《機電系統(tǒng)仿真》教學改革與實踐

馬文斌

（常熟理工學院機械工程學院，江蘇常熟 215500）

《機電系統(tǒng)仿真》教學改革與實踐

馬文斌

（常熟理工學院機械工程學院，江蘇常熟 215500）

《機電系統(tǒng)仿真》是機械電子工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，對學生掌握機電系統(tǒng)仿真方法、仿真思路以及結(jié)論分析等具有支撐性的作用。在實際教學過程中，存在教材與實際工程脫節(jié)、課時安排不合理以及學生積極性不高、主觀能動性不足等問題。根據(jù)教學中存在的問題，結(jié)合教學實踐，提出了合理的教學內(nèi)容、教學方法、加強學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等教學改革措施，并且在教學實踐中靈活應用，取得了較好的教學效果。

機電系統(tǒng)仿真；教學改革；教學方法

《機電系統(tǒng)仿真》是機械電子工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，是構(gòu)成機電工程方面人才知識體系的重要組成部分，也是機械電子工程專業(yè)的必修課之一。該課程主要研究和解決與機電系統(tǒng)相關(guān)的仿真問題，它主要以機電系統(tǒng)仿真常用工具軟件matlab為仿真工具，講述其在機電仿真背景下該工具的操作方法與編程思路，并針對數(shù)學模型已知的具體機電系統(tǒng)，進行動態(tài)仿真[1]。

一、教學環(huán)節(jié)中存在的問題

《機電系統(tǒng)仿真》是一門實踐性很強的專業(yè)課，主要講授有關(guān)機電系統(tǒng)仿真的知識和方法，提高學生在機電系統(tǒng)仿真方面的能力。但在教學中還存在以下幾個方面的問題：

（1）學時數(shù)太少

隨著教學改革的深入，《機電系統(tǒng)仿真》課程課時數(shù)明顯被壓縮，存在著教學內(nèi)容多，教學課時數(shù)少的矛盾，如何在較短的時間內(nèi)最大程度地提高教學質(zhì)量是該課程教學面臨的巨大難題。

（2）教材與實際工程脫節(jié)

現(xiàn)階段針對應用型本科的培養(yǎng)目標，機電系統(tǒng)仿真課程在內(nèi)容安排上要充分考慮對實際工程問題的處理，而教材內(nèi)容則多注重仿真方法的敘述和仿真工具的使用。面向工程實際的機電系統(tǒng)仿真知識應該是以實際工程問題為突破口，仿真方法是處理思路，而仿真工具的使用則是在解決問題的過程中完成。

（3）教學模式改革

傳統(tǒng)的教學模式往往只重視理論教學，在課程設置時安排少部分課時作為實驗教學用，但是在《機電系統(tǒng)仿真》課程中，由于課程涉及的內(nèi)容非常廣泛，僅就掌握仿真工具而言，采用傳統(tǒng)的教學模式進行教學已經(jīng)難以滿足教學的需求，結(jié)果往往是教師在講臺上講解，學生做課堂記錄。但是在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，由于學生親自動手的機會太少，盡管已經(jīng)記錄了課堂內(nèi)容，但是仿真工具仍然無法熟練使用[2]。

另外，由于該課程的特殊性，機電系統(tǒng)往往不會僅局限于某一種或幾種系統(tǒng)，因此課程涉及到的相關(guān)知識很多，涉及到的概念和公式更多，所以課堂上往往需要學生對其他課程的相關(guān)知識比較熟悉，這就對傳統(tǒng)的教學方式提出了更高的要求[3]。

（4）理論與實踐脫節(jié)

近年來，由于系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展，許多更完善的仿真方法以及仿真手段被應用于機電系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，而掌握這些仿真技術(shù)本身就需要較多的時間，因此在有限的課時內(nèi)，很難將實際工程中復雜的系統(tǒng)直接對學生講述清楚。如果簡述仿真方法，在講解仿真實例的過程中又會帶來學生難以理解的問題。因此在較少的課時數(shù)和傳統(tǒng)的教學模式下，機電系統(tǒng)仿真課程很容易出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的問題[4]。

