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      機(jī)械工程控制基礎(chǔ)的課程設(shè)置論文

      時間:2018-08-12 12:13:49 機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 我要投稿

      機(jī)械工程控制基礎(chǔ)的課程設(shè)置論文

        一、引言

      機(jī)械工程控制基礎(chǔ)的課程設(shè)置論文

        目前,中國產(chǎn)業(yè)正面臨著產(chǎn)業(yè)升級及轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)的工程教育模式在實(shí)踐及創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面存在許多缺陷,學(xué)生知識面狹窄,學(xué)習(xí)缺少自主性和創(chuàng)造性,學(xué)科教育與工程實(shí)踐脫節(jié),嚴(yán)重影響人才培養(yǎng)質(zhì)量,無法滿足產(chǎn)業(yè)升級需要。因此,我國各高校和教育研究機(jī)構(gòu)對高等工程教育的發(fā)展和改革進(jìn)行了大量研究并提出了具體的目標(biāo),即:中國的高級工程人才培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)使學(xué)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(jìn)行了向上述目標(biāo)努力的工科專業(yè)教學(xué)改革。CDIO(Conceive構(gòu)思,Design設(shè)計(jì),Implement實(shí)施,Operate運(yùn)作)作為當(dāng)前國際上高等工程教育的一種人才培養(yǎng)理念,它從產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行全生命周期為載體,讓學(xué)生主動地、實(shí)踐地學(xué)習(xí)工程,是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)。要貫徹CDIO,高校課程必須加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合,通過團(tuán)隊(duì)能力和創(chuàng)新能力訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、工程意識和團(tuán)隊(duì)合作等綜合素質(zhì)。

        “機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”是機(jī)械類各專業(yè)本科學(xué)生的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的主要任務(wù)是通過對經(jīng)典控制理論的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)電控制系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。該課程的理論性和實(shí)踐性都比較強(qiáng),課程涉及高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路、機(jī)械等很多門學(xué)科,有些理論內(nèi)容比較抽象,因此怎樣既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,又能傳授知識,培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力一直是本專業(yè)教師所關(guān)注和探討的問題。為了適應(yīng)現(xiàn)代工程教育需要,結(jié)合CDIO理念工程人才培養(yǎng)的“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”教學(xué)改革是一項(xiàng)緊迫任務(wù)。融入CDIO模式的工程人才培養(yǎng)“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”教學(xué)改革就應(yīng)當(dāng)以著重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作等綜合素質(zhì)為原則和根據(jù),以啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維,提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力以適應(yīng)社會發(fā)展的需要。

        二、課程當(dāng)前的主要問題

        “機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程作為一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)工程技術(shù)人員,其理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)。在傳統(tǒng)的教學(xué)中,課程知識點(diǎn)系統(tǒng)性強(qiáng),學(xué)生缺乏系統(tǒng)認(rèn)知導(dǎo)致實(shí)踐與理論脫節(jié),學(xué)生動手能力較弱。采用傳統(tǒng)的方法教學(xué)教師不但感覺難教,學(xué)生也感覺難學(xué)。目前,現(xiàn)有的教學(xué)模式存在著不足,主要表現(xiàn)在:

        1.學(xué)生的預(yù)備基礎(chǔ)知識掌握不扎實(shí)!皺C(jī)械工程控制基礎(chǔ)”是一門多學(xué)科交叉的專業(yè)基礎(chǔ)課,運(yùn)用到高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、機(jī)械學(xué)、電工學(xué)等多門基礎(chǔ)知識,如果學(xué)生的前期預(yù)備基礎(chǔ)知識不扎實(shí),將影響這門課程的學(xué)習(xí)。另外,課程所分配的學(xué)時較少,教師在課堂上理論教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時都很緊張,很難抽出學(xué)時復(fù)習(xí)預(yù)備基礎(chǔ)知識。

        2.實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置不夠合理,重理論,輕工程。“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程涉及的數(shù)學(xué)理論較多,內(nèi)容豐富,理論性強(qiáng),但學(xué)生難以將公式的內(nèi)涵和意義與實(shí)際工程應(yīng)用相聯(lián)系,這樣就會使大量的推理、運(yùn)算,掩蓋課程的實(shí)際工程性。理論教學(xué)內(nèi)容多、實(shí)際工程問題少,使學(xué)生難以感興趣。另外,教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)際工程問題有一定差距,開設(shè)的實(shí)驗(yàn)大多都是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn),來源于企業(yè)的實(shí)際實(shí)踐項(xiàng)目類型少,這樣很難激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新意識,學(xué)生在結(jié)課后只會解習(xí)題,而不會解決實(shí)際的工程問題,很多學(xué)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(yīng)曲線調(diào)整控制器,更不用說去開發(fā)機(jī)電產(chǎn)品了。課程設(shè)計(jì)的`內(nèi)容多年不變,達(dá)不到學(xué)以致用,理論聯(lián)系實(shí)際,團(tuán)隊(duì)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(xué)生參與其中很少,只是一味地被動接受,在教學(xué)活動中教師是主角,而學(xué)生是配角。授課教師多半年從事基礎(chǔ)課程教學(xué)的老教師,或近年來引進(jìn)的青年博士,教師缺乏在企業(yè)中的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),在教學(xué)活動中難以將實(shí)際的工程實(shí)踐項(xiàng)目帶入課堂。

