“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程教學(xué)模式改革

胡月明　張龍　袁奎　陳家兌　趙津　張大斌

摘 要 近年來在國家不斷深化提倡工程教育、新工科改革和思政入課堂等新教育教學(xué)思想和理念的指導(dǎo)要求之下，現(xiàn)行的“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程教學(xué)理念和教學(xué)模式與時(shí)代要求存在諸多問題，亟待改革。本文從課程教學(xué)理念、思政融入、教學(xué)設(shè)計(jì)、考核評價(jià)以及能力培養(yǎng)等多方面對“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程教學(xué)模式進(jìn)行了全方位的改革探討和總結(jié)。

關(guān)鍵詞 機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 教學(xué) 改革

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.05.056

Abstract In recent years， under the guidance of the new educational teaching ideas and ideas， such as engineering education， new engineering reform and ideological and political education into the classroom， there are many problems in the current teaching concept and teaching mode of mechanical engineering control foundation and the requirements of the times， which need to be reformed. This paper discusses and summarizes the teaching mode of mechanical engineering control from the aspects of teaching concept， ideological and political integration， teaching design， evaluation and ability training.

Keywords Fundamentals of mechanical engineering control; teaching; reform

1 現(xiàn)狀與問題

“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”是本科機(jī)自專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課，是銜接基礎(chǔ)課與專業(yè)課間的重要橋梁，課程對學(xué)生今后工程能力的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。目前該課程的教學(xué)在我院存在一些問題，已經(jīng)不能很好的適應(yīng)國家倡導(dǎo)的新工科、工程教育和思政入課堂的新時(shí)代教育形勢。

（1）“思政教育”融入課堂不足。由于課程的理論性極強(qiáng)且教學(xué)內(nèi)容多，所以教師的教學(xué)難度和學(xué)生的學(xué)習(xí)難度都很大，整個教學(xué)過程都被知識點(diǎn)學(xué)習(xí)和解決問題的能力培養(yǎng)所占用，未能切實(shí)有效的將思政教育與知識和能力的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)有機(jī)融合，忽略了全國高校思想政治工作會議、全國教育大會和新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會議中對于充分發(fā)揮課堂教學(xué)育人，將思想政治教育融入課堂的精神要求。

（2）教學(xué)研究及教育理念跟進(jìn)不夠。為適應(yīng)新教育理念和形式，2016年學(xué)院制定了新的專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，相比老的培養(yǎng)計(jì)劃，理論授課學(xué)時(shí)減少了20%，但教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)質(zhì)量要求更高，因此出現(xiàn)了很多新問題，必然要求與之對應(yīng)的教學(xué)研究和教育理念的更新研究。

（3）教學(xué)方法較單一。目前的教學(xué)模式主要還是以教師為中心的講授法，原因是課程理論性強(qiáng)，學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多，難度大，為符合教學(xué)大綱的要求，基本就是滿堂灌，師生疲于奔命，過于強(qiáng)調(diào)“教”，而忽略了學(xué)生的“學(xué)”，教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果難以提高。

（4）課程考核不科學(xué)。課程改革前的考核方式為“平時(shí)成績10%+實(shí)驗(yàn)成績20%+期末考試成績70%”組成，可見考核結(jié)果過于強(qiáng)調(diào)期末考試，對學(xué)習(xí)過程不夠重視。此外平時(shí)成績主要依據(jù)是學(xué)生的出勤，忽略了學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果、作業(yè)和課外等方面的表現(xiàn)，可見課程考核“重結(jié)果，輕過程”，存在不科學(xué)性。

（5）教學(xué)評價(jià)欠規(guī)范。目前除期末考試有統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之外，其余考核項(xiàng)目均由任課老師單獨(dú)評定，分?jǐn)?shù)給定較為主觀，缺乏一個相對統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)教學(xué)文件和評價(jià)依據(jù)等資料的不完善使教學(xué)過程的執(zhí)行和管理都不夠規(guī)范。

2 教學(xué)模式改革

（1）課程目標(biāo)?；诠こ探逃⑿鹿た坪退颊说人枷牒屠砟?，重新修訂課程教學(xué)目標(biāo)為——使學(xué)生具有愛國情懷、科學(xué)精神、職業(yè)道德和高尚品質(zhì)，具備扎實(shí)的機(jī)械工程控制理論基礎(chǔ)知識、擁有較強(qiáng)的分析、解決機(jī)械工程相關(guān)問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）教學(xué)形態(tài)。新教學(xué)形態(tài)以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，教師是學(xué)習(xí)組織者、指導(dǎo)者和幫助者，通過教學(xué)促進(jìn)和引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)形態(tài)。

