新工科背景下《機械工程控制基礎(chǔ)》課程改革思考

陳興燕，孫書蕾

(貴州理工學(xué)院,貴州 貴陽 550003)

隨著工業(yè)的發(fā)展，工程教育不斷革新。為促進以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，促進經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級，新工科隨之應(yīng)運而生。要求各類高校應(yīng)在不同層次、不同領(lǐng)域開展新工科建設(shè)，以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，定位相應(yīng)的卓越工程人才培育目標，構(gòu)建成果導(dǎo)向的先進本科教育的新培育模式，提升工程教育質(zhì)量，助推經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級，應(yīng)對未來新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的競爭和挑戰(zhàn)。

1 《機械工程控制基礎(chǔ)》課程地位

《機械工程控制基礎(chǔ)》是機電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，以控制論為理論基礎(chǔ)，研究機械工程中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題；重原理而內(nèi)容又密切結(jié)合工程實際。在機電相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)方案課程體系中起到承前啟后的橋梁作用。要求學(xué)生具備一定的高等數(shù)學(xué)、電工學(xué)、物理等基礎(chǔ)理論知識。學(xué)習(xí)本門課程后，使學(xué)生能以動態(tài)即動力學(xué)的觀點和整體的角度去看待一個機械工程系統(tǒng)；能結(jié)合工程實際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題。主要包括兩個方面：①對機電系統(tǒng)中存在的問題能夠以控制論的觀點和思維方法進行科學(xué)分析，以找出問題的本質(zhì)和有效的解決方法；②如何控制一個機電系統(tǒng)，使之按預(yù)定的規(guī)律運動，以達到預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟指標，為實現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)。同時，讓學(xué)生能應(yīng)用相關(guān)的理論知識進行后續(xù)如《機電一體化設(shè)計》、《機床電氣與控制》、《測試技術(shù)》等課程的學(xué)習(xí)?？傊?，是對學(xué)生相關(guān)畢業(yè)要求的有力支撐。

2 《機械工程控制基礎(chǔ)》課程教學(xué)存在的問題

華中科技大學(xué)房?？≡凇豆た票究粕虒W(xué)質(zhì)量學(xué)生滿意度影響因素分析》中，認為學(xué)生工程實踐教學(xué)訓(xùn)練嚴重不足，不能適應(yīng)用人單位尤其是工業(yè)企業(yè)的需求，專業(yè)及課程影響因素也較為顯著。作為一門傳統(tǒng)工科課程，《機械工程控制基礎(chǔ)》主要授課內(nèi)容包括自動控制系統(tǒng)的基本知識、自動控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)的分析方法和控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正這幾部分內(nèi)容；是以高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理等課程作為基礎(chǔ)且偏理論的課程，對于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生來說學(xué)習(xí)難度較大，由于課程通常是大三開設(shè)，部分學(xué)生本身對學(xué)習(xí)缺乏規(guī)劃，理論性課程又難以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不好。機電專業(yè)又是一門不能脫離工程實際的專業(yè)，學(xué)生所學(xué)的東西要會應(yīng)用到工程實際解決實際問題才能達到學(xué)習(xí)目的。就目前來看，本課程教學(xué)內(nèi)容還主要是圍繞基本原理開展，工程應(yīng)用能力訓(xùn)練得不到足夠的訓(xùn)練。從教材使用上，雖然市面上教材種類繁多，多數(shù)篇幅都是理論論述，工程實例相對較少，且引用的工程案例缺乏創(chuàng)新千篇一律，例子雖經(jīng)典但也富有年代感，這無形中對授課老師和學(xué)生也是一種思想禁錮。理論知識學(xué)習(xí)得好碰到新的工程問題不會用這是目前高校教學(xué)中普遍存在的現(xiàn)象。在教學(xué)方法上，多是以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，老師依然是課堂的主導(dǎo)者。師生之間的溝通多停留在課堂上幾十分鐘，對學(xué)生知識的掌握程度老師無法做到時時監(jiān)督，不好給出客觀正確的評價。學(xué)時安排方面，在僅有的學(xué)時下，要將內(nèi)容講深甚至有所拓展是非常困難的。課程實踐環(huán)節(jié)上，很多學(xué)校在制作培養(yǎng)方案的時候是有實驗的，實驗項目主要還是通過電氣接線構(gòu)成系統(tǒng)來論證系統(tǒng)的組成，分析系統(tǒng)甚至系統(tǒng)設(shè)計的配套實驗較少。甚至也有部分高校沒開設(shè)實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生所學(xué)知識依舊停留于課本原理，因此學(xué)生雖然明白課程對專業(yè)的重要性，但依然缺乏學(xué)習(xí)熱情，課程與工程實踐的結(jié)合點不明朗。再者課程考核方式單一，一般課程學(xué)生成績主要由期末卷面考試成績和平時成績按一定比例組成，考試只是對一學(xué)期所學(xué)的總結(jié)，流于形式，無法客觀評價學(xué)生學(xué)習(xí)情況，而平時成績與教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置和課堂教學(xué)情況有關(guān)，難于給出合理的評價標準。

