基礎》是普通高等教育“十五”國家級規劃和面向 21 世紀的課程教材,集中了機械類人才培養模式和課程內容體系等方面的成果,為此,將該教材選為授課的主要參考教材,同時還選用清華大學編寫的《控制工程基 礎》作為教學的輔助參考教材。 “機械控制工程基礎”內容比較多而且也比較抽象,在規定的學時內很難講授完全部內容,需要在教學大綱的基礎上對教學內容進行統籌和優化,精選教學內容。遵 循教學大綱和選定的教材,并根據我校機械工程專業狀況,我們把課程教學內容重點放在控制理論基本概念、系統數學建模、時間響應分析、頻率特性分析、系統穩 定性分析及系統性能校正等幾部分,而對非線性控制系統、線性離散系統及系統辨識等內容在授課過程中只作總體闡述。在教學內容的組織上采取循序漸進,逐步深 化,強調基本概念的理解和應用及其相互聯系, 減少一些定理和公式的詳細推演。
  考慮我校學生的特點———基礎知識底子薄,畢業后多數到生產一線工作,在大學階段要逐步培養成為基礎扎實,強化能力和素質,適應能力強的應用型工程技 術人才。在教學過程中,注重內容充實夠用,難度適中,采用傳統的板書教學與多媒體教學手段有機結合,充分發揮這兩種教學手段的各自優點,并注重課堂教學中 與學生互動,隨時了解學生的學習狀態和對知識的理解和掌握程度,調整課堂節奏,充分調動了學生的學習主觀能動性;并布置一定量的典型課后作業,有針對性地 復習鞏固課堂教學的重點知識,及時批改作業并講解作業中的難點,教學效果很好。
  多媒體教學是隨著計算機技術的發展而逐步走進我們的課堂,它改變了傳統的用黑板板書的教學方式。 采用多媒體教學,可以不需要在教學中花費大量的時間在書寫黑板上,提高了教學效率。并且,可以利用多媒體教學形象、生動地講解工程實踐知識。同時,根據我 校機械工程控制基礎的教學要求,開發了一套多媒體教學課件。 在多媒體教學課件中,一方面注重基本概念的講解,理論公式的推導過程,另一方面多注意應用 FLASH 制作動畫,運用 MATLAB 軟件講解控制理論的仿真。 同時,增加自動控制方面的講解實例,如溫控系統、閉環交流伺服位置控制系統等。通過多媒體教學,將講解理論與實踐聯系起來,培養學生對該門課程的興趣,有 效地達到教學的目的。
  “機械控制工程基礎”課程的理論性強,本課程所討論的基本問題是在工程實踐的基礎上提升和抽象出來的內容,是分析和設計控制系統的共性問題。 特別是隨著現代科學技術的迅速發展,自動控制技術的應用越來越廣泛,課程的內容在不斷地豐富,課程講授對象也日漸廣泛,要求越來越高。 但課程內容的特點往往使學生因缺乏對實際控制系統的感性知識,而感到學習的內容比較抽象,進而影響學習效果,所以在教學過程中,要重視理論和實際相結合。 比如,講到自動控制系統的組成時,多舉一些生產過程的實例,如水位自動控制系統,液壓伺服系統,自動生產線控制系統,空調自動控制系統,遠程導彈自動跟蹤 系統等等,講透其工作原理,則很容易提高學生的學習興趣,并充分發揮其學習的主動性;在講數學模型時,以數學建模的實際例題作為開場白,充分調動學生的學 習積極性,并提高教學效率及效果,提高學生分析問題和解決實際問題的能力;講到穩定性判據時,可以適當插入本門課程的學科背景知識,如勞斯、胡爾維茨及奈 奎斯特發明各自的穩定性判據的時間、潛在資質、外界環境、引起的效應和相互的比較等。 這樣,以看似講故事的方式,既克服了自動控制理論的抽象性,又堅定了自動控制理論來源于實踐又再次指導實踐的 “實踐~理論一實踐”觀念,使學生的學習目的更加明確,思維更加開闊,從而很好地促進教學效果。
  《機械控制工程基礎》是一門與實際生活聯系緊密的課程,在現實生活中隨處可見控制系統的例子??梢韵忍釂?,如“哪位同學能說說抽水馬桶的整個運動過 程?”學生們說出運動過程還是不難的,可能不會聯系到“控制”這個詞,但他們都會在潛意識中思考這個問題,在大家的你一言我一語中,教師再把這個問題總結 到控制當中去,這樣即調動了學生們的主動參與的積極性,又活躍了課堂氣氛。