        三、課程教學(xué)改革措施

        由于“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程知識具有系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn),開展基于CDIO理念的課程教學(xué)改革,把主要知識點(diǎn)與工程實(shí)際結(jié)合起來,通過綜合實(shí)驗(yàn)及模擬仿真使學(xué)生能夠在“做中學(xué)”,提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

        1.重新設(shè)計(jì)教學(xué)模式。根據(jù)“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程特點(diǎn),以學(xué)生為中心,將CDIO工程教育理念的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行貫穿整個教學(xué)過程,建立知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)體系,重新考慮與設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)、課程框架體系及相應(yīng)教學(xué)活動,形成基于CDIO工程人才培養(yǎng)的新教學(xué)模式。

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

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

        3.強(qiáng)化工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。為了加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng),在傳統(tǒng)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上,融合項(xiàng)目教學(xué)、虛擬仿真和案例分析等方法,讓學(xué)生在模擬工程實(shí)踐的環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)。

        (1)項(xiàng)目教學(xué)。依托省級和校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(以下簡稱大創(chuàng)項(xiàng)目),在具體項(xiàng)目的基礎(chǔ)上來培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力;贑DIO工程教育理念,依托省級和校級大創(chuàng)項(xiàng)目,以3~5名學(xué)生為一組,教師采用一同探討的方式進(jìn)行指導(dǎo),具體實(shí)施如圖2所示。由于“大創(chuàng)項(xiàng)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(xiàng)目都源于生活,解決生活中的實(shí)際問題,學(xué)生在生活中迸發(fā)出相關(guān)研究的火花,進(jìn)而獲得較好的研究題材,這樣也能夠激發(fā)學(xué)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(shè)計(jì)。

        (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(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真。將Matlab軟件及其提供的Simulink組件應(yīng)用到課程教學(xué)中,改變了傳統(tǒng)的單一課堂教學(xué)模式,增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性,有利于加深學(xué)生對理論知識的理解。Matlab虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺具備許多真實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)所無法擁有的優(yōu)點(diǎn),它能夠不受外界因素的干擾,既可以演示復(fù)雜控制系統(tǒng)的未知結(jié)果,又可以演示系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)隨各控制參數(shù)的變化。Matlab虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺能夠彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足,為學(xué)生自己設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。虛擬仿真技術(shù)的引入,使得機(jī)電控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(xué)生在一個比實(shí)際情況更安全的環(huán)境中提高工程實(shí)踐能力,可以說在“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)是可行且必要的。

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

        (4)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面向工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。為實(shí)現(xiàn)理論性與實(shí)踐性的有機(jī)結(jié)合還需要開展多樣化的實(shí)驗(yàn)教學(xué),例如:觀摩實(shí)驗(yàn)、仿真驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。觀摩實(shí)驗(yàn)主要是對典型控制系統(tǒng)進(jìn)行觀摩,了解其軟、硬件的組成及其工作原理。仿真驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是利用仿真軟件進(jìn)行時域、頻域分析,驗(yàn)證課堂所學(xué)的理論知識。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)題目,查閱資料,提出設(shè)計(jì)方案,通過數(shù)學(xué)建模、性能分析、校正完善方案,搭建軟硬件。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以和前面的項(xiàng)目教學(xué)結(jié)合起來,以項(xiàng)目報(bào)告的形式在課后完成。

        4.教師角色轉(zhuǎn)變。CDIO理念下的教師角色轉(zhuǎn)型目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力及專業(yè)綜合素質(zhì),因此要求教師成為設(shè)計(jì)者,設(shè)計(jì)出與工程環(huán)境相匹配的綜合課程。教師還應(yīng)突破傳統(tǒng)的、以教師為中心的填鴨式教學(xué)模式,變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生主動參與的引導(dǎo)者,讓每個學(xué)生都有機(jī)會參與工程項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的開發(fā),培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和工程實(shí)踐能力。

        四、結(jié)束語

        隨著社會對多層次復(fù)合工程人才的需求,機(jī)械類學(xué)生對于控制工程基礎(chǔ)知識和基本實(shí)踐技能的訓(xùn)練更需要加強(qiáng),“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”作為機(jī)械類各專業(yè)方向的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課程地位更顯重要。因此,結(jié)合當(dāng)前較為成功的高等工程教育改革的CDIO模式,通過教學(xué)模式改革、引入微課教學(xué)、強(qiáng)化工程實(shí)踐能力培養(yǎng)和教師角色轉(zhuǎn)變幾方面對“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程進(jìn)行教學(xué)改革,不斷更新教育理念,提高教育質(zhì)量,培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)工程人才。

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