（5）生源素質(zhì)下降

隨著高校的擴招，生源素質(zhì)整體下降，學生在新知識的接受和能力的訓練方面，較過去都有明顯的降低，許多學生基礎(chǔ)不夠扎實，涉及到的相關(guān)課程知識不清楚，未能構(gòu)成完整的知識體系，這些都給本課程的教學帶來了很大的困難。

二、教學改革的主要措施

近年來，我們在教學工作中進行了一些摸索和嘗試，取得了明顯的效果。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.改革教學內(nèi)容

由于教學課時數(shù)被壓縮，教師不得不制定新的教學計劃，編排新的教學內(nèi)容。在教學內(nèi)容的編排方面要做到重點突出，任務明確。本課程由兩部分組成：機電系統(tǒng)仿真方法和機電系統(tǒng)仿真實例的練習。由于目前電腦已經(jīng)普及，因此要調(diào)動學生的積極性，通過學生之間相互交流仿真工具使用心得和系統(tǒng)仿真方法等手段，使得學生在課后能夠利用大量的時間熟悉和掌握系統(tǒng)仿真軟件，這樣在課堂上就可以節(jié)約大量的時間用于機電系統(tǒng)仿真關(guān)鍵性問題的重點講述。在機電系統(tǒng)仿真實例方面，通過事先布置仿真實例，事先要求學生預習的方法，促進學生課余時間查閱相關(guān)資料，課堂上通過提問和剖析仿真思路對學生進行引導，重點培養(yǎng)提高學生的分析問題能力和解決問題能力[4]。

2.改進教學手段

（1）運用現(xiàn)代虛擬實驗室開展教學

在《機電系統(tǒng)仿真》課程教學過程中，首先要讓學生在充分理解仿真原理的基礎(chǔ)上熟練掌握系統(tǒng)仿真工具。利用現(xiàn)代教學手段，在虛擬實驗室中開展以學生自主練習為主線的教學過程，教師為導引，著重于思路和方法的介紹，分析。這種方法的教學效果遠遠好于傳統(tǒng)的課堂教學，不但實現(xiàn)了學生對教學內(nèi)容的練習、思考進而掌握其精髓，而且使學生的學習興趣倍增，對知識點的理解更加深刻，大大增強了教學的信息量，強化了教學效果。

（2）聯(lián)系工程實際，啟發(fā)學生思維

教學中教與學的關(guān)系已經(jīng)得以轉(zhuǎn)化，教師的引導與學生的自主學習結(jié)合可以取得較好的實踐效果。但是由于該課程的性質(zhì)決定了系統(tǒng)仿真必須要同工程實踐相結(jié)合，離開了實際問題，仿真就失去了意義。因此在教學過程中在充分理解仿真原理的基礎(chǔ)上，盡量列舉一些實際工程實例，通過對學生其他課程中接觸到的實驗或者熟悉的機電過程進行仿真。由于實例是學生比較熟悉的，因此學生對這部分知識的興趣和探究欲望非常強烈，對知識的理解和運用起到了很好的促進作用。如在控制工程基礎(chǔ)中講述的汽車減震系統(tǒng)的數(shù)學模型，在機電系統(tǒng)仿真課程中可以對該模型的特性做出具體分析和優(yōu)化，從而增加了學習的趣味性。

（3）與時俱進，激發(fā)學生的學習興趣

教師在這門課的教授中，應該充分考慮到課程的特殊性，即：仿真對象可能來源于機電類的各種系統(tǒng)，因此對學生教學過程中相關(guān)知識的把握要到位。尤其是在科技加速發(fā)展的今天，各種先進的控制手段和控制部件都運用到機電設備中，如先進的伺服系統(tǒng)，雙閉環(huán)調(diào)速過程等，這就要求教師不但對教學內(nèi)容熟練掌握，而且對機電行業(yè)新的技術(shù)動態(tài)，也能夠較好地傳授給學生。只有這樣，才能激發(fā)出學生對未知領(lǐng)域的求知欲。

