《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革探索

李 誠

（重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶402260）

0 引言

機(jī)械工程控制是以機(jī)械工程為研究對象的控制論學(xué)科，是控制論這一新興學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)理論課程。課程的主要內(nèi)容是根據(jù)控制論的理論基礎(chǔ)，研究機(jī)械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題，主要是機(jī)械系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系[1-2]。在闡述機(jī)械工程控制論基本概念、基本知識及基本方法的基礎(chǔ)上，要密切結(jié)合在機(jī)械工程中的實(shí)際應(yīng)用，并且注重機(jī)、電系統(tǒng)結(jié)合，便于溝通和加強(qiáng)數(shù)理基礎(chǔ)知識及專業(yè)知識之間的聯(lián)系，而且為以后將控制理論應(yīng)用于實(shí)際工程打下良好的基礎(chǔ)。其目的在于培養(yǎng)學(xué)生用動態(tài)、整體、聯(lián)系的觀點(diǎn)來研究和分析一個機(jī)械工程系統(tǒng)，運(yùn)用控制論中相關(guān)基本概念及方法，來解決機(jī)械工程領(lǐng)域中有關(guān)自動控制和系統(tǒng)動力學(xué)方面的問題。同時也為后續(xù)與機(jī)械類相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打下一定的理論基礎(chǔ)，如測試技術(shù)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。機(jī)械工程控制基礎(chǔ)研究的問題具有普遍性，對工程實(shí)踐有重要的指導(dǎo)意義，開設(shè)該課程對培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用控制原理相關(guān)的基本原理和方法，提高分析和解決各種工程實(shí)際問題的能力可奠定一定的理論基礎(chǔ)，也可為進(jìn)一步從事相關(guān)方面的學(xué)習(xí)和研究工作打下基礎(chǔ)[3-6]。

1 《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程和學(xué)生特點(diǎn)

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》具有內(nèi)容抽象、概括性強(qiáng)、涉及知識范圍廣，對數(shù)學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、計(jì)算機(jī)等許多學(xué)科知識都有比較高的要求。由于教材中一些概念比較抽象，學(xué)生理解較為困難，加上目前教材都包含大量公式推導(dǎo)，教材理論性過強(qiáng)，需要學(xué)生掌握這些相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，才能理解和學(xué)好這門課程[6-8]。

我校是一所高等職業(yè)?？茖W(xué)校，目前學(xué)生生源來源不一，有通過高考招收的第一批次和第二批次的?？粕?，有來自技校、中專、職高的“三校生”，還有通過學(xué)校單招招入的學(xué)生及成教生。學(xué)生素質(zhì)參差不齊，并且多數(shù)學(xué)生缺乏數(shù)學(xué)、物理等相關(guān)基礎(chǔ)理論知識。

2 教學(xué)中存在的問題

由于多數(shù)學(xué)生缺乏相關(guān)基礎(chǔ)理論知識，造成該課程教學(xué)中多數(shù)學(xué)生感到理解較困難，學(xué)習(xí)難度較大，從而使學(xué)生普遍對這門課程缺乏興趣，學(xué)習(xí)熱情不高，學(xué)習(xí)效果十分不理想，有些學(xué)生由于聽不懂，甚至產(chǎn)生厭學(xué)的情緒而不來上課。

而最主要的是大部分學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)目的不明確，不了解學(xué)習(xí)這門課到底有什么實(shí)際應(yīng)用的價值。由于它不像一些專業(yè)課程如CAD或電工操作等，可以讓學(xué)生很快學(xué)會一門軟件或技能，而且即學(xué)即用、立竿見影。許多同學(xué)都認(rèn)為“這門課程這么難學(xué)，為什么要學(xué)，工作中又用不到，學(xué)了又有什么用處”，這都是學(xué)生們很大的困惑[8-10]。

因此，作為講授這門課程的主講教師，針對該課程在我校教學(xué)中存在的問題，在實(shí)施這門課程的教學(xué)中，一方面從激發(fā)學(xué)生興趣入手，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，取得良好地教學(xué)效果；另一方面要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)改革，主要以淡化理論，注重實(shí)際應(yīng)用為主。特別是淡化公式推導(dǎo)，而注重公式、定理在實(shí)際工作和工程中的實(shí)踐應(yīng)用，讓學(xué)生建立起感性認(rèn)識后再過渡到理論認(rèn)識。同時要讓學(xué)生了解這門較為抽象的專業(yè)基礎(chǔ)課，不同于一般的專業(yè)課或技能課，不能全部陷于專業(yè)學(xué)習(xí)的研究中，而必須要緊密與工程實(shí)踐結(jié)合。以此為基礎(chǔ)提出了在該課程的教材整理、教學(xué)手段和教學(xué)方法等方面進(jìn)行探索，從而達(dá)到課程教學(xué)改革的目的。

3 教學(xué)改革與實(shí)踐

3.1 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

我校《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革的目的是讓多數(shù)學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而取得良好地教學(xué)效果。主要從以下幾點(diǎn)入手：

