《机械工程控制基础》课程教学改革探索

李 诚

（重庆工程职业技术学院，重庆402260）

0 引言

机械工程控制是以机械工程为研究对象的控制论学科，是控制论这一新兴学科的专业基础理论课程。课程的主要内容是根据控制论的理论基础，研究机械工程技术中广义系统的动力学问题，主要是机械系统及其输入、输出三者之间的动态关系[1-2]。在阐述机械工程控制论基本概念、基本知识及基本方法的基础上，要密切结合在机械工程中的实际应用，并且注重机、电系统结合，便于沟通和加强数理基础知识及专业知识之间的联系，而且为以后将控制理论应用于实际工程打下良好的基础。其目的在于培养学生用动态、整体、联系的观点来研究和分析一个机械工程系统，运用控制论中相关基本概念及方法，来解决机械工程领域中有关自动控制和系统动力学方面的问题。同时也为后续与机械类相关课程的学习打下一定的理论基础，如测试技术、数控机床、机电一体化系统设计等。机械工程控制基础研究的问题具有普遍性，对工程实践有重要的指导意义，开设该课程对培养学生运用控制原理相关的基本原理和方法，提高分析和解决各种工程实际问题的能力可奠定一定的理论基础，也可为进一步从事相关方面的学习和研究工作打下基础[3-6]。

1 《机械工程控制基础》课程和学生特点

《机械工程控制基础》具有内容抽象、概括性强、涉及知识范围广，对数学、力学、电学、计算机等许多学科知识都有比较高的要求。由于教材中一些概念比较抽象，学生理解较为困难，加上目前教材都包含大量公式推导，教材理论性过强，需要学生掌握这些相关学科的基础知识和专业知识，才能理解和学好这门课程[6-8]。

我校是一所高等职业专科学校，目前学生生源来源不一，有通过高考招收的第一批次和第二批次的专科生，有来自技校、中专、职高的“三校生”，还有通过学校单招招入的学生及成教生。学生素质参差不齐，并且多数学生缺乏数学、物理等相关基础理论知识。

2 教学中存在的问题

由于多数学生缺乏相关基础理论知识，造成该课程教学中多数学生感到理解较困难，学习难度较大，从而使学生普遍对这门课程缺乏兴趣，学习热情不高，学习效果十分不理想，有些学生由于听不懂，甚至产生厌学的情绪而不来上课。

而最主要的是大部分学生对该课程的学习目的不明确，不了解学习这门课到底有什么实际应用的价值。由于它不像一些专业课程如CAD或电工操作等，可以让学生很快学会一门软件或技能，而且即学即用、立竿见影。许多同学都认为“这门课程这么难学，为什么要学，工作中又用不到，学了又有什么用处”，这都是学生们很大的困惑[8-10]。

因此，作为讲授这门课程的主讲教师，针对该课程在我校教学中存在的问题，在实施这门课程的教学中，一方面从激发学生兴趣入手，提高学生学习热情，取得良好地教学效果；另一方面要对教学内容进行相应改革，主要以淡化理论，注重实际应用为主。特别是淡化公式推导，而注重公式、定理在实际工作和工程中的实践应用，让学生建立起感性认识后再过渡到理论认识。同时要让学生了解这门较为抽象的专业基础课，不同于一般的专业课或技能课，不能全部陷于专业学习的研究中，而必须要紧密与工程实践结合。以此为基础提出了在该课程的教材整理、教学手段和教学方法等方面进行探索，从而达到课程教学改革的目的。

3 教学改革与实践

3.1 激发学生学习兴趣

我校《机械工程控制基础》课程教学改革的目的是让多数学生产生学习该课程的兴趣，提高学生的学习热情，从而取得良好地教学效果。主要从以下几点入手：

（1）教材整理上让学生参与教学课件的制作

学生参与教学课件的制作主要是绘制结构图和制作PPT及相关动画。教材中有许多结构图和原理图，让学生按书中的图用CAD绘制，一方面可以让学生对结构图和原理图有所了解，另一方面也可以通过绘图让学生练习CAD绘图技能。对有能力制作动画的同学，请他们制作相关动画，如在结构图或原理图上以动画形式标出运动路线或工作原理等。

在PPT课件上引用学生绘制的结构图和原理图时，图下注明是哪位同学绘制的，哪位同学提供的动画，并在上课时对这些同学表示感谢，增强他们的荣誉感和自豪感，从而激发他们学习该课程的兴趣。

（2）教学手段上让学生参与教学

主要是让学生上讲台讲课并点评。预先告知授课内容，通知三到五名学生提前做准备，每人针对一个定义（概念）或一个公式的理解与应用准备两到三分钟的讲解。上课时讲到该定义（概念）或公式时，请学生上讲台讲解对这个定义（概念）或公式的理解，一方面可以让学生提前预习，对某个定义（概念）或公式的预先理解，另一方面也可以锻炼学生的语言表达能力。特别是在讲台上面对多人讲解时，对克服说话的紧张状态有所帮助，对以后工作也有益。并且，台下学生还可以点评台上学生对这个定义（概念）或公式的理解及应用是否准确，如有不同理解也可表述，这样不仅有助于学生增强对这个定义（概念）或公式的理解，而且活跃了课堂气氛，对激发学生兴趣，调动学生积极思考也很有帮助。

