机械控制工程基础课程教学改革探索

机械控制工程基础课程教学改革探索

李纪良

身份证号码：370481198407280017  临沂远大电气安装工程有限公司  山东省临沂市

摘要：随着职业教育教学水平的不断提高，新课程改革的不断推进，进一步凸显了高职院校作为教育教学的主阵地，是培养专业人才的城堡。机械控制工程是机械类专业一门专业基础课，该课程是从控制方法论的角度，研究控制系统的建立、分析与设计的方法，是一门理论性较强的课程。本文在分析机械控制工程基础课程性质和特点的基础上，以提高教学质量、培养学生的创新能力和综合素质为目的，从教学模式、教学内容、实验模式和考评方式等方面进行了教学改革探索，取得了良好的效果。

关键词：机械控制工程基础；教学；改革

引言

机械控制工程基础是利用自动控制原理来解决机械工程实际问题的一门基础专业课程。该课程的主要特点是理论性强、系统分析计算量大、图形多且复杂。长期以来，教师习惯于“教师讲课—学生听课”的单向授课方式，由于学时短、教学任务重，加之内容抽象，导致学生学习该课程时感觉较为吃力，甚至产生厌学情绪，严重影响教学质量。为此，本文针对性地从教学模式、教学内容、实验模式和考评方式等方面进行了教学改革的探索和实践。

1机械控制工程课程知识组成及能力导向

目标导向教育采用专业需求→教学目标→课程知识的逆向设计原则，即从专业需求开始，由需求决定教学目标，再由教学目标决定课程知识，可以快速适应专业的需求变化。控制工程在机械工程中主要起一个模型提供和特性分析作用，因此机械类专业需要机械控制工程课程提供反馈控制系统的构成、控制系统数学模型的建立方法及系统时域、复域、频域分析和校正方法的内容。基于上述专业需求，按照新工科理念，机械控制工程课程的学生知识组成及能力导向如下。

首先，掌握机械工程控制论的基本概念、控制系统的原理、组成以及性能指标，并能将所学的专业基础理论知识用于控制问题的描述中。培养学生运用控制理论的原理去分析各类机械系统的能力。

其次，掌握运用力学、机械和电气等基础知识建立描述系统动态特性的时域数学模型的过程，从而掌握衍生的传递函数和频域数学模型的建模过程，掌握系统传递方框图及其简化过程。培养学生运用各种基础知识和方法建立不同控制数学模型的能力。

再次，掌握控制系统分析的方法和过程，包括时间响应分析、频率特性分析和稳定性分析，能够对系统的稳定性和性能指标进行分析评价。培养学生运用控制系统的各类方法对控制系统进行分析的能力。

最后，掌握控制系统设计校正的方法和过程，包括常用的串联校正、反馈校正、顺馈校正和PID控制规律，能够按照控制系统的实际性能指标，运用合适的校正方法对控制系统进行各类校正。培养学生运用各类校正方法对控制系统校正的能力。

2高职机械专业教学现状分析

机械专业是高职院校普遍开设的专业之一，该专业主要的教育目标就是培养出能够制作、操作和检修各类机械的专业技术人才。在实际教学中，该专业的课程大多分为理论课程与实践操作课程两大类。其中，学生在学校的前几年主要是学习理论知识，学习的内容包括机械专业的基础知识和相关原理，而在最后一年，则是集中进行实训教学。在开展实训教学时，学生大都是在学校的组织下，直接进入工厂或者企业进行机械设备制造、机械操作或者维修等岗位工作。这样的课程设置导致学生的理论学习与实践操作相割离，因为二者之间间隔的时间较长，很多学生进入工厂或者企业参加实训实习时，甚至已经遗忘了学习过的理论知识。此外，当前我国很多高职院校开设的机械专业教学内容并没有结合我国机械行业的发展现状。这就导致学生学习的理论知识在他们参加实习实训时，无法作为理论指导，从而导致学生的技术能力发展存在着“断层”现象，这样很不利于学生整体职业能力的发展，也不利于高职院校育人目标的实现。而随着课程改革的不断深化，校企合作、产教融合教学已经在很多高职院校获得广泛的运用。作为高职院校机械专业，应重视企业一体化理念的有效运用，进一步深化校企结合教学模式，从而使学生学习的理论知识与企业的实际需求相一致，培养出符合时代发展需求，满足企业实际发展需要的高素质专业人才。

