新工科背景下機(jī)械控制工程課程教學(xué)改革的探索性思考

劉雁峰 畢仁貴 曾欽

摘 要：隨著新工科建設(shè)的推進(jìn)，社會(huì)對機(jī)械和電子信息工程類專業(yè)人才提出了新的要求，為了滿足多元化創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求，有必要對機(jī)械控制工程課程進(jìn)行深入探索與綜合性改革。本文論述了機(jī)械控制工程課程在智能制造領(lǐng)域中的地位及教學(xué)改革的必要性，并針對教學(xué)現(xiàn)狀和問題進(jìn)行了探索性思考，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和知識(shí)呈現(xiàn)等方面對控制工程課程教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新性改革，以期實(shí)現(xiàn)新工科建設(shè)背景下創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：新工科;機(jī)械控制工程;教學(xué)改革;與時(shí)俱進(jìn)

1 引言

工程改變世界，行動(dòng)創(chuàng)造未來，改革呼喚創(chuàng)新，新工科建設(shè)在行動(dòng)[1]。隨著新工科建設(shè)的深入推進(jìn)，社會(huì)對工程類高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，不斷全面且深入地推進(jìn)教學(xué)改革來提升教學(xué)質(zhì)量和課堂效率已成為高校本科教育的重要任務(wù)。在應(yīng)用型本科院校的眾多工程專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中，機(jī)械控制工程是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，更是培養(yǎng)智能制造領(lǐng)域中卓越工程師的核心課程之一，該課程重點(diǎn)研究經(jīng)典控制理論，既是一門廣義的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，又是一種合乎唯物辯證法的方法論，對啟迪和發(fā)展人們的思維和智力有很大的作用[2]。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品和新工藝層出不窮，與此同時(shí)各學(xué)科及相關(guān)課程的內(nèi)容也在不斷更新，為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，為了滿足人才市場對創(chuàng)新型人才的需求，為了響應(yīng)新工科建設(shè)的號(hào)召，不少教學(xué)工作者對機(jī)械控制工程課程教學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)且深入地綜合性改革，在井噴式發(fā)展與深入推進(jìn)下取得了一定的成效。但機(jī)械控制工程課程現(xiàn)有的教學(xué)模式是否能夠完全適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，可否切實(shí)滿足社會(huì)的需求，能否實(shí)現(xiàn)在新工科建設(shè)背景下高素質(zhì)復(fù)合型型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，還需要進(jìn)一步探索與思考。

2 機(jī)械控制工程課程特點(diǎn)及教學(xué)改革的必要性

機(jī)械控制工課程是以機(jī)械系統(tǒng)為研究對象，具有前后課程關(guān)聯(lián)度大、計(jì)算復(fù)雜、理論深、邏輯性強(qiáng)等特點(diǎn)。作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容較為豐富，涉及到傳遞函數(shù)的求解，機(jī)械控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，線性定常系統(tǒng)的時(shí)域分析、頻域分析及軌跡描述，系統(tǒng)穩(wěn)定性判定及非穩(wěn)定系統(tǒng)的校正等[3]。

目前，一般院校給與該課程的課時(shí)通常為40或48課時(shí)，更有甚者只分配了32個(gè)學(xué)時(shí)，在這種課時(shí)量嚴(yán)重不足的情況下既要保證授課內(nèi)容的完整性，又要確保學(xué)生能把這種計(jì)算量大、理論性和邏輯性強(qiáng)的課程內(nèi)容完全掌握并及時(shí)消化吸收，難度較大。在課時(shí)被大量壓縮的情況下，為了完成大綱中規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，大部分課堂教學(xué)都處在一種趕進(jìn)度的狀態(tài)之中，因此，一系列的教學(xué)問題也逐漸凸顯出來了。在新工科建設(shè)背景下，基于創(chuàng)新型卓越技術(shù)人才的培養(yǎng)特點(diǎn)和機(jī)械控制工程課程在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才中的重要性，目前我國工科院校機(jī)械控制工程課程的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的典型問題主要有：（1）教材陳舊固化，沒有跟上現(xiàn)代化進(jìn)程;（2）教學(xué)方法及手段傳統(tǒng)單一;（3）所學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際應(yīng)用脫節(jié);（4）學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)積極性不足。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代教育技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械控制工程課程教學(xué)呈現(xiàn)方式也得到了全新的改變。目前，各高校課堂上所采用的主流教學(xué)手段往往是將板書和多媒體課件相結(jié)合，并輔以Matlab軟件進(jìn)行教學(xué)支持。這種主流教學(xué)手段的最大優(yōu)勢在于省去了大量的板書時(shí)間，提高了教學(xué)效率，切實(shí)符合少課時(shí)情況下機(jī)械控制工程課程的教學(xué)。提升課堂效率是一線教育工作者們的共同愿望，而提高課堂時(shí)效才是我們永恒的追求。因此，為實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率的同步提高，對機(jī)械控制工程課程進(jìn)行教學(xué)改革對發(fā)展該課程的教學(xué)就顯得如此之重要。

