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機械工程控制基礎課程是一門基于復變函數、微積分、力學、電工學定律等諸多數理知識、存在許多理論推導和計算公式的專業基礎課程。課程理論性強,系統性強,抽象難懂。本課程課時少,根據專業的不同,只有30~45學時,但課程覆蓋面非常廣,內容繁多,教學內容很難深入,部分前期基礎課程沒有開設,缺乏支撐,教與學都十分困難。教學內容涉及眾多的控制數理公式的推導、相對實際問題存在著很多簡化,與實際問題有時差異大,造成學生學習興趣不夠,對本課程的重要性認識不夠,難以激發學生的學習熱情,影響教學效果。該課程理論性強,怎么樣與實踐緊密結合,使學生更好更深入掌握本課程的教學內容,一直是本課程教學中重點需要考慮的問題。課程教學改革前我們一直采用傳統的課堂教學加一、兩次實驗課的方式進行,怎樣在此基礎上對實踐環節進行調整,更好地加深學生對課程內容的理解,提高學生解決實際問題的能力,是課程教學改革的重點之一。基于機械工程控制基礎課程的教學現況和特點,我們嘗試從教學內容改革、教學方法改革和考核模式三方面進行課程改革,取得了預期的教學效果。
二、教學內容改革
現在使用教材是楊叔子主編的《機械工程控制基礎》,教材內容系統性強、內容詳實,但本學院該課程課時相對少,且本院機械類專業以應用型專業為主,所以必須結合專業特點,與機械工程領域實際問題緊密結合,對教學內容進行優化、簡化和整合。將復變函數和拉普拉斯變換等課程需要的主要數理內容整合到教學內容中,簡化了部分原理和公式的詳細敘述和推導,并刪除了拓展性的可自學的狀態空間模型、高階系統的時間響應分析、非線性系統初步、線性離散系統初步和系統辨識初步部分,收集補充拓展了應用實例的內容以及關聯領域最新研究進展。根據課程和專業特點,重新設計了機械工程控制基礎課程以下五個方面的教學內容:1.機械工程控制基礎概述,主要介紹機械工程控制論、機械控制系統分類、模型、特點、要求、由來和發展、發展趨勢以及與機械制造及其自動化和機械電子工程專業的結合及應用。2.機械工程控制系統的數學模型,主要講述拉普拉斯變換、系統的微分方程數學模型、系統的傳遞函數和方框圖及其在實際機械工程實際問題中的應用。3.機械工程控制系統的時間響應分析。主要講述時間相應及其組成、典型輸入信號、一階系統和二階系統時間響應分析及其在實際機械工程實際問題中的應用。4.機械工程控制系統的頻率特性分析。主要講述頻率特性組成及圖示方法、頻率特性的特征量、頻率特性分析及其在實際機械工程實際問題中的應用。5.機械工程控制系統的穩定性。主要講述系統穩定性特性、Routh穩定判據、Nyquist穩定判據、Bode穩定判據及其在實際機械工程實際問題中的應用。在每一章節中,我們都增加了機械工程領域內實際的控制問題實例,并使用Matlab軟件進行仿真,擴充教學信息,提高學生的學習興趣。
三、教學方法改革
在教學方法上,我們圍繞應用型機械工程專業的特點,重視實踐活動,理論緊密聯系實踐環節,提出了新的教學方法和教學模式。1.以機械工程控制系統為中心主線,運用實例引出教學內容。整個課程教學以一個典型的復雜機械工程控制系統實例為主線,導出講述系統的數學模型建立、傳遞函數、時間響應分析、頻率響應分析等內容,理論與實踐相結合,可以使教學過程思路清晰,學生理解直觀具體,有助于提升學生的學習興趣。2.多媒體技術廣泛應用。重新制作多媒體課件,增加具體實例控制系統的視頻、動畫等多媒體資源,可使課堂教學更為生動;在課件中增加自學課堂部分,包含課程背景知識、前面刪除的課堂不進行的教材拓展內容、基礎數理知識和例題解析,學生可以自主學習;課件增加自我測試部分,學生可以自主測試,診斷學習中的問題并改進。3.增加Matlab仿真環節。將Matlab及其提供的Simulink仿真軟件應用到教學中去,可以使公式推導、概念講述更為生動。仿真平臺可更改系統的各項參數進行演示,可對實驗環節進行有效補充。既可降低教學成本,又可讓學生自己進行實驗設計奠定基礎。4.實驗環節教學方法改革。實驗環節由教師演示向學生自主設計實驗環節轉變,增加學生自主設計開放實驗環節,教師對學生選題進行指導,選擇實際的機械工程控制系統問題作為實驗主題,由學生獨立提前設計方案,實驗課上進行實驗驗證和修正的方式來進行。