（1）教材整理上讓學(xué)生參與教學(xué)課件的制作

學(xué)生參與教學(xué)課件的制作主要是繪制結(jié)構(gòu)圖和制作PPT及相關(guān)動畫。教材中有許多結(jié)構(gòu)圖和原理圖，讓學(xué)生按書中的圖用CAD繪制，一方面可以讓學(xué)生對結(jié)構(gòu)圖和原理圖有所了解，另一方面也可以通過繪圖讓學(xué)生練習(xí)CAD繪圖技能。對有能力制作動畫的同學(xué)，請他們制作相關(guān)動畫，如在結(jié)構(gòu)圖或原理圖上以動畫形式標(biāo)出運(yùn)動路線或工作原理等。

在PPT課件上引用學(xué)生繪制的結(jié)構(gòu)圖和原理圖時，圖下注明是哪位同學(xué)繪制的，哪位同學(xué)提供的動畫，并在上課時對這些同學(xué)表示感謝，增強(qiáng)他們的榮譽(yù)感和自豪感，從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)該課程的興趣。

（2）教學(xué)手段上讓學(xué)生參與教學(xué)

主要是讓學(xué)生上講臺講課并點(diǎn)評。預(yù)先告知授課內(nèi)容，通知三到五名學(xué)生提前做準(zhǔn)備，每人針對一個定義（概念）或一個公式的理解與應(yīng)用準(zhǔn)備兩到三分鐘的講解。上課時講到該定義（概念）或公式時，請學(xué)生上講臺講解對這個定義（概念）或公式的理解，一方面可以讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，對某個定義（概念）或公式的預(yù)先理解，另一方面也可以鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力。特別是在講臺上面對多人講解時，對克服說話的緊張狀態(tài)有所幫助，對以后工作也有益。并且，臺下學(xué)生還可以點(diǎn)評臺上學(xué)生對這個定義（概念）或公式的理解及應(yīng)用是否準(zhǔn)確，如有不同理解也可表述，這樣不僅有助于學(xué)生增強(qiáng)對這個定義（概念）或公式的理解，而且活躍了課堂氣氛，對激發(fā)學(xué)生興趣，調(diào)動學(xué)生積極思考也很有幫助。

（3）教學(xué)方法上增強(qiáng)互動，活躍課堂氣氛

教學(xué)方法上是主要以增強(qiáng)師生之間互動，活躍課堂氣氛為主的改革。打破以前填鴨式、一言堂或滿堂冠式的授課。為了達(dá)到增強(qiáng)互動，活躍課堂氣氛的目的，通過上課觀察，將學(xué)生分為四大類，分別采用不同的互動方式進(jìn)行互動，從而達(dá)到了活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生興趣，調(diào)動學(xué)生積極思考的目的。

1）對基礎(chǔ)好、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)并能理解所授內(nèi)容的學(xué)生（約占15%左右），主要是讓他們對相關(guān)內(nèi)容舉實(shí)際中的應(yīng)用例子或上講臺參與教學(xué)、做例題等，然后再對他們舉的例子、所講的內(nèi)容或所做的例題進(jìn)行點(diǎn)評。這樣做可使他們更好地理解該課程在實(shí)際中的應(yīng)用，并可加深對公式的理解。同時，其他學(xué)生也能對相關(guān)內(nèi)容有更深入的了解。

2）對基礎(chǔ)較好、學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，對所授內(nèi)容處于理解與不理解之間的學(xué)生（約占30%左右），主要是讓他們回答問題或上講臺參與教學(xué)、做例題等，然后請基礎(chǔ)好、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生先進(jìn)行點(diǎn)評，再做總的點(diǎn)評。這樣一方面可使這些基礎(chǔ)較好、學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的同學(xué)對相關(guān)內(nèi)容及公式應(yīng)用有進(jìn)一步的理解，并且可使他們通過回答問題或做例題知道自己在哪些知識點(diǎn)沒掌握好，讓他們有針對性學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。另一方面，也可使基礎(chǔ)好、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生通過點(diǎn)評獲得同學(xué)的認(rèn)同或認(rèn)識到自身的不足。

3）對基礎(chǔ)一般、學(xué)習(xí)能力較弱，不理解但又想學(xué)習(xí)的學(xué)生（占35%左右），鼓勵他們在課程積極發(fā)言，不要怕錯，遇到相對簡單的例題或例子就請他們講解，或是請他們上講臺畫圖表或在圖表上標(biāo)出重要參考點(diǎn)的位置、名稱等，例如在講授時域動態(tài)性能指標(biāo)時，讓他們在一個時域圖中畫出五種典型輸入信號（階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、加速度函數(shù)、脈沖函數(shù)和正弦函數(shù)），并標(biāo)出各輸入函數(shù)的時域表達(dá)式和相應(yīng)的拉氏變換，一方面便于聯(lián)系記憶，另一方面可給介紹一下學(xué)習(xí)的方法，主要是讓他們積極參與到教學(xué)中，克服畏難情緒，增強(qiáng)學(xué)習(xí)該課程的興趣和信心。

