机械工程控制基础课程教学的探讨论文
机械工程控制基础课程历来被机械类专业学生认为是除理论力学和微机原理之外的三大最难学的课程之一,其间教师教的累,学生也学得辛苦,教学过程中反映出的问题也很多。但这些问题最终可归结为“为什么要学?怎样学?”学生在学习过程中始终纠缠在这两类问题中,因而教师如果在教学中不能很好的解决这两个问题,必然教学质量就无法保证和提高。
1为什么要学《机械工程控制基础》
自20世纪50年代钱学森创立工程控制论之后,控制工程首先以“调节原理”的名称作为自动控制专业的一门主干课程而进入高校教学领域。随着制造业的快速发展,对光、机、电一体化的发展也提出了新的要求,自然也就对机械专业学生掌握控制论的基本观点和方法提出了新的要求。因此,20世纪80年代初国内高校普遍开始对机械类专业的本科生开设机械工程控制课程。1998年国家对高校的专业设置进行了调整。机械大类的所属专业缩减成四个“机:械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、过程装备与控制工程”和“工业设计”。其中前三个专业都带有“自动化”或“控制工程”的后缀,可见控制工程在现代机械专业中的重要性。
机械工程控制基础课程将各门数、理、机、电、力、液等基础知识与机械类专业课之间以控制论的思想为基础架起信息技术联系的“桥梁”,使之在后续的专业课学习中具有较强的针对性和解决实际工程问题的可能,因而该课程的学习对工科学生今后工程能力的培养具有重要的意义。机械工程控制基础目前已成为培养口径宽、基础厚的机械专业本科学生的一门重要的专业技术基础课,其所包含的理论和知识是制造业实现走向信息化、自动化、智能化的最根本也是最基础的第一步。
2怎样学好《机械工程控制基础》
2.1存在的问题
“怎样学好机械工程控制基础”可以说是学生在学习中碰到的最直接,也是最困难的问题。分析其原因,大致有以下几种:
(1)内容抽象。首先课程本身就是以控制理论为基础,研究的是在工程实践的基础上抽象出来的问题。既是说,其先天就是以数字、公式以及数学模型等数学语言在描述一个实际的系统或生产过程。因而学生在学习中一直会感觉是在公式、定理模型中游离,是在学习一门数学。
其次课程开设在二年级第二学期,这个阶段可以说学生还没有学习专业课程,专业知识的缺乏,必然导致学生对教学中所描述和提及的系统以及生产过程难以理解,极其抽象。
(2)数学知识薄弱。机械工程控制基础课程中几乎所有的定论和原理都是由很多不同的数学工具推导出来的,必然就要求其学习必须建立在良好的数学基础之上。然而工科院校学生的数理基础却又相对薄弱,尤其现行的教学计划中对数理教学内容的删减和选择所带来的变化,更是加剧了这一问题,因此,对大多数数学基础掌握一般的学生来说,几乎无法适应,普遍学生都会反映“很难,听不懂”。
(3)课程的衔接。从目前学校执行的教学计划中,机械工程控制基础的`教学时间安排可以说是承上启下,介于基础课和专业课之间,是典型的专业基础课的。但最大问题也就出于此,机械工程控制基础所涵盖的知识内容涉及到很多课程,除要求学生熟练掌握许多数学方法和知识外,还要掌握电学、力学、机械设计等方面的知识,由此可见现行计划中出现了专业课程知识的严重脱节。
2.2解决方法
(1)为克服内容抽象,建议在今后课堂教学中以相关的典型工程实例(最好是学生身边所能看到,能摸到的系统)为介入点来引入重要知识点。例如,我们在一开始介绍自动控制系统的概念、组成要素、类型和工作原理等知识时,完全可以将洗衣机、空调、烤箱等实例引入,采取由“教师启发—学生讨论—教师总结”的方式进行教学,逐步提高培养学生对抽象事物的概括能力和逻辑分析能力,进而在后续章节学习中逐步引入一些较为常见的典型工业控制系统和生产过程对象。
(2)数学知识的缺失短时间是很难弥补的,但是必要的数学知识的简要复习和讲解仍然十分必要(例如,复变函数和积分变换等)。此外在利用数学工具及相关电、力、液等知识进行控制论原理教学推导时,切忌不要使推导过程变成一种数学解题的氛围,一旦这样,学生的上课注意力和吸收消化知识点将随之也将转变成数学思维,头脑中将一直浮现“公式,数据,结果”,而完全忽视了期间所要求掌握的系统控制论的物理概念的明晰性和数学结论的适用性和准确性。因此,教师要特别注意引导学生将注意力集中在系统问题的提出,解决的办法和最终的结论之上,对数学的推导过程只要做到会用即可,注意本末的适当处理。
(3)课程的衔接好坏可以说直接影响课程的教学效果,前述引入典型工程实例的教学方法虽然很好,但选择怎样的实例却又是个大问题。现实中机械工程实例中基本上都是具体的技术研究和开发问题,比如数控机床的伺服系统,机械手的自动控制等已经涉及到了后续很多的专业知识,在现行教学计划下现阶段的学生是无法理解的。所以目前,教师只能是用一些结构简单、针对性强、便于理解、计算与分析的实例作为课堂的首选,但同时也割裂了课程内容在实际系统设计中的整体联系,学生很难建立起一个各部分(环节)相互联系、相互作用、系统在不断经历动态变化的全系统控制概念。因此,下一步如何修改现行教学计划,提高课程间的衔接度将是提高机械工程控制基础教学质量的关键之一。
3结语
要提高机械工程控制基础教学质量除了以上分析之外,还有很多其他措施。例如实践环节如何构思、综合实验平台如何设计、如何开设、相关教学课程内容如何设置等等。其本身就是一个动态系统的概念。当然,作为教师自身的不断学习和提高,不断的在教学中对教学法进行研究和总结也是非常重要的要素。
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