3 機(jī)械控制工程課程教學(xué)改革的探索性思考

對于機(jī)械控制工程課程教學(xué)現(xiàn)狀及凸顯出來的不足，該課程的教學(xué)改革可以從如下幾點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)：

3.1 調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，服務(wù)與時(shí)俱進(jìn)

時(shí)代的進(jìn)步離不開高素質(zhì)人才，而人才的培養(yǎng)是促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的有效舉措。高等學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生的最終目的就是讓更多的人才投入到社會(huì)中去，離開學(xué)校后能否快速地適應(yīng)社會(huì)，能否順利地找到適合自己的工作崗位，能否迅速地投入到實(shí)際的工作崗位并能獨(dú)當(dāng)一面，這些問題值得我們?nèi)フJ(rèn)真思考。隨著社會(huì)的發(fā)展與技術(shù)的革新，不同的時(shí)期對技術(shù)的要求不同，特別是一些新產(chǎn)品、新技術(shù)的出現(xiàn)，對機(jī)械控制工程課程教學(xué)會(huì)帶來顯著地影響。機(jī)械控制工程課程的教學(xué)要做到實(shí)時(shí)關(guān)注社會(huì)需求的變化，以人才市場和職業(yè)市場需求為導(dǎo)向，適時(shí)合理地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，刪除部分復(fù)雜且在實(shí)際工作中很少用到的抽象內(nèi)容，適當(dāng)增加與課程相關(guān)的新知識(shí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野，提升學(xué)生的認(rèn)知水平。以學(xué)以致用和與時(shí)俱進(jìn)為原則，合理搭配新舊知識(shí)并豐富課堂內(nèi)容，使得課堂內(nèi)容具有詳略得當(dāng)、新舊合理等特點(diǎn)，促使學(xué)生在思想上和知識(shí)結(jié)構(gòu)上做到與時(shí)俱進(jìn)，以適應(yīng)時(shí)代的變化，迎接社會(huì)的挑戰(zhàn)。

3.2 創(chuàng)新教學(xué)手段，豐富教學(xué)形式

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，多媒體教學(xué)已成為我國各大高校的一種重要的教學(xué)手段之一，呈現(xiàn)出來的優(yōu)勢劣勢較為明顯，恰當(dāng)且合理地使用不僅能提高課堂效率還能豐富教學(xué)形式，可有效地激發(fā)學(xué)生上課的興趣和熱情。但在實(shí)際的授課過程中，教師不能一味地依賴多媒體課件，不能在課件無法放映的突發(fā)情況之下就亂了方寸，導(dǎo)致課堂無法繼續(xù)進(jìn)行，更不能把備課簡單地轉(zhuǎn)化為是一種課件的獲取過程，倘若教師無法從這些情況中脫離出來，那么多媒體教學(xué)的優(yōu)勢就很難得到充分的體現(xiàn)，帶給我們的往往是它的不足之處。在合理使用多媒體教學(xué)的前提下，改變傳統(tǒng)的一言堂“滿灌”模式，采用啟發(fā)式教學(xué)，組織學(xué)生積極參與教學(xué)和討論，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真思考，鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言，提升課堂的活躍度，在引導(dǎo)與討論環(huán)節(jié)中促使學(xué)生理解并消化授課內(nèi)容，產(chǎn)生“滴灌”的精準(zhǔn)效應(yīng)。由于機(jī)械控制工程課程的理論性和邏輯性較強(qiáng)且具有一定的抽象性，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往需要反復(fù)來回地翻閱教材，并且存在的疑問也較多，如果不及時(shí)解答相關(guān)的疑問，將嚴(yán)重影響到后續(xù)課程內(nèi)容的教學(xué)與學(xué)習(xí)。因此，教師除了在課堂上的授課之外，還應(yīng)該在課后為學(xué)生進(jìn)行不定期的答疑，答疑方式可以是面對面進(jìn)行，也可以通過微信和發(fā)郵件等形式進(jìn)行，通過答疑不僅能迅速快捷地解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中的疑難困惑，還能為后續(xù)課程的講解夯實(shí)基礎(chǔ)，進(jìn)一步促使課堂教學(xué)時(shí)效性的提高。

