機械工程控制基礎課程教學的探討論文
機械工程控制基礎課程歷來被機械類專業學生認為是除理論力學和微機原理之外的三大最難學的課程之一,其間教師教的累,學生也學得辛苦,教學過程中反映出的問題也很多。但這些問題最終可歸結為“為什么要學?怎樣學?”學生在學習過程中始終糾纏在這兩類問題中,因而教師如果在教學中不能很好的解決這兩個問題,必然教學質量就無法保證和提高。
1為什么要學《機械工程控制基礎》
自20世紀50年代錢學森創立工程控制論之后,控制工程首先以“調節原理”的名稱作為自動控制專業的一門主干課程而進入高校教學領域。隨著制造業的快速發展,對光、機、電一體化的發展也提出了新的要求,自然也就對機械專業學生掌握控制論的基本觀點和方法提出了新的要求。因此,20世紀80年代初國內高校普遍開始對機械類專業的本科生開設機械工程控制課程。1998年國家對高校的專業設置進行了調整。機械大類的所屬專業縮減成四個“機:械設計制造及其自動化、材料成型及控制工程、過程裝備與控制工程”和“工業設計”。其中前三個專業都帶有“自動化”或“控制工程”的后綴,可見控制工程在現代機械專業中的重要性。
機械工程控制基礎課程將各門數、理、機、電、力、液等基礎知識與機械類專業課之間以控制論的思想為基礎架起信息技術聯系的“橋梁”,使之在后續的專業課學習中具有較強的針對性和解決實際工程問題的可能,因而該課程的學習對工科學生今后工程能力的培養具有重要的意義。機械工程控制基礎目前已成為培養口徑寬、基礎厚的機械專業本科學生的一門重要的專業技術基礎課,其所包含的理論和知識是制造業實現走向信息化、自動化、智能化的最根本也是最基礎的第一步。
2怎樣學好《機械工程控制基礎》
2.1存在的問題
“怎樣學好機械工程控制基礎”可以說是學生在學習中碰到的最直接,也是最困難的問題。分析其原因,大致有以下幾種:
(1)內容抽象。首先課程本身就是以控制理論為基礎,研究的是在工程實踐的基礎上抽象出來的問題。既是說,其先天就是以數字、公式以及數學模型等數學語言在描述一個實際的系統或生產過程。因而學生在學習中一直會感覺是在公式、定理模型中游離,是在學習一門數學。
其次課程開設在二年級第二學期,這個階段可以說學生還沒有學習專業課程,專業知識的缺乏,必然導致學生對教學中所描述和提及的系統以及生產過程難以理解,極其抽象。
(2)數學知識薄弱。機械工程控制基礎課程中幾乎所有的定論和原理都是由很多不同的數學工具推導出來的,必然就要求其學習必須建立在良好的數學基礎之上。然而工科院校學生的數理基礎卻又相對薄弱,尤其現行的教學計劃中對數理教學內容的刪減和選擇所帶來的變化,更是加劇了這一問題,因此,對大多數數學基礎掌握一般的學生來說,幾乎無法適應,普遍學生都會反映“很難,聽不懂”。
(3)課程的銜接。從目前學校執行的教學計劃中,機械工程控制基礎的`教學時間安排可以說是承上啟下,介于基礎課和專業課之間,是典型的專業基礎課的。但最大問題也就出于此,機械工程控制基礎所涵蓋的知識內容涉及到很多課程,除要求學生熟練掌握許多數學方法和知識外,還要掌握電學、力學、機械設計等方面的知識,由此可見現行計劃中出現了專業課程知識的嚴重脫節。
2.2解決方法
(1)為克服內容抽象,建議在今后課堂教學中以相關的典型工程實例(最好是學生身邊所能看到,能摸到的系統)為介入點來引入重要知識點。例如,我們在一開始介紹自動控制系統的概念、組成要素、類型和工作原理等知識時,完全可以將洗衣機、空調、烤箱等實例引入,采取由“教師啟發—學生討論—教師總結”的方式進行教學,逐步提高培養學生對抽象事物的概括能力和邏輯分析能力,進而在后續章節學習中逐步引入一些較為常見的典型工業控制系統和生產過程對象。
(2)數學知識的缺失短時間是很難彌補的,但是必要的數學知識的簡要復習和講解仍然十分必要(例如,復變函數和積分變換等)。此外在利用數學工具及相關電、力、液等知識進行控制論原理教學推導時,切忌不要使推導過程變成一種數學解題的氛圍,一旦這樣,學生的上課注意力和吸收消化知識點將隨之也將轉變成數學思維,頭腦中將一直浮現“公式,數據,結果”,而完全忽視了期間所要求掌握的系統控制論的物理概念的明晰性和數學結論的適用性和準確性。因此,教師要特別注意引導學生將注意力集中在系統問題的提出,解決的辦法和最終的結論之上,對數學的推導過程只要做到會用即可,注意本末的適當處理。
(3)課程的銜接好壞可以說直接影響課程的教學效果,前述引入典型工程實例的教學方法雖然很好,但選擇怎樣的實例卻又是個大問題。現實中機械工程實例中基本上都是具體的技術研究和開發問題,比如數控機床的伺服系統,機械手的自動控制等已經涉及到了后續很多的專業知識,在現行教學計劃下現階段的學生是無法理解的。所以目前,教師只能是用一些結構簡單、針對性強、便于理解、計算與分析的實例作為課堂的首選,但同時也割裂了課程內容在實際系統設計中的整體聯系,學生很難建立起一個各部分(環節)相互聯系、相互作用、系統在不斷經歷動態變化的全系統控制概念。因此,下一步如何修改現行教學計劃,提高課程間的銜接度將是提高機械工程控制基礎教學質量的關鍵之一。
3結語
要提高機械工程控制基礎教學質量除了以上分析之外,還有很多其他措施。例如實踐環節如何構思、綜合實驗平臺如何設計、如何開設、相關教學課程內容如何設置等等。其本身就是一個動態系統的概念。當然,作為教師自身的不斷學習和提高,不斷的在教學中對教學法進行研究和總結也是非常重要的要素。
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