有關(guān)《機械工程控制基礎(chǔ)》課程建設(shè)與教學改革探索

有關(guān)?機械工程控制根底?課程建立與教學改革探究?機械工程控制根底?是機械制造及其自動化專業(yè)和測控技術(shù)與儀器專業(yè)學生必修的一門重要的專業(yè)根底課，課程的主要內(nèi)容是依托控制論的理論根底，研究和分析機械工程技術(shù)中的實際問題.詳細涵蓋兩個方面的內(nèi)容:①熟悉并掌握機械工程系統(tǒng)的數(shù)學模型表達方式及一般分析方法，對機電系統(tǒng)中存在的問題可以用控制論的觀點和科學的思維方法進展分析，以找出問題的本質(zhì)和準確有效的解決方法.②如何控制一個機電系統(tǒng)，使之按預定的運算規(guī)律運動，以到達預定的技術(shù)經(jīng)濟指標，為實現(xiàn)自動控制并消費出合格的產(chǎn)品打下根底.該課程從信號傳遞、信號轉(zhuǎn)換和反響等角度來分析系統(tǒng)的動靜態(tài)性能和行為，從自動控制理論的角度解決消費過程中存在的實際問題.為使系統(tǒng)按預定的規(guī)律運動，到達預定的技術(shù)指標，實現(xiàn)最正確控制打下根底，且可為后續(xù)的機械類相關(guān)課程的學習，如機械工程測試技術(shù)、數(shù)控機床、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、工業(yè)機器人等打下堅實的理論根底.?機械工程控制根底?研究的問題帶有普遍性，對工程理論具有重要的指導意義，該課程的開設(shè)對培養(yǎng)學生運用控制原理的根本方法，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(yè)課是掌握某些詳細的工程技術(shù)和詳細的軟件等學習工具不同，?機械工程控制根底?比較抽象，需要數(shù)學、物理等根底知識的支撐.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(chǎn)生厭學現(xiàn)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，?機械工程控制根底?理論性很強，從課程內(nèi)容看，主要包括系統(tǒng)的數(shù)學模型、時域頻域分析、穩(wěn)定性分析和控制器設(shè)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.假設(shè)在學習過程中，脫離工程理論，不能搞懂這些理論分析作用和根據(jù)，而只會套公式，就會使學生被動地承受知識，使其失去學習興趣，影響學習效果.其次，由于應(yīng)用型本科學生的特點，導致其數(shù)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(jié).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?機械工程控制根底?課程進展適當?shù)慕虒W形式和教學方法的改革，對于進步該課程的教學質(zhì)量，構(gòu)建學生的專業(yè)知識體系非常必要.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(fā)學習興趣學生要理解這門課程的主要內(nèi)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(zhì)量在很大程度上影響學生后續(xù)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(diào)和學生比較感興趣的例子如飛機、導彈、衛(wèi)星等入手，介紹什么是自動控制，如何實現(xiàn)自動控制.此外，將自動控制系統(tǒng)中的各環(huán)節(jié)與人體的各個部位聯(lián)絡(luò)起來，減少對控制論學習的神秘感，加深對控制系統(tǒng)的認識.在闡述控制論開展時，以我國古代的指南車、瓦特創(chuàng)造的蒸汽機離心調(diào)速器為例，此外介紹我國錢學森等科學家對控制論的奉獻.使學生理解前人對控制理論的奉獻，樹立學習目的.總之，通過緒論的學習，使學生理解課程的設(shè)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(fā)學生的學習興趣，加深學生對課程的認識，以獲得良好的開端.2.2適當補習部分根底理論知識如上所述，學習該課程的一大障礙就是對數(shù)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(yīng)定律等電學知識;微分方程、Laplace變換等數(shù)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(yīng)用到這些知識時適當進展復習.微分方程和Laplace變換是學習傳遞函數(shù)的根底，而由于課程設(shè)置的局限及學生根底的薄弱，需在第二章講述傳遞函數(shù)之前對微分方程和Laplace變換的相關(guān)內(nèi)容進展補充.2.3注重理解與應(yīng)用，適當減少公式推演?機械工程控制根底?教學內(nèi)容較多，按現(xiàn)有的課時無法完成全部內(nèi)容的學習.需根據(jù)培養(yǎng)方案和應(yīng)用型本科的特點，精選教學內(nèi)容，制訂教學大綱.根據(jù)學?，F(xiàn)狀，將教學重點放在系統(tǒng)建模、時域分析、頻域分析、穩(wěn)定性分析、控制器設(shè)計上.