  “機械工程控制基礎”是機械工程類本科生一門應用性、實踐性很強的專業基礎課程,其實驗教學與實踐環節不僅是理論教學的深化和補充,對于培養學生綜合 運用所學知識,解決實際問題的能力,也起著非常重要的作用。 開展實驗教學課程體系、內容、方法的研究,規范實驗教學,建立與理論教學改革相協調的實驗教學體系,才能保證和提高實驗教學質量,因此實驗教學的合理設置 是非常重要的。 實驗教學目標是提高學生科學實驗素質,培養創新和工程實踐能力,實驗教學任務是通過設置一些基本的、綜合的、以及探索性的實驗項目,培養學生對機械工程控 制系統的分析、設計與應用的實驗技能,提高學生的綜合素質與能力。
  由于條件限制,一直以來,我校的“機械工程控制基礎”課程實驗主要是驗證性實驗,實驗課依附于理論教學,實驗內容不系統,不明確,隨意性大,形式松 散,通常是學生用機,老師輔導,教師是被動的.嚴格來講,這種實驗只能稱為學生用機,談不上實驗教學。學生中普遍存在著理論與實踐脫節、高分低能的現象, 不少學生修完了課程,拿到了高分,但對于控制工程的理論知識認識并不深刻,尤其在實際應用中不能學以致用. 機械工程控制基礎是一個復雜的知識體系系統,控制工程實驗不僅僅是理論的驗證, 更重要的是通過對實驗上機和操作,培養學生對機械工程控制系統的設計、分析與應用的實驗技能,加深對自動控制理論知識的理解與應用。 針對這種現狀,對該課程的實驗進行改革是必須且重要的。 大型軟件 Matlab 是目前控制系統仿真軟件,許多學校把該軟件作為學生學習實踐的內容,讓學生通過計算機仿真學習常見機械控制系統的建模、分析、綜合、設計的方法,自己動手 編寫程序并上機學習和實踐,仿真分析結果直接顯示打印,并通過對實際控制系統和對象的控制分析的實踐,訓練學生的獨立分析和實踐動手能力,為今后的實際工 作打下良好的基礎.
  《機械控制工程基礎》的教學體會從前面分析可以看出:機械工程控制基礎是一門理論結臺實際的相當抽象的邊緣學科。首先讓學生了解學習本課程的目的,任 務,本課程的內容及相互關系.增加學生對本課程的全都內容有所了解,提高學生的學習興趣,盡快入門。密切結合工程實際 ,結合具體實例 ;避免抽象化 ,使之知道學其所用.把抽象的概念柔進具體的實例中擊。概念準確化;盡管前面強調與工程實際的密切結合.但是控制比畢竟是一門理論性極強的技術基礎課,例 如:對于系統的概念.強調系統的屬性(如目的性);以及線性的概念等等;對于重要的概念一定要準確化。抓重點、攻難點,作到重點突出、難點分散,并使整個 課程內容在密切結合實際的情況下,系統化;每節課在課前要指出本節課所講的內窖,并且明確指出本節要解決的問題.重點及其難點,引起同學們的注意。
  注重開闊學生思路,從多種角度考慮問題。 在拉普拉斯變換數學基礎一章,不去證明拉氏變換的嚴密性,而在拉氏變換的形成過程花費較多時間,讓學生學習亥維賽(Hauside)先生的思想方法,在數 學模型建立一章,增加機械阻抗的概念,并延伸到機電模擬。一是為了開闊思路,二是為了掌握一種方法。作業的形式多樣化,除正常作業外,布置一些思考題。 同時注重題目的類型和密切結合實際, 在保證學生鞏固所學知識的前提下,盡可能減輕學生的作業負荷量始終保持救學、作業整個過程系統化。
  教學改革的目的是提高教學效果,培養學生學習的積極性、主動性,從而達到培養學生的分析問題和解決問題的能力。 教師要樹立為學生服務的思想,不斷對教學進行改革,以使自己的教學適應學生的需要。 同時,對課程的教學改革,一定要得到學校主管部門的支持,才能使教學改革得以實踐。
  【參考文獻】
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