由于是合班教學(xué)，學(xué)生人數(shù)眾多，不宜采用翻轉(zhuǎn)課堂、課內(nèi)全員討論等教學(xué)形式，因此主要采取的是以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的探究式教學(xué)、問題式教學(xué)和自主式學(xué)習(xí)等形式，新的教學(xué)形態(tài)強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果。

（3）課程考核與評價(jià)模式。為打破“重考試結(jié)果，輕學(xué)習(xí)過程”的舊考核模式，將期末考試成績比例下調(diào)至50%，平時(shí)成績比例上調(diào)至30%，實(shí)驗(yàn)成績比例保持20%，其中平時(shí)成績涵蓋考勤、作業(yè)、拓展任務(wù)和小論文等項(xiàng)目，同時(shí)制定了詳細(xì)的課程考核和評定辦法，考核項(xiàng)目貫穿整個課程教學(xué)過程。由此課程考核比重向過程考核傾斜，以激勵和引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。

（4）思政教育與課堂的融入。課程知識和能力的培養(yǎng)主要是通過數(shù)學(xué)將各種機(jī)械原理、物理、電學(xué)和力學(xué)等學(xué)科知識糅合貫通在一起，進(jìn)而闡明控制理論的核心思想。正是基于具有多學(xué)科知識交匯的特點(diǎn)，從而能方便地將思政教育有機(jī)融入課堂。如介紹錢學(xué)森所著《工程控制論》時(shí)，除強(qiáng)調(diào)后續(xù)學(xué)者將錢學(xué)森列為現(xiàn)代控制理論的開拓者之外，可向?qū)W生講述錢學(xué)森當(dāng)時(shí)著書的歷史背景，以及錢學(xué)森如何克服重重阻撓，放棄美國的優(yōu)厚待遇回到新中國進(jìn)行科學(xué)研究，為國奉獻(xiàn)一生的事跡，從而將思政教育潛移默化地融入到課堂，以此激發(fā)學(xué)生的愛國主義熱情和艱苦奮斗、執(zhí)著探索的科學(xué)精神。再如，在介紹機(jī)械工程控制前沿時(shí)，可結(jié)合高檔五軸加工中心，介紹我國的突破性進(jìn)展，進(jìn)而弘揚(yáng)新時(shí)代的大國精神，宣揚(yáng)擼起袖子加油干的這一時(shí)代召喚，增強(qiáng)學(xué)生的“四個自信”。

總而言之，思想政治教育能夠方便的融入在本課程專業(yè)知識內(nèi)容中，可以在潛移默化之中既增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，又使學(xué)生在政治思想覺悟上有所提升。促進(jìn)“控工與思政”教育有機(jī)結(jié)合，達(dá)到教書育人的效果。

（5）教學(xué)理念與工程實(shí)際融合。目前主流課程教材內(nèi)容體系編撰大多還是沿襲以傳統(tǒng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)為主線脈絡(luò)進(jìn)行論述總結(jié)，這與時(shí)代發(fā)展、工程實(shí)際和新工科教育已經(jīng)凸顯矛盾。如系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷中的勞斯判據(jù)，傳統(tǒng)教學(xué)就是將勞斯陣列表與勞斯穩(wěn)定性充要條件進(jìn)行理論講述，進(jìn)而要求學(xué)生理解掌握，導(dǎo)致學(xué)生只是學(xué)會了構(gòu)造勞斯陣列表并根據(jù)穩(wěn)定充要條件進(jìn)行穩(wěn)定性判斷，似乎變成了數(shù)學(xué)問題的求解，明顯脫節(jié)于工程。我們培養(yǎng)的是工程師，應(yīng)將控制論思想和方法與時(shí)代一起進(jìn)步。因此我們嘗試采用較短的時(shí)間說明勞斯判據(jù)產(chǎn)生的歷史背景，簡明扼要講述了勞斯判據(jù)的基本原理和使用，進(jìn)而結(jié)合計(jì)算機(jī)和MATALB軟件對高次微分方程進(jìn)行求解及穩(wěn)定性判斷，說明工程實(shí)際中的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，同時(shí)要求學(xué)生課下進(jìn)行試用和總結(jié)。這樣既結(jié)合了穩(wěn)定性原理的學(xué)習(xí)，又將工程實(shí)際進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，展現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化和先進(jìn)性。

