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機械工程控制基礎的課程設置論文

時間:2018-08-12 12:13:49 機械工程控制基礎 我要投稿

機械工程控制基礎的課程設置論文

  一、引言

機械工程控制基礎的課程設置論文

  目前,中國產業(yè)正面臨著產業(yè)升級及轉型。傳統(tǒng)的工程教育模式在實踐及創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面存在許多缺陷,學生知識面狹窄,學習缺少自主性和創(chuàng)造性,學科教育與工程實踐脫節(jié),嚴重影響人才培養(yǎng)質量,無法滿足產業(yè)升級需要。因此,我國各高校和教育研究機構對高等工程教育的發(fā)展和改革進行了大量研究并提出了具體的目標,即:中國的高級工程人才培養(yǎng)應當使學生具有創(chuàng)新能力、多層次、專業(yè)化。目前,在教育部的大力支持下,我國很多高校借鑒CDIO的模式和理念進行了向上述目標努力的工科專業(yè)教學改革。CDIO(Conceive構思,Design設計,Implement實施,Operate運作)作為當前國際上高等工程教育的一種人才培養(yǎng)理念,它從產品研發(fā)到運行全生命周期為載體,讓學生主動地、實踐地學習工程,是“做中學”和“基于項目的教育和學習”的集中體現(xiàn)。要貫徹CDIO,高校課程必須加強理論與實踐相結合,通過團隊能力和創(chuàng)新能力訓練,培養(yǎng)學生的實踐能力、工程意識和團隊合作等綜合素質。

  “機械工程控制基礎”是機械類各專業(yè)本科學生的一門重要專業(yè)基礎課。該課程的主要任務是通過對經(jīng)典控制理論的學習,培養(yǎng)學生在機電控制系統(tǒng)方面的設計能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力。該課程的理論性和實踐性都比較強,課程涉及高等數(shù)學、大學物理、電路、機械等很多門學科,有些理論內容比較抽象,因此怎樣既能激發(fā)學生的學習熱情,又能傳授知識,培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力一直是本專業(yè)教師所關注和探討的問題。為了適應現(xiàn)代工程教育需要,結合CDIO理念工程人才培養(yǎng)的“機械工程控制基礎”教學改革是一項緊迫任務。融入CDIO模式的工程人才培養(yǎng)“機械工程控制基礎”教學改革就應當以著重培養(yǎng)學生的工程意識、實踐能力、團隊合作等綜合素質為原則和根據(jù),以啟發(fā)學生的創(chuàng)造性思維,提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力以適應社會發(fā)展的需要。

  二、課程當前的主要問題

  “機械工程控制基礎”課程作為一門重要的學科基礎課培養(yǎng)機械類專業(yè)工程技術人員,其理論性與實踐性都很強。在傳統(tǒng)的教學中,課程知識點系統(tǒng)性強,學生缺乏系統(tǒng)認知導致實踐與理論脫節(jié),學生動手能力較弱。采用傳統(tǒng)的方法教學教師不但感覺難教,學生也感覺難學。目前,現(xiàn)有的教學模式存在著不足,主要表現(xiàn)在:

  1.學生的預備基礎知識掌握不扎實。“機械工程控制基礎”是一門多學科交叉的專業(yè)基礎課,運用到高等數(shù)學、大學物理、機械學、電工學等多門基礎知識,如果學生的前期預備基礎知識不扎實,將影響這門課程的學習。另外,課程所分配的學時較少,教師在課堂上理論教學及實踐教學的學時都很緊張,很難抽出學時復習預備基礎知識。

  2.實踐環(huán)節(jié)的設置不夠合理,重理論,輕工程。“機械工程控制基礎”課程涉及的數(shù)學理論較多,內容豐富,理論性強,但學生難以將公式的內涵和意義與實際工程應用相聯(lián)系,這樣就會使大量的推理、運算,掩蓋課程的實際工程性。理論教學內容多、實際工程問題少,使學生難以感興趣。另外,教學內容和實踐環(huán)節(jié)的項目設計與實際工程問題有一定差距,開設的實驗大多都是驗證性的實驗,來源于企業(yè)的實際實踐項目類型少,這樣很難激發(fā)學生的興趣和創(chuàng)新意識,學生在結課后只會解習題,而不會解決實際的工程問題,很多學生仍然不理解傳遞函數(shù)是怎樣得到的,不會按照系統(tǒng)的瞬態(tài)響應曲線調整控制器,更不用說去開發(fā)機電產品了。課程設計的`內容多年不變,達不到學以致用,理論聯(lián)系實際,團隊合作更是無從談起。

  3.以教師為中心,以教材為中心,以課堂為中心。教師在課堂上滔滔不絕地傳道授業(yè),學生參與其中很少,只是一味地被動接受,在教學活動中教師是主角,而學生是配角。授課教師多半年從事基礎課程教學的老教師,或近年來引進的青年博士,教師缺乏在企業(yè)中的工程實踐經(jīng)驗,在教學活動中難以將實際的工程實踐項目帶入課堂。

  三、課程教學改革措施

  由于“機械工程控制基礎”課程知識具有系統(tǒng)性強的特點,開展基于CDIO理念的課程教學改革,把主要知識點與工程實際結合起來,通過綜合實驗及模擬仿真使學生能夠在“做中學”,提高學生的工程實踐能力。

  1.重新設計教學模式。根據(jù)“機械工程控制基礎”課程特點,以學生為中心,將CDIO工程教育理念的構思、設計、實施和運行貫穿整個教學過程,建立知識、能力和素質的培養(yǎng)體系,重新考慮與設計教學目標、課程框架體系及相應教學活動,形成基于CDIO工程人才培養(yǎng)的新教學模式。