四、考核方法改革
由于該課程設計的內容非常多,而非機械類專業學生的機械基礎較為薄弱,在講授本課的同時有可能補充一些相關的知識點,以便幫助學生的理解,這便使原本緊張的課時安排變得更加緊張。在這種情況下,授課內容需要適當,分清主次,注重一些實用內容的講解,而對一些比較虛的公式以及一些概念可以進行簡單講解,對于重點難點內容如力學部分可以多安排一些課時,而對于相對容易的內容,如材料與焊接部分,可以采用課堂講解并引導學生自學的方式進行授課,從而進行合理授課。
2授課方法的改革與創新
2.1傳統教學與多媒體教學結合提高效果
傳統的教學方法以黑板板書為主,教師可以通過手語、眼神等肢體語言吸引學生注意力,并向學生傳達知識[4]。這種授課方法較為人性化,教師可以在黑板按步驟有條理地向學生演示,條理清晰,步驟分明,易于學生在接受知識的同時積極思考,從而發揮學生的主觀能動性。多媒體教學手段靈活,不僅可以以書面文字的形式表達,還可以用圖片以及視頻的形式向學生展示,加以教師的講解可以達到以視覺和聽覺雙重途徑傳送知識的效果。但是傳統的教學和多媒體教學也都有各自的缺點,傳統教學方法單調呆板,效率低,有時候會顯得枯燥乏味,學生往往容易被老師牽著鼻子走,掌控不好課堂氣氛,容易形成“填鴨式”滿堂灌的教育模式,而降低了學生的學習興趣。多媒體教學則容易造成信息量大,學生承受不了,理論公式演示步驟快,學生不能完全理解,教師的肢體語言不夠豐富,學生和老師之間的交流少,不夠人性化。化工機械基礎這門課本身既有大量的公式推導等理論內容,又有機械傳動和容器設備的實際工程內容,因而可以將傳統教學和多媒體教學結合,發揮這兩種教學方法各自的特長。如在講授到構件受力分析以及及變形形式時,可以通過多媒體展示圖形的形狀以及受力情況,在講授容器設備和機械傳動時,可以運用實物圖片向學生展示,將傳統講課的二維圖形變為動態的三維圖形,全方位地展示設備和零部件的結構;運用視頻播放讓學生理解設備的運作以及工作原理。對于重要的公式推導則可以通過黑板板書,放慢教學步驟,讓學生有充分的思考和記筆記的時間。
2.2以實例或項目為題加強學生理解
根據化工機械基礎的授課目的和主要任務,在授課過程中可以通過工程中一些實例的講解,來提高學生的興趣,并將知識融會貫通,提高學生綜合利用知識解決問題的能力。此外,對于做過有關該課程項目的教師,可以安排出一定的時間,結合具體項目講解課程中有關知識點,從項目的任務、設計思路、所解決的相關問題、設計過程中所要注意的問題以及項目的實施情況等,根據自己的實際經驗有計劃分步逐漸地介紹,從而提高學生的興趣和加強學生對知識的掌握和運用。
3考察方法的改革與創新
3.1平時考察與考試相輔相成
由于化工機械基礎的內容較多,前后內容相互獨立而又緊密聯系,一旦學生對前邊力學知識的掌握不夠,必然會影響到后邊容器設計計算,而材料和焊接不熟悉,則會導致學生在材料選擇和容器設計方面出現困難,因此,為打好基礎必須加大對學生的平時考察,讓學生踏踏實實地掌握知識,避免吃不透掌握不準的現象發生。平時考察的方法可以由課堂上或課堂下的練習題以及知識點的分組討論等與平時有關該的課程任務組成,同時將該部分的考察作為期末總成績的30%計入,讓學生在有壓力的情況下,發揮主觀能動性進行學習。
3.2考試多樣化側重有所不同
對于化工機械基礎這樣一門知識點非常多的課程,很難用一張卷子將大部分知識點考察到,因而需要對考試形式加以改變。可以將考試分為期中期末考試兩次,期中考試著重對前邊所學知識的考察,而期末考試著重考察課程的后半部分知識點,做到期中、期末考試側重點各有不同,從而考察整個課程的知識點,促進學生學習和掌握;同時根據考察內容的不同,可以將考試形式分為開、閉卷相結合的方式,使考試多樣化,避免了學生考前突擊死記硬背,考后立即遺忘的現象出現,而且還可以增加試卷命題的自由度,大膽地出現過去考試試卷中不敢出現的需要應用復雜公式,計算所需的重要知識點也可以出現在考卷中,擴展考查范圍;將過去對有限的知識點考查,轉化到知識和能力并重的全面素質考查上來,而且考試結果也將變得更加真實可信,最后達到對學生課程掌握考查的目的。