3机械控制工程基础课程教学改革

3.1教学模式

翻转课堂改变了原有的教与学流程，将教学活动的主角定义为学生，而不再是教师，由此可以激发学生学习的主观能动性，培养探索和创新意识。本次教改尝试了混合式翻转课堂教学模式，将单一教师讲授课堂转变为由课前环节、课中环节和课后环节构成的混合式翻转课堂，即对机械控制工程基础课程基础知识入门部分采用常规教学模式，拓展部分采用翻转课堂教学模式。

3.2教学内容

机械控制工程基础课程强调对经典控制理论的阐述，涉及的数学知识多，系统分析和设计计算工作量大，图形多且绘制复杂。MATLAB具有高效的数值计算及符号计算功能、完备的数据分析功能和图形处理功能，是最有力的控制系统分析和设计工具。教材中除绪论外，每章都编排有MATLAB相关内容。讲好这部分内容，不仅能够起到辅助教学、提升课堂效率的作用，而且可以增强学生的感性认识，提高学生的学习兴趣，帮助其加深对控制理论的理解。

3.3实验模式

机械控制工程基础课程不仅理论性强，而且实践性强。该课程的实践环节开展以班级为单位的集中式分组随课实验，由学生在自动控制综合实验台上搭建有源RC模拟电路。为了让学生充分理解实验电路的搭建原理，掌握系统数学模型的建立过程，更有效地完成实验，本次教改将功能强大的MATLAB软件工具箱和硬件实验课堂进行了充分结合。课前，教师使用Simscape工具搭建模型并进行仿真，引导学生对使用运算放大器搭建实验电路建立直观认识，了解电路参数变化对系统阶跃响应的影响；同时教师还引导学生进一步对电路组成环节进行分析，绘制出系统方框图，求得系统传递函数。课中，学生通过实验台搭建硬件电路，测量相应特征指标并将其与仿真结果进行比较，深刻理解系统动态性能。课后，教师启发学生使用Simulink-PID工具进行系统优化设计，培养其探索创新能力。

3.4考评方法

近年来，机械控制工程基础课程学期总成绩采用“期末考试(70%)+课堂平时(20%)+实验成绩(10%)”的方式给定，其中课堂平时成绩根据两次随机课堂测验和课后习题作业的情况大致给定，实验成绩取决于实验报告。由于随机课堂测验内容只包括很少的控制知识点，而且学生完成课后习题作业和实验报告的过程中也缺乏必要的监督机制，故这样的考核方式并不能全方位评价学生全过程的学习情况，而过程性学习评价可以通过考核与反馈方式的反复性、及时性、交互性及个体针对性等特点，提升学生的学习投入和学习效果。为此，探索并实践了基于学习通的考核方式，将学生各章节任务点的学习情况、课堂活动(主要是随堂练习，同时兼顾学生翻转课堂授课情况和实验课堂表现)的参与积分和课后作业的累计得分进行了加权综合考评，把学生平时的学习态度和学习过程真实、公正、有效地纳入课程最终考核体系，提高学生学习的积极性和主动性。

结束语

教学是教师教与学生学相互作用、相互创生、共同探索的积极主动过程。本次教改实践了混合式翻转课堂教学新模式，强化了MATLAB相关教学内容，改进了原有实验模式，建立了以完整学习过程为导向的考评新体系。教学改革使学生对该课程产生了浓厚的兴趣，学习的积极性、主动性增强，成绩大幅提升，同时有效促进了学生综合创新能力的培养。

参考文献

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