面向機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)本科實(shí)踐教學(xué)改革探索

熊中剛

【摘要】文章主要針對(duì)本課程在具有地方特色的本科院校應(yīng)用中存在的一些問(wèn)題，從理論教學(xué)、實(shí)際應(yīng)用和評(píng)估方法等方面提出了機(jī)電工程專(zhuān)業(yè)的一些具體改革措施。將Matlab/Simulink仿真工具與教學(xué)相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生完成簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和模擬工作，并結(jié)合實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例激發(fā)學(xué)生的興趣和提高應(yīng)用技能。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)控制及應(yīng)用;機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè);實(shí)踐教學(xué)改革

一、引言

機(jī)電工程專(zhuān)業(yè)涉及傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科知識(shí)。學(xué)生需要掌握數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)處理和控制的相關(guān)理論和技術(shù)基礎(chǔ)。該專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程是結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)和傳感技術(shù)逐步發(fā)展起來(lái)的[1]。隨著該技術(shù)的發(fā)展和普及，控制系統(tǒng)傾向于由計(jì)算機(jī)控制。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用課程是機(jī)電工程專(zhuān)業(yè)普遍提供的重要專(zhuān)業(yè)課程[2]。該課程面向機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)本科實(shí)踐教學(xué)改革探索，適應(yīng)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家航天航空事業(yè)發(fā)展的需要，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和機(jī)電工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)，形成良好的學(xué)習(xí)、實(shí)踐、專(zhuān)業(yè)和創(chuàng)新意識(shí)[3]。建立完整的機(jī)電系統(tǒng)概念，具備機(jī)電工程技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新意識(shí)與方法、設(shè)計(jì)與實(shí)施工程、獨(dú)立工作、終身學(xué)習(xí)、組織管理與人際交往等綜合能力，在制造領(lǐng)域的機(jī)電產(chǎn)品和系統(tǒng)的應(yīng)用和制造、安裝和調(diào)試、操作和維護(hù)、管理和營(yíng)銷(xiāo)中起著重要作用[4]。

二、課程教學(xué)中的特點(diǎn)和問(wèn)題

目前很多二本院校機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)方面多是以課堂授課為主，甚至很多教師缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，只能以紙上談兵的形式“傳道授業(yè)解惑”[5]。在實(shí)踐教學(xué)方面，大多數(shù)課程只是以課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等為數(shù)不多的方式進(jìn)行。課堂實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容以及不同課程之間的相互關(guān)系和系統(tǒng)性不強(qiáng)，可能容易導(dǎo)致內(nèi)容設(shè)置重疊或缺乏。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)將相關(guān)課程的相關(guān)內(nèi)容納入課程，處理必修課程與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的關(guān)系，形成系統(tǒng)的課程知識(shí)體系。此外，每所學(xué)校的大部分實(shí)驗(yàn)都依賴(lài)于一套完整的商業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，可以減少教師的測(cè)試前準(zhǔn)備工作量[6]。然而，也有一些實(shí)驗(yàn)傾向于保持認(rèn)知和確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的水平，這些實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生連接和記錄數(shù)據(jù)，在提高學(xué)生的動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力方面發(fā)揮的作用有限[7]。

三、課程教學(xué)改革的思路及對(duì)策

（一）理論教學(xué)改革

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是基于控制理論的完整自動(dòng)控制系統(tǒng)[8]。通過(guò)充分考慮基礎(chǔ)理論知識(shí)的深度和廣度，理論知識(shí)與應(yīng)用技術(shù)的關(guān)系得到很好的處理。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師可以貫穿一兩個(gè)完整的諸如計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。學(xué)完相關(guān)知識(shí)點(diǎn)后能夠做到讓學(xué)生建立溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，借助Matlab仿真工具進(jìn)行建模和仿真，使學(xué)生能夠利用他們學(xué)到的理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐，并改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試功能。教師應(yīng)該針對(duì)授課過(guò)程中何時(shí)提問(wèn)以及問(wèn)題類(lèi)型預(yù)先進(jìn)行精心研究和設(shè)計(jì)，采用易于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和積極性的啟發(fā)互動(dòng)式教學(xué)方法，啟發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行討論和分析，從而解決問(wèn)題。多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方法應(yīng)相互補(bǔ)充，相輔相成，協(xié)調(diào)發(fā)展。在教授理論性強(qiáng)的內(nèi)容，如PID數(shù)字控制等計(jì)算機(jī)控制規(guī)則時(shí)，引入Matlab/Simulink仿真工具，可以通過(guò)仿真模型，以圖形方式向?qū)W生呈現(xiàn)難以理解的理論知識(shí)，從而增加教學(xué)信息量。學(xué)生可以使用Matlab/Simulink工具建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行模擬調(diào)試和結(jié)果分析，并總結(jié)不同控制規(guī)律對(duì)控制結(jié)果的影響。

（二）實(shí)踐教學(xué)改革

由于學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和理論知識(shí)缺乏全面的了解，因此教師采用DDC控制系統(tǒng)來(lái)豐富教學(xué)內(nèi)涵[9]。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用綜合知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在學(xué)校有限的實(shí)驗(yàn)條件下，可以配備簡(jiǎn)易電加熱爐、虛擬儀器軟件LabVIEW和數(shù)據(jù)采集卡，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生將所學(xué)理論運(yùn)用在硬件系統(tǒng)的器件選型、整套系統(tǒng)建立、實(shí)現(xiàn)功能的算法選擇以及具體代碼編寫(xiě)的整個(gè)實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)實(shí)際調(diào)試，了解工程實(shí)踐與理論設(shè)計(jì)之間的區(qū)別，以及掌握在無(wú)法進(jìn)行調(diào)試時(shí)進(jìn)行故障排除和解決問(wèn)題的方法。此外，可以更換受控對(duì)象，如機(jī)器人步進(jìn)電機(jī)控制，為學(xué)生提供更多的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，激發(fā)更大的實(shí)際操作積極性。

（三）體現(xiàn)綜合能力的多種考核方式改革

教學(xué)評(píng)估側(cè)重于綜合評(píng)估，是評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)和理解教師教學(xué)效果的重要手段。許多考試只能測(cè)試一些基本概念、基本理論和一些簡(jiǎn)單的分析問(wèn)題。為了激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣，教師可以對(duì)原有的考試方法和考試方法進(jìn)行修改和完善，以促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用能力的提高。首先，通過(guò)平時(shí)作業(yè)、閉卷考試，確保教學(xué)質(zhì)量，避免抄襲作業(yè)現(xiàn)象的發(fā)生;其次，在基本教學(xué)內(nèi)容深度、知識(shí)靈活應(yīng)用和創(chuàng)新方面進(jìn)行水平考試;再次，通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)和工程訓(xùn)練再次進(jìn)行實(shí)踐評(píng)估;最后，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生參與課堂教學(xué)，參與討論，積極進(jìn)行思考。

四、結(jié)語(yǔ)

“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用”是一門(mén)機(jī)械和電氣工程專(zhuān)業(yè)課程。本文根據(jù)課程的特點(diǎn)和課程教學(xué)中的一些問(wèn)題，從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和評(píng)估方法等方面進(jìn)行了探討。從本課程的長(zhǎng)期教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，學(xué)生有很好的學(xué)習(xí)熱情和潛力。MATLAB仿真軟件在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程中的應(yīng)用豐富了教學(xué)方法，在一定程度上優(yōu)化了教學(xué)過(guò)程，形象、直觀(guān)地表述出枯燥的理論知識(shí)，降低了專(zhuān)業(yè)課程的抽象性，提高了教學(xué)效率。

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