3.改革實踐教學環(huán)節(jié)

為了增強學生的動手能力和解決實際問題的能力，不但要求學生認真完成在課內(nèi)安排的必修實驗，完成相關(guān)的實驗報告和分析，還要充分利用學生的課余時間，調(diào)動學生的積極性，通過布置大作業(yè)的方式，彌補實踐教學課時數(shù)的不足。

（1）將自然班按照一定的規(guī)則分為若干組，每組一題，教師負責尋找合適的教學材料和仿真課題交給每組組長，并且充分講解題目涉及到的知識體系以及相關(guān)的參數(shù)。

（2）每一組由組長負責給組員安排任務，并且將安排情況報告給教師。教師限定完成時間和仿真要求。

（3）利用業(yè)余時間完成作業(yè)后，要求每組組長給全班講解本組的仿真原理與仿真結(jié)果，并且對本組組員在本次作業(yè)中的完成情況進行點評，全班打分。

（4）最終所有的題目由教師點評，并且從中提取出精華和缺陷，對全班同學進行深入講解，重視分析和解決問題的能力。

整個實踐教學的大作業(yè)過程要注意教師的任務。教師的作用主要是引導，不是代替學生完成自己的工作。對組長任務分配和學生完成作業(yè)過程中遇到的問題，教師應該及時地進行指導，并且對遇到的具有共同性的問題進行集中講解。講授過程中一定要注意，重點是解決問題的思路和方法。

4.習題的講解

通過大作業(yè)可以使學生對所學知識更進一步加深理解，平時的作業(yè)可以使學生對本次課程的內(nèi)容進行鞏固。習題的講解重在講解原理和思路。針對存在的抄襲現(xiàn)象，習題布置過程中要注意題目的難易搭配和必做題與選做題的比例。

三、教學改革的成效

1.培養(yǎng)了學生的綜合應用能力、實際動手能力、分析問題和解決問題的能力，學生能夠根據(jù)工程項目的設計要求，完成重要系統(tǒng)的仿真，從而為實際工程開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.培養(yǎng)了學生的學習興趣，提高了教學質(zhì)量。

3.在大作業(yè)中增強了學生的團隊合作精神和意識，培養(yǎng)了學生的協(xié)作能力。

值得注意的是，在該課程的教學改革中，要注重每一個教學環(huán)節(jié)的質(zhì)量，把握學生的學習興趣，充分調(diào)動學生的學習積極性，發(fā)揮其開拓創(chuàng)新的精神，使得學生在教與學的過程中享受知識帶來的愉悅，使高校培養(yǎng)出更多優(yōu)質(zhì)合格的工程技術(shù)人才。

［1］高雷雷.“機電傳動控制”教學改革與實踐［J］.林區(qū)教學，2010（7）：9-10．

［2］羅玉元.工控組態(tài)軟件在機電傳動控制實踐教學中的應用［J］.紹興文理學院學報，2009，29（10）：94-98．

［3］李清香.機電傳動控制實驗中Matlab仿真系統(tǒng)的研究［J］.實驗室科學，2009（3）：104-106．

［4］葉大鵬.Simulink在機電傳動控制教學中的應用［J］.福建農(nóng)林大學學報，2004，33（1）：122-125．

The Im p rovem ent of Course"M achinery and Electronics System Sim u lation"

MAWen-bin
(School of Mechanical Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,china)

the course of"Machinery and Electronics System Simulation"is the important professional courses,from which students can learn system simulation.But during the teaching process,the questions deviate from engineering and lowermotivation of learning.According to the problems,a new improvementmeasure for it has been introduced,which include new teaching methods and the measure of improvement of teaching process.It has been proved effective.

Machinery and Electronics System Simulation;the improvement of teaching;teaching method

G420

A

1008-2794（2011）06-0113-02

2011-03-11

馬文斌（1979—），男，甘肅天水人，常熟理工學院機械工程學院講師，碩士，主要研究方向為機電一體化。