（6）教學(xué)內(nèi)容與方法的統(tǒng)一。為適應(yīng)學(xué)時(shí)縮減，而內(nèi)容和要求卻不斷提高的形勢，我們以工程教育、新工科教育及思政教育等為核心指導(dǎo)思想，以知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)為目標(biāo)，制定和修訂了新的課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)大綱和教案等教學(xué)文件，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容引入工程軟件MATLAB進(jìn)行融合教學(xué)，把工程實(shí)際處理方法和手段帶入課堂，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在有限的課堂時(shí)間里獲得了更多的信息量，極大的提高了教學(xué)效率和效果。為培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，我們安排了部分易理解、適合自學(xué)的知識點(diǎn)（如梅森公式等）為課后自學(xué)內(nèi)容，以此激活和調(diào)動學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)能力，此外充分發(fā)揮國家精品課和MOOC課資源，要求學(xué)生查漏補(bǔ)缺，廣博名師取眾家之長。需要注意的是教師一定要適時(shí)跟進(jìn)、監(jiān)測、消解，以多種方式鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，最終使教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度更高。

（7）知識拓展和綜合能力培養(yǎng)。僅學(xué)習(xí)課本知識，已不能適應(yīng)新教育理念的時(shí)代要求，學(xué)生也希望能更多地了解所學(xué)知識與工程實(shí)際之間的關(guān)系、技術(shù)熱點(diǎn)等。為此我們在教學(xué)中除了布置傳統(tǒng)的課程作業(yè)外，更是針對課程重要知識和布置了7次課外拓展任務(wù)。如在學(xué)習(xí)完微分方程相關(guān)知識點(diǎn)后，要求同學(xué)課后通過圖書、網(wǎng)絡(luò)和期刊等途徑去搜索查閱臺灣101大廈風(fēng)阻尼器的有關(guān)資料，完成如下任務(wù)。①探究101大廈風(fēng)阻尼器的構(gòu)成結(jié)構(gòu)。②結(jié)合所學(xué)知識，根據(jù)構(gòu)成結(jié)構(gòu)，繪制其彈簧、質(zhì)量塊和阻尼器系統(tǒng)圖。③結(jié)合調(diào)諧質(zhì)量阻尼器原理分析101大廈風(fēng)阻尼器，說明其抗風(fēng)防震原理。

該拓展任務(wù)培養(yǎng)了學(xué)生收集閱讀資料的能力，激活了學(xué)生分析、思考和總結(jié)的能力，又鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力。同時(shí)增進(jìn)了學(xué)生對臺灣的認(rèn)識和了解，進(jìn)而樹立祖國統(tǒng)一的思想，還有機(jī)的將所學(xué)知識和工程實(shí)際緊密聯(lián)系在一起。

此外課程小論文寫作環(huán)節(jié)則是對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，通過課程小論文的寫作，促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)控制理論的理解和掌握及分析解決問題的能力，鍛煉自主學(xué)習(xí)、溝通協(xié)作和將理論知識遷移到工程實(shí)際的能力，培養(yǎng)文獻(xiàn)查閱、收集及整理能力，拓展前沿理論和熱點(diǎn)問題的技術(shù)視野，提高論文寫作能力，樹立愛國奉獻(xiàn)、職業(yè)道德和科學(xué)精神等高尚品質(zhì)。

（8）完善課程實(shí)驗(yàn)考核。課程實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程理論去分析、設(shè)計(jì)和動手解決實(shí)際問題能力的重要環(huán)節(jié)，也是評判學(xué)習(xí)效果的重要指標(biāo)，我們將課程實(shí)驗(yàn)考核改革為以考勤、操作、實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告為組成項(xiàng)目的綜合考核，并制定了詳細(xì)的考核評價(jià)文件，將考核貫穿于整個實(shí)驗(yàn)過程，強(qiáng)化了過程管理和評價(jià)，從而有效培養(yǎng)了學(xué)生的知識運(yùn)用、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和動手實(shí)踐能力及分析歸納解決問題的能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3 展望

教學(xué)改革的實(shí)施使課程與工程實(shí)際聯(lián)系更加緊密、信息量增大、學(xué)習(xí)節(jié)奏緊湊、培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和科技論文的寫作能力、提高了個人修養(yǎng)和品質(zhì)，更加重視學(xué)習(xí)的過程而不僅是考試的結(jié)果。但也存在一些不足，如合班教學(xué)中人數(shù)眾多，無法對每個人給予同樣的關(guān)注和指導(dǎo)，其次學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，自律能力不同，對教學(xué)要求的制定實(shí)施帶來困難，如何因材施教值得探討，此外如何更好地將理論基礎(chǔ)課與新工科和工程教育相融合仍值得繼續(xù)研討。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊叔子，楊克沖，等.機(jī)械工程控制基礎(chǔ)（第七版）[M].華中科技大學(xué)出版社，2017.

[2] 張聚.基于MATLAB的控制系統(tǒng)仿真及應(yīng)用（第二版）[M].電子工業(yè)出版社，2018.

[3] 姜曉坤，朱泓，李志義.新工科人才培養(yǎng)新模式[J].高教發(fā)展與評估，2018.34（2）：17-24.