3.3 活化知識(shí)呈現(xiàn)，提升課堂興趣

學(xué)習(xí)的動(dòng)力離不開個(gè)人堅(jiān)定的意志力，而興趣往往是學(xué)生學(xué)習(xí)的助推器，可見興趣的培養(yǎng)在課程教學(xué)中是何等的關(guān)鍵。因此，不少教育工作者就如何提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣進(jìn)行了大量的探索與思考，并取得了階段性成果，為新工科建設(shè)背景下深入推進(jìn)課程教育改革打下了一定的基礎(chǔ)。在機(jī)械控制工程教學(xué)中，基于該課程的特點(diǎn)，大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難對這些晦澀的內(nèi)容提起興趣，導(dǎo)致最終的學(xué)習(xí)效果不夠理想。因此，我們可以從知識(shí)呈現(xiàn)方式上進(jìn)行合理地變化，讓呈現(xiàn)出來的知識(shí)更具生動(dòng)性和形象性，讓學(xué)生在這種生動(dòng)且形象的情景中去理解相關(guān)的概念和知識(shí)，在一定程度上能提升課堂興趣，具體可以從教材的選取以及課件的制作等方面著手。對于教材的選取，在保證課程內(nèi)容完備的基礎(chǔ)之上，盡量選用由紙質(zhì)與數(shù)字資源有機(jī)融合的新形態(tài)教材[4]，此類教材能實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)教材與數(shù)字資源的一體化，并且豐富的數(shù)字教學(xué)資源既是對紙質(zhì)教材的補(bǔ)充和拓展，又提供了更為方便、快捷的內(nèi)容更新途徑，同時(shí)為自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)了空間，并且在視覺上也給學(xué)習(xí)者帶來了一種全新的閱讀體驗(yàn)，能最大限度地激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和熱情，也可滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”、4G時(shí)代和新工科背景下學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求。對于課件的制作，由于該課程中涉及到公式推導(dǎo)的內(nèi)容較多，對學(xué)生而言難度較大，在制作課件時(shí)應(yīng)盡可能的簡化公式的推導(dǎo)過程，對于一些非常重要的參數(shù)和相關(guān)公式的講解時(shí)，比如時(shí)間響應(yīng)的組成和分類，可借助虛擬動(dòng)畫和動(dòng)態(tài)曲線的呈現(xiàn)來輔助同學(xué)們理解，將同學(xué)們的思維從枯燥的數(shù)學(xué)解析情景中轉(zhuǎn)向?qū)嶋H的物理場合中去，通過生動(dòng)且形象的動(dòng)畫展示能讓同學(xué)們比較輕松地建立起數(shù)學(xué)解析式與物理場合之間的內(nèi)在聯(lián)系，可有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使教學(xué)質(zhì)量的提高。

4 結(jié)語

隨著新工科建設(shè)的深入推進(jìn)，社會(huì)對創(chuàng)新型人才提出了更高的要求，為滿足人才市場和職業(yè)市場的需求，為了實(shí)現(xiàn)多元化創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，有必要根據(jù)時(shí)代特點(diǎn)對現(xiàn)有的教學(xué)方法和手段進(jìn)行全方位地改革?；跈C(jī)械控制工程課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，可從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和知識(shí)呈現(xiàn)等方面進(jìn)行探索性思考。以學(xué)以致用和與時(shí)俱進(jìn)為原則，合理地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，以豐富教學(xué)形式為目的，適時(shí)地創(chuàng)新教學(xué)手段，以提升課堂興趣為目標(biāo)，巧妙地活化知識(shí)呈現(xiàn)，在提高課堂效率的同時(shí)，著力于學(xué)生興趣的培養(yǎng)和課堂時(shí)效性的把控，是提高該課程教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。

基金項(xiàng)目：吉首大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究項(xiàng)目2019SYJG018。吉首大學(xué)教改項(xiàng)2018JSUJGB31。

國家自然科學(xué)基金11662004。吉首大學(xué)自然科學(xué)類科研項(xiàng)目Jd19008。

參考文獻(xiàn)：

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[4]薛立華，肖銀玲，王丹虹.制圖新形態(tài)教材研發(fā)的探索與實(shí)踐[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)， 2018（4）：778-781.