在內(nèi)容組織上強調(diào)循序漸進，重視概念的理解及知識的應(yīng)用，適當減少公式的推演.例如，穩(wěn)定判據(jù)的推導過程非常復雜，米哈伊洛夫穩(wěn)定定理、開閉環(huán)傳遞函數(shù)以及Nyquist圖之間的關(guān)系比較復雜，常常要花上一堂課的時間進展推導，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(chǎn)生畏懼心理.因此在教學過程中可以先著重介紹判據(jù)本身及其應(yīng)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，也不阻礙對該知識點的理解和應(yīng)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(jīng)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(jié)之間的實例聯(lián)絡(luò)不夠嚴密，這些例子雖然對學生理解各章節(jié)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(yīng)用結(jié)合的.從工程實際中找到或設(shè)計出理論覆蓋面廣、貫穿課程整體內(nèi)容且大部分學生能參與分析討論的工程實例.在各章節(jié)教學過程中，盡量以此工程實例為范例，這樣便于學生系統(tǒng)地理解各章節(jié)核心內(nèi)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進步學生的學習興趣，到達教學目的.經(jīng)過綜合分析和探究，在教學中引入了雷達天線伺服控制作為系統(tǒng)案例.在緒論中就引入該案例，介紹該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，所起的主要作用，以方框圖的形式表達系統(tǒng)的構(gòu)成，分塊講述根本的工作原理等知識，并告訴學生，學完本課程，就有才能分析與設(shè)計像這樣類型的控制系統(tǒng).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(lián)絡(luò)起來，將其學習興趣調(diào)動到最正確狀態(tài).在系統(tǒng)建模、時域分析、頻域分析、穩(wěn)定性分析、控制器設(shè)計等章節(jié)均以該實例為根底，討論如何一步步地對雷達天線伺服控制系統(tǒng)進展上述分析與設(shè)計，使學生始終將所學理論知識點和雷達系統(tǒng)的相應(yīng)環(huán)節(jié)對應(yīng)上，這樣有利于學生對理論知識的系統(tǒng)理解和工程應(yīng)用才能的進步.2.5加強Matlab軟件在教學中的應(yīng)用Matlab可以很方便地對線性連續(xù)系統(tǒng)進展時域分析、求取時域指標，還可以繪制系統(tǒng)的波特圖、奈奎斯特圖，求系統(tǒng)的頻域指標等.將Matlab軟件應(yīng)用于課堂教學中，教師在講解這些內(nèi)容時，可以節(jié)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(jié)果.因此，為了加深學生對課程知識的理解，防止學習過程過于單調(diào)枯燥，進步學生的學習興趣，將軟件引入課堂教學過程中無疑是一種實在可行的方法.在進展Matlab演示時，要盡量利用可視化程度高的Simulink進展，這樣可以盡可能地防止從理論公式推導的枯燥又進入到Matlab編程的枯燥.此外，通過教學理論證明，把Matlab軟件部分安排在各個知識點之后而不是章節(jié)的最后，會獲得更好的效果.此外，可以在課后作業(yè)中增加Matlab仿真作業(yè)，這樣課堂講授的概念和方法可以在作業(yè)中得到復習，在仿真型作業(yè)中得到驗證.既復習和穩(wěn)固了課堂的知識，又為進一步學習Matlab提供了根底.2.6改進實驗教學環(huán)節(jié)以往的實驗環(huán)節(jié)，均采用在電腦上用Matlab軟件進展仿真驗證的方式進展，學生完成實驗后，對控制系統(tǒng)的構(gòu)成、作用、分析等仍然理解不深，不能很好地把實驗結(jié)果和工程實際結(jié)合起來.為了改變這種現(xiàn)狀，將實驗工程均改為在機電系統(tǒng)綜合實驗平臺等儀器設(shè)備上完成.實驗工程包括控制系統(tǒng)時域分析、控制器設(shè)計與參數(shù)整定、水箱液位控制、倒立擺控制等內(nèi)容.這些工程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(yīng)用更好地聯(lián)絡(luò)起來.另外，為培養(yǎng)學生的動手才能和創(chuàng)新才能，增加設(shè)計性實驗工程.學生在教師的指導下，利用綜合實驗平臺以及典型機電對象、傳感器、控制器及執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計控制系統(tǒng)，利用硬件設(shè)備搭建系統(tǒng)、設(shè)計控制器及參數(shù)整定，最終完成系統(tǒng)的調(diào)試及系統(tǒng)性能測試等工程.學生不但可以通過設(shè)計性實驗獲取知識，還可以從成敗中獲取經(jīng)歷教訓，進步自身的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新才能.3完畢語將工程實際中簡化而來的小型系統(tǒng)案例雷達天線伺服控制系統(tǒng)貫穿于課程教學的始終，這樣便