4）對基礎(chǔ)差、不理解又不愿意學(xué)的學(xué)生（占20%左右），發(fā)現(xiàn)他們不是學(xué)習(xí)能力強(qiáng)弱的問題，而是不學(xué)的問題，學(xué)習(xí)態(tài)度的問題。他們經(jīng)常都是座在教室的后排，低頭玩手機(jī)或睡覺。對玩手機(jī)的同學(xué)采用借用他們的手機(jī)到下課時間再還給他們的方法，而對睡覺的學(xué)生則請他們朗讀概念或所學(xué)內(nèi)容，主要是要將他們帶入課堂。另外，還請這部分同學(xué)課后參與繪制教材中的部分結(jié)構(gòu)圖和原理圖，讓他們對結(jié)構(gòu)圖和原理圖有所了解，也可以練習(xí)CAD繪圖技能。而往往這部分同學(xué)大多對動畫和游戲感興趣，請他們課后制作PPT動畫，如在結(jié)構(gòu)圖或原理圖上以動畫或游戲形式標(biāo)出運(yùn)動路線或工作原理等。例如，在根軌跡上做出根的軌跡動畫，非常直觀。授課時，在PPT課件上引用他們繪制的結(jié)構(gòu)圖和原理圖時，標(biāo)明是哪位同學(xué)繪制的，哪位同學(xué)提供的動畫，并在上課時對他們表示感謝，增強(qiáng)他們的榮譽(yù)感和自豪感，從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)該課程的興趣。

3.2 淡化理論推導(dǎo)重視實(shí)際應(yīng)用

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》具有內(nèi)容抽象、概括性強(qiáng)、涉及知識范圍廣，目前教材都包含大量公式推導(dǎo)，教材理論性過強(qiáng)。由于多數(shù)學(xué)生缺乏相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，加上大量公式推導(dǎo)中有些簡化過多，學(xué)生難以很好地對公式進(jìn)行理解。因而造成85%左右學(xué)生產(chǎn)生畏難或厭學(xué)情緒。這對教學(xué)產(chǎn)生了極為不利的影響，從而使教學(xué)效果很差。針對我校該課程教學(xué)改革的另一方面就是對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)改革，主要以淡化理論，注重實(shí)際應(yīng)用為主。特別是淡化公式推導(dǎo)，而注重公式、定理在實(shí)際工作和工程中的實(shí)踐應(yīng)用，讓學(xué)生建立起感性認(rèn)識后再過渡到理論認(rèn)識。同時要讓學(xué)生了解這門較為抽象的專業(yè)基礎(chǔ)課，不同于一般的專業(yè)課或技能課，不能全部陷于專業(yè)學(xué)習(xí)的研究中，而必須要緊密與工程實(shí)踐結(jié)合。

比如在講拉普拉斯變換性質(zhì)及常用定理時，主要講性質(zhì)及常用定理應(yīng)用并舉聯(lián)系工程實(shí)際中的例子，讓學(xué)生明白如何使用這些性質(zhì)及常用定理，而不講或盡量少講性質(zhì)及常用定理的證明推導(dǎo)。這樣就避免了枯燥的理論推導(dǎo)，而讓學(xué)生直接了解該性質(zhì)及常用定理是如何應(yīng)用的，如遇到好學(xué)的學(xué)生想了解定理的證明推導(dǎo)時，可以利用課后時間給他們講解，這部分學(xué)生約有10%。

通過實(shí)施上述教學(xué)方式方法的改革，占學(xué)習(xí)學(xué)生總數(shù)的80%左右的學(xué)生認(rèn)可本課程的教學(xué)方式，65%左右的學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣有明顯提高，學(xué)生上課主動性明顯提高，課堂提問和發(fā)言的學(xué)生明顯增多，有些同學(xué)還從身邊的事例如航?？刂啤⒖照{(diào)控制等方面提問，從而要求老師實(shí)踐操作指導(dǎo)也要提升，對本課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果要求有明顯提高。

4 結(jié)論

在教學(xué)過程中運(yùn)用以上方法，經(jīng)教學(xué)改革實(shí)踐表明，約占學(xué)習(xí)學(xué)生總數(shù)的80%的學(xué)生認(rèn)可本課程的教學(xué)方式，65%左右的學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣有明顯提高。教學(xué)效果取得較為明顯的改善，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性取得不同程度的提高，使學(xué)生對問題的認(rèn)知方法和知識面有所拓寬。

該課程教學(xué)改革的目的是要提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、積極性和主動性，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生具有較高地分析問題和解決問題的能力。因而教師要樹立為學(xué)生服務(wù)的思想，不斷對教學(xué)進(jìn)行改革和探索，從而使教學(xué)要適應(yīng)學(xué)生和企業(yè)的需求。而對課程進(jìn)行教學(xué)改革，只有教師自身還不夠，一定要得到學(xué)校及主管部門的支持，才能使教學(xué)改革不斷得以深入進(jìn)行。