有關《機械工程控制基礎》課程建設與教學改革探索論文
《機械工程控制基礎》是機械制造及其自動化專業和測控技術與儀器專業學生必修的一門重要的專業基礎課，課程的主要內容是依托控制論的理論基礎，研究和分析機械工程技術中的實際問題.具體涵蓋兩個方面的內容:①熟悉并掌握機械工程系統的數學模型表達方式及一般分析方法，對機電系統中存在的問題能夠用控制論的觀點和科學的思維方法進行分析，以找出問題的本質和準確有效的解決方法.②如何控制一個機電系統，使之按預定的運算規律運動，以達到預定的技術經濟指標，為實現自動控制并生產出合格的產品打下基礎.
該課程從信號傳遞、信號轉換和反饋等角度來分析系統的動靜態性能和行為，從自動控制理論的角度解決生產過程中存在的實際問題.為使系統按預定的規律運動，達到預定的技術指標，實現最佳控制打下基礎，且可為后續的機械類相關課程的學習，如機械工程測試技術、數控機床、機電一體化系統設計、工業機器人等打下堅實的理論基礎.《機械工程控制基礎》研究的問題帶有普遍性，對工程實踐具有重要的指導意義，該課程的開設對培養學生運用控制原理的基本方法，分析和解決各種工程問題具有重要作用.
1課程特點及目前教學中存在的問題
與專業課是掌握某些具體的工程技術和具體的軟件等學習工具不同，《機械工程控制基礎》比較抽象，需要數學、物理等基礎知識的支撐.因此，在學習過程中，學生普遍存在不知道為什么學、怎么學等問題，久而久之，就會失去學習興趣甚至產生厭學現象.因此，教學效果并不理想，教學過程中存在以下一些問題.
首先，《機械工程控制基礎》理論性很強，從課程內容看，主要包括系統的數學模型、時域頻域分析、穩定性分析和控制器設計等.雖然建模階段工程實例較多，但其他部分大都是理論分析.如果在學習過程中，脫離工程實踐，不能搞懂這些理論分析作用和依據，而只會套公式，就會使學生被動地接受知識，使其失去學習興趣，影響學習效果.其次，由于應用型本科學生的特點，導致其數理知識往往比較薄弱，而該課程恰恰又對其要求較高，就會造成脫節.另外，學生在學習過程中往往只是掌握了一些孤立的知識點，而不能用全面和整體的觀點去分析與綜合知識.
因此，對《機械工程控制基礎》課程進行適當的教學模式和教學方法的改革，對于提高該課程的教學質量，構建學生的專業知識體系十分必要.
2課程改革采取的主要措施和方法
2.1重視緒論學習，激發學習興趣
學生要了解這門課程的主要內容，學來做什么的，因此對第一堂課往往最感興趣.第一堂課的教學質量在很大程度上影響學生后續學習的積極性.
首先從學生比較熟悉的例子如電飯煲、冰箱、空調和學生比較感興趣的例子如飛機、導彈、衛星等入手，介紹什么是自動控制，如何實現自動控制.此外，將自動控制系統中的各環節與人體的各個部位聯系起來，減少對控制論學習的神秘感，加深對控制系統的認識.
在闡述控制論發展時，以我國古代的指南車、瓦特發明的蒸汽機離心調速器為例，此外介紹我國錢學森等科學家對控制論的貢獻.使學生了解前人對控制理論的貢獻，樹立學習目標.
總之，通過緒論的學習，使學生了解課程的設置、學習中的重點難點、學習方法、課程的教學安排及考核方式.通過上述舉措，激發學生的學習興趣，加深學生對課程的認識，以取得良好的開端.
2.2適當補習部分基礎理論知識
如上所述，學習該課程的一大障礙就是對數理知識要求較高.主要包括:牛頓定律、庫克定律等力學知識;歐姆定律、基爾霍夫定律、電磁感應定律等電學知識;微分方程、Laplace變換等數學知識.在課程學習之前，可以建議學生課下復習力學和電學知識，也可在應用到這些知識時適當進行復習.微分方程和Laplace變換是學習傳遞函數的基礎，而由于課程設置的局限及學生基礎的薄弱，需在第二章講述傳遞函數之前對微分方程和Laplace變換的'相關內容進行補充.
2.3注重理解與應用，適當減少公式推演
《機械工程控制基礎》教學內容較多，按現有的課時無法完成全部內容的學習.需依據培養計劃和應用型本科的特點，精選教學內容，制訂教學大綱.根據學�，F狀，將教學重點放在系統建模、時域分析、頻域分析、穩定性分析、控制器設計上.在內容組織上強調循序漸進，重視概念的理解及知識的應用，適當減少公式的推演.