4結語
《機械制造工藝基礎》課實踐性很強且內容大多枯燥、難懂。這對缺乏實踐經驗的學生來說更是如此,無形之中給專業課的教學帶來了困難。因此要設法提高學生的學習興趣,實踐證明,教學方法的改進是解決這一問題的根本途徑。目前,國內教育專家在探討這一個問題時提出過不同的教學方法,比如激勵式教學法、引新式教學法、開發式教學法、情景式教學法、興趣式教學法等等。這些方法的共同點都是正確引導學生積極學習,培養學生對專業學習的興趣,充分發揮學生的主觀能動性。《機械制造工藝基礎》課程特點要求學生具備扎實的專業基礎知識,如工程制圖、機械零件和機加工工藝裝備等。同時又要求學生具有靈活處理問題的能力。隨著科技的進步,新材料、新工藝不斷出現,傳統的加工制造方法被許多先進工藝所取代。這就要求教師不斷更新知識,苦練基本功,加強教學內容的時代性和新穎性,加快實踐教學的步伐,及時掌握最新的理論研究和發展動態。傳統的教學方法與現代化的教學手段相結合應該說是一種挑戰,信息化的快速發展為這種教學方法提供了可能。多媒體教學的建立為這提供了技術支持。在教學過程中應充分運用網絡教學資源和現代化的教學手段,加大了教學信息量,使教學效果更加直觀。通過建立虛擬網絡實驗室,使得學生自主學習,掌握學習的主動權。這種教學模式由傳統的學生的被動接受知識和教師“靜態”教學轉變為一種學生積極主動的參與學習和教師“動態”的教學。通過這種交流,使師生之間的關系更為融洽
二、建立以能力為中心的課程考核體系
改變傳統的考核方式,強調考核學生的能力,實現課程考核向過程考核的轉變。學生學習效果的好壞,主要取決于整個教學過程與之相適應,考核也貫穿整個教學過程。提高學生的綜合素質為考核中心,考試不再局限于閉卷一種形式,而是采用開放靈活的考試方法,比如考核成績可以由三部分組成:平時成績占30%期末成績占35%創新思維及能力35%。同時,每個部分又由理論和實踐組成,其中理論成績占40%,實踐成績占60%。在平時成績中,理論部分可以由課堂提問、作業、考勤等獲得,實踐部分可以由平時實訓、實驗的能力獲得。期末成績中,理論部分由基本理論考試獲得,實踐部分由技能實訓操作獲得。創新思維及能力成績中,理論部分可以由專題討論等形式獲得,實踐部分可以由生產實習報告、體會等形式獲得。建立合理的考核評估體系指標是衡量教改成功的關鍵因素。考核指標的出發點必須結合本專業的實踐教學特點,充分體現素質教學和實踐能力教學的情況,考核的核心是學生的實踐動手能力。同時,要注重考核反饋,現在我們在教學中往往注重考核,不注重反饋,其實考核的目的是要重視反饋,通過反饋來是學生了解自己的不足,使老師反省在以后的教學中如何講解來是學生能夠更好的減少錯誤,學生在反省中找到原因,改正錯誤。
三、加強實踐教學,培養創新素質
機械制造工藝基礎是一門基礎學科,也是一門應用學科,學生不僅要掌握必要的理論知識,而且還要把這些理論靈活應用于實踐中。實踐是知識的源泉,實踐性教學對于知識的獲取、能力的形成與發展起重要的作用,因此,實行理論與實踐相結合的教育,使學生掌握的理論知識向實際能力的轉化,這樣才有利于學生的創新素質的培養。為此,在教學中,每章都從最基本的應用實例出發,由實際問題入手通過技能訓練引入相關知識和理論,由實訓引出相關概念及相關加工方法。首先是教師提出學習的內容、目的、要求及其他相關事項,學生自主學習有關內容,再通過自己動手做的方式來加深對所學知識的理解,同時獲得相關技能的訓練。這種在教師指導下,感性認識與理性認識交互進行,對學生自主學習起到良好的促進作用。在本課程教學中,要創造條件讓學生更多的接觸生產實際。例如:參觀實驗室、陳列室、工廠車間、開設實驗,進行多媒體教學,組織現場教學等等,不斷積累實踐知識,激發求知欲。如機床工件的裝夾方法的學習,可以讓學生在現場進行裝夾練習,提高學生的學習興趣,使學生容易掌握不同形狀工件的裝夾方法。對漸開線齒輪的范成,可組織去工廠現場參觀齒輪加工,對插齒、仿形加工過程進一步加深理解。對減速器的結構分析及裝配,可使用生產實用減速器進行結構分析、拆裝實驗等。只有教師在實踐教學中不斷豐富,不斷提高實踐教學的能力,具有較高的創新素質,成為領頭的創新者,才有利于促進教學相長,培養出創新素質的人才。
四、總結