3 新工科背景下《機械工程控制基礎(chǔ)》課程改革思考

為了適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的"產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向，跨界交叉融合，支撐引領(lǐng)行業(yè)"的培養(yǎng)要求，解決上述提到的目前教學(xué)中存在的幾類問題，課程的教學(xué)改革勢在必行。

(1) 課程內(nèi)容調(diào)整，盡量減少數(shù)學(xué)、物理公式的推到，著重應(yīng)用；對于系統(tǒng)的分析方法這部分重點講時域分析法與頻域分析法，根軌跡法可以設(shè)置為自學(xué)內(nèi)容；穩(wěn)定性判據(jù)講解勞斯判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)和BODE判據(jù)。每一部分內(nèi)容加入適當MATLAB內(nèi)容，利用MATLAB仿真簡化理論推導(dǎo)。軟件的應(yīng)用將教學(xué)內(nèi)容豐富化，更能激起學(xué)習(xí)興趣。

(2) 精選教材，選擇與機電專業(yè)密切結(jié)合應(yīng)用實例相對較多的教材。教材案例盡量新穎能夠吸引學(xué)生。文字內(nèi)容通俗易懂，便于學(xué)生自學(xué)。

(3) 教學(xué)方式改革，傳統(tǒng)教學(xué)的授課形式是老師強制灌輸式，學(xué)生參與度不高，缺乏學(xué)習(xí)激情。本文提出了以項目驅(qū)動的啟發(fā)式教學(xué)方法。以案例教學(xué)為基礎(chǔ)，項目促進教學(xué)成果的方法，有望提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和工程知識的應(yīng)用能力。以電液位置伺服控制系統(tǒng)為例，將設(shè)計該系統(tǒng)作為一個工程項目，可進一步劃分成以下幾個子項目：第一、系統(tǒng)組成原理和框圖的繪制；第二、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立；第三、系統(tǒng)的時域分析；第四、系統(tǒng)的頻域分析；第五、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；第六、系統(tǒng)的校正。這六個子項目分別對應(yīng)每一章節(jié)內(nèi)容，教學(xué)伊始，提前給學(xué)生布置任務(wù)，在后期教學(xué)過程中，通過具體實例引導(dǎo)學(xué)生完成對應(yīng)的子項目內(nèi)容，作為階段性成果。待課程教學(xué)內(nèi)容完結(jié)，學(xué)生也即完成了一個具體物理系統(tǒng)從原理分析到設(shè)計校正的全過程。對所學(xué)理論知識學(xué)有所用，學(xué)而能用便達到了我們的預(yù)期教學(xué)目的。

(4) 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置多元化，除了理論教學(xué)環(huán)節(jié)，開設(shè)合理的綜合實驗或者課程設(shè)計環(huán)節(jié)有助于反哺教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力。綜合實驗和課程設(shè)計能較好的聯(lián)系工程實際，鍛煉學(xué)生知識應(yīng)用能力，甚至合作交流能力。

(5) 考核合理化，結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容和教法改革建立考核新模式，加強能力考核全程考察。從知識點應(yīng)用角度出發(fā)，輕理論重應(yīng)用，每個教學(xué)環(huán)節(jié)均納入考核范疇。期末考試成績50%，實驗20%，平時作業(yè)(子項目)20%，考勤10%。通過學(xué)生在實驗和項目實施過程中的表現(xiàn)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進行客觀判斷。

4 結(jié)束語

專業(yè)能力是敲門磚，培養(yǎng)適應(yīng)社會產(chǎn)業(yè)需求的專業(yè)人才是高校的重要任務(wù)。掌握扎實的專業(yè)知識是提升專業(yè)能力的基礎(chǔ)。通過課程教學(xué)改革，使教學(xué)內(nèi)容更豐富。以立體化、多層次為思路，循序漸進地提升學(xué)生工程實踐能力和專業(yè)能力，以適應(yīng)新工科背景下，產(chǎn)業(yè)和社會的需求，培養(yǎng)出能夠適應(yīng)、甚至引領(lǐng)未來工程需求的人才?！稒C械工程控制基礎(chǔ)》作為機械專業(yè)的專業(yè)核心基礎(chǔ)課，進行課程教學(xué)改革有助于解決教學(xué)中存在的問題。將抽象問題具體化，將理論知識實踐化，將機與電有機地結(jié)合，能夠很好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善教學(xué)效果，學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，參與實際的系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計中，提高了學(xué)生的創(chuàng)新及實踐能力[1]。