例如，穩定判據的推導過程非常復雜，米哈伊洛夫穩定定理、開閉環傳遞函數以及Nyquist圖之間的關系比較復雜，常常要花上一堂課的時間進行推導，即使學習程度較好的學生理解起來也顯得吃力.這就有可能會使部分學生感到厭煩，產生畏懼心理.因此在教學過程中可以先著重介紹判據本身及其應用，最后再適當講解其推導過程，這樣即使學生對推導過程理解不透，也不妨礙對該知識點的理解和應用.
2.4精選工程案例，貫穿于課程教學的始終
在教學過程中，教材已經給出了一些工程實例，但這些實例比較零散，教材前后各章節之間的實例聯系不夠緊密，這些例子雖然對學生理解各章節的知識點有所幫助，但不便于從整體上理解所學知識是怎樣和工程應用結合的.從工程實際中找到或設計出理論覆蓋面廣、貫穿課程整體內容且大部分學生能參與分析討論的工程實例.在各章節教學過程中，盡量以此工程實例為范例，這樣便于學生系統地理解各章節核心內容在該工程實例中的作用，可以很大程度地解決為什么學的問題.還可以在課程的開始就能提高學生的學習興趣，達到教學目的.
經過綜合分析和探索，在教學中引入了雷達天線伺服控制作為系統案例.在緒論中就引入該案例，介紹該系統的應用領域，所起的主要作用，以方框圖的形式體現系統的構成，分塊講述基本的工作原理等知識，并告訴學生，學完本課程，就有能力分析與設計像這樣類型的控制系統.將枯燥的理論學習與學生心目中高大上的雷達實際的工程實例聯系起來，將其學習興趣調動到最佳狀態.
在系統建模、時域分析、頻域分析、穩定性分析、控制器設計等章節均以該實例為基礎，討論如何一步步地對雷達天線伺服控制系統進行上述分析與設計，使學生始終將所學理論知識點和雷達系統的相應環節對應上，這樣有利于學生對理論知識的系統理解和工程應用能力的提高.
2.5加強Matlab軟件在教學中的應用
Matlab可以很方便地對線性連續系統進行時域分析、求取時域指標，還可以繪制系統的波特圖、奈奎斯特圖，求系統的頻域指標等.將Matlab軟件應用于課堂教學中，教師在講解這些內容時，可以節約作圖時間，而且其圖形更形象、直觀.學生在課下使用Matlab軟件，不僅能快速方便地完成一些較復雜的模型分析計算，還能直觀形象地看到計算結果.因此，為了加深學生對課程知識的理解，避免學習過程過于單調枯燥，提高學生的學習興趣，將軟件引入課堂教學過程中無疑是一種切實可行的方法.在進行Matlab演示時，要盡量利用可視化程度高的Simulink進行，這樣可以盡可能地避免從理論公式推導的枯燥又進入到Matlab編程的枯燥.
此外，通過教學實踐證明，把Matlab軟件部分安排在各個知識點之后而不是章節的最后，會取得更好的效果.此外，可以在課后作業中增加Matlab仿真作業，這樣課堂講授的概念和方法可以在作業中得到復習，在仿真型作業中得到驗證.既復習和鞏固了課堂的知識，又為進一步學習Matlab提供了基礎.
2.6改進實驗教學環節
以往的實驗環節，均采用在電腦上用Matlab軟件進行仿真驗證的方式進行，學生完成實驗后，對控制系統的構成、作用、分析等仍然理解不深，不能很好地把實驗結果和工程實際結合起來.為了改變這種現狀，將實驗項目均改為在機電系統綜合實驗平臺等儀器設備上完成.實驗項目包括控制系統時域分析、控制器設計與參數整定、水箱液位控制、倒立擺控制等內容.這些項目的開展可以加深學生對書本知識的理解，將理論知識與實際應用更好地聯系起來.
另外，為培養學生的動手能力和創新能力，增加設計性實驗項目.學生在老師的指導下，利用綜合實驗平臺以及典型機電對象、傳感器、控制器及執行機構設計控制系統，利用硬件設備搭建系統、設計控制器及參數整定，最終完成系統的調試及系統性能測試等項目.學生不但可以通過設計性實驗獲取知識，還可以從成敗中獲取經驗教訓，提高自身的綜合素質和創新能力.
3結束語
將工程實際中簡化而來的小型系統案例雷達天線伺服控制系統貫穿于課程教學的始終，這樣便于學生理解各章節內容在該工程實例中的作用，可以將理論知識與具體實際聯系起來提高學生學習的興趣，減少厭學現象.此外，將Matlab引入課堂教學和課后作業，使教學更加形象生動.實踐表明:該教學方法有效地提高了學生對機電控制系統的整體分析與綜合設計能力，學習針對性和主動性顯著增強.
【有關《機械工程控制基礎》課程建設與教學改革探索論文】相關文章：