  2.引入微課教學。微課是一種新的教學形式,是教師以視頻的形式圍繞知識點或某個教學環(huán)節(jié)展開的教學活動。目前,全國很多高校都開展了微課教學比賽,這大大地激發(fā)了教師制作微課的熱情,促進了微課的發(fā)展,同時也為各個學科積累了豐富的教學資源。目前,微課是這種新型教學形式,已經(jīng)在高校教學中得到了應用。把微課引入到“機械工程控制基礎”課程的教學體系中來,正好能夠解決該課程理論教學內容多且難而學時又少的矛盾。學生可以在課后有針對性地利用微課來學習相關的預備基礎知識,也可以學習課程的重點和難點。這樣既可以彌補課程課時少的不足,又能夠能調動學生的主動性,讓學生根據(jù)自身對知識的掌握情況有選擇地主動學習。

  教師可以通過搜索來整理網(wǎng)絡上現(xiàn)有的課程知識點的微課資源,也可以制作網(wǎng)絡上沒有的微課,分享給學生。這樣,除了課堂講解以外,重點、難點、共性問題和預備基礎知識又以微課的形式呈現(xiàn)給學生。這種微課教學與課堂教學相結合的教學模式,可以有效地解決課時少與教學內容多之間的矛盾。學生可以針對自身情況在課后有目、有選擇地學習。

  3.強化工程實踐能力培養(yǎng)。為了加強學生工程實踐能力的培養(yǎng),在傳統(tǒng)理論教學的基礎上,融合項目教學、虛擬仿真和案例分析等方法,讓學生在模擬工程實踐的環(huán)境中進行學習。

  (1)項目教學。依托省級和校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(以下簡稱大創(chuàng)項目),在具體項目的基礎上來培養(yǎng)學生的工程實踐能力。基于CDIO工程教育理念,依托省級和校級大創(chuàng)項目,以3~5名學生為一組,教師采用一同探討的方式進行指導,具體實施如圖2所示。由于“大創(chuàng)項目”的開放性,使得可選題材非常廣泛,題目的來源也具有多樣化。很多項目都源于生活,解決生活中的實際問題,學生在生活中迸發(fā)出相關研究的火花,進而獲得較好的研究題材,這樣也能夠激發(fā)學生的興趣和研究熱情。例如,鞋子潮濕不易干,煩惱的同時也許一個好的題材將形成——自動烘鞋器的設計。

  (2)虛擬仿真。本課程中的虛擬仿真就是利用Matlab軟件提供的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境,來對機電控制系統(tǒng)進行建模、仿真。將Matlab軟件及其提供的Simulink組件應用到課程教學中,改變了傳統(tǒng)的單一課堂教學模式,增強了教學的直觀性,有利于加深學生對理論知識的理解。Matlab虛擬仿真實驗平臺具備許多真實的實驗教學所無法擁有的優(yōu)點,它能夠不受外界因素的干擾,既可以演示復雜控制系統(tǒng)的未知結果,又可以演示系統(tǒng)瞬態(tài)響應隨各控制參數(shù)的變化。Matlab虛擬仿真實驗平臺能夠彌補真實實驗教學的不足,為學生自己設計創(chuàng)新實驗打下基礎。虛擬仿真技術的引入,使得機電控制系統(tǒng)實驗設計的思想和方式發(fā)生了重大飛躍,符合現(xiàn)代工程教育發(fā)展的需要。采用虛擬仿真能夠使學生在一個比實際情況更安全的環(huán)境中提高工程實踐能力,可以說在“機械工程控制基礎”課程中應用虛擬仿真技術是可行且必要的。

  (3)實際案例分析。實際案例分析可以給學生提供很多關于實際工程應用的具體經(jīng)驗。教師可將實際的科研課題提煉以案例的形式在教學過程中進行系列講授。這樣既能開闊學生的視野,提高學習興趣,又給學生灌輸了科學研究的思想。通過討論案例,學生能夠親自體驗系統(tǒng)或產品的CDIO過程,并參與疑問的解答,提高了學生的思考和決策能力。

  (4)實驗教學面向工程實踐能力培養(yǎng)。為實現(xiàn)理論性與實踐性的有機結合還需要開展多樣化的實驗教學,例如:觀摩實驗、仿真驗證性實驗和設計性實驗。觀摩實驗主要是對典型控制系統(tǒng)進行觀摩,了解其軟、硬件的組成及其工作原理。仿真驗證性實驗是利用仿真軟件進行時域、頻域分析,驗證課堂所學的理論知識。設計性實驗要求學生根據(jù)設計題目,查閱資料,提出設計方案,通過數(shù)學建模、性能分析、校正完善方案,搭建軟硬件。設計性實驗可以和前面的項目教學結合起來,以項目報告的形式在課后完成。

  4.教師角色轉變。CDIO理念下的教師角色轉型目的是培養(yǎng)學生的工程實踐能力及專業(yè)綜合素質,因此要求教師成為設計者,設計出與工程環(huán)境相匹配的綜合課程。教師還應突破傳統(tǒng)的、以教師為中心的填鴨式教學模式,變?yōu)橐龑W生主動參與的引導者,讓每個學生都有機會參與工程項目和團隊項目的開發(fā),培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力和工程實踐能力。

  四、結束語

  隨著社會對多層次復合工程人才的需求,機械類學生對于控制工程基礎知識和基本實踐技能的訓練更需要加強,“機械工程控制基礎”作為機械類各專業(yè)方向的一門主要專業(yè)基礎課程地位更顯重要。因此,結合當前較為成功的高等工程教育改革的CDIO模式,通過教學模式改革、引入微課教學、強化工程實踐能力培養(yǎng)和教師角色轉變幾方面對“機械工程控制基礎”課程進行教學改革,不斷更新教育理念,提高教育質量,培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質工程人才。

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