（3）教学方法上增强互动，活跃课堂气氛

教学方法上是主要以增强师生之间互动，活跃课堂气氛为主的改革。打破以前填鸭式、一言堂或满堂冠式的授课。为了达到增强互动，活跃课堂气氛的目的，通过上课观察，将学生分为四大类，分别采用不同的互动方式进行互动，从而达到了活跃课堂气氛，激发学生兴趣，调动学生积极思考的目的。

1）对基础好、学习能力强并能理解所授内容的学生（约占15%左右），主要是让他们对相关内容举实际中的应用例子或上讲台参与教学、做例题等，然后再对他们举的例子、所讲的内容或所做的例题进行点评。这样做可使他们更好地理解该课程在实际中的应用，并可加深对公式的理解。同时，其他学生也能对相关内容有更深入的了解。

2）对基础较好、学习能力较强，对所授内容处于理解与不理解之间的学生（约占30%左右），主要是让他们回答问题或上讲台参与教学、做例题等，然后请基础好、学习能力强的学生先进行点评，再做总的点评。这样一方面可使这些基础较好、学习能力较强的同学对相关内容及公式应用有进一步的理解，并且可使他们通过回答问题或做例题知道自己在哪些知识点没掌握好，让他们有针对性学习，提高学习效果。另一方面，也可使基础好、学习能力强的学生通过点评获得同学的认同或认识到自身的不足。

3）对基础一般、学习能力较弱，不理解但又想学习的学生（占35%左右），鼓励他们在课程积极发言，不要怕错，遇到相对简单的例题或例子就请他们讲解，或是请他们上讲台画图表或在图表上标出重要参考点的位置、名称等，例如在讲授时域动态性能指标时，让他们在一个时域图中画出五种典型输入信号（阶跃函数、斜坡函数、加速度函数、脉冲函数和正弦函数），并标出各输入函数的时域表达式和相应的拉氏变换，一方面便于联系记忆，另一方面可给介绍一下学习的方法，主要是让他们积极参与到教学中，克服畏难情绪，增强学习该课程的兴趣和信心。

4）对基础差、不理解又不愿意学的学生（占20%左右），发现他们不是学习能力强弱的问题，而是不学的问题，学习态度的问题。他们经常都是座在教室的后排，低头玩手机或睡觉。对玩手机的同学采用借用他们的手机到下课时间再还给他们的方法，而对睡觉的学生则请他们朗读概念或所学内容，主要是要将他们带入课堂。另外，还请这部分同学课后参与绘制教材中的部分结构图和原理图，让他们对结构图和原理图有所了解，也可以练习CAD绘图技能。而往往这部分同学大多对动画和游戏感兴趣，请他们课后制作PPT动画，如在结构图或原理图上以动画或游戏形式标出运动路线或工作原理等。例如，在根轨迹上做出根的轨迹动画，非常直观。授课时，在PPT课件上引用他们绘制的结构图和原理图时，标明是哪位同学绘制的，哪位同学提供的动画，并在上课时对他们表示感谢，增强他们的荣誉感和自豪感，从而激发他们学习该课程的兴趣。

3.2 淡化理论推导重视实际应用

《机械工程控制基础》具有内容抽象、概括性强、涉及知识范围广，目前教材都包含大量公式推导，教材理论性过强。由于多数学生缺乏相关学科的基础知识和专业知识，加上大量公式推导中有些简化过多，学生难以很好地对公式进行理解。因而造成85%左右学生产生畏难或厌学情绪。这对教学产生了极为不利的影响，从而使教学效果很差。针对我校该课程教学改革的另一方面就是对教学内容进行相应改革，主要以淡化理论，注重实际应用为主。特别是淡化公式推导，而注重公式、定理在实际工作和工程中的实践应用，让学生建立起感性认识后再过渡到理论认识。同时要让学生了解这门较为抽象的专业基础课，不同于一般的专业课或技能课，不能全部陷于专业学习的研究中，而必须要紧密与工程实践结合。

比如在讲拉普拉斯变换性质及常用定理时，主要讲性质及常用定理应用并举联系工程实际中的例子，让学生明白如何使用这些性质及常用定理，而不讲或尽量少讲性质及常用定理的证明推导。这样就避免了枯燥的理论推导，而让学生直接了解该性质及常用定理是如何应用的，如遇到好学的学生想了解定理的证明推导时，可以利用课后时间给他们讲解，这部分学生约有10%。

通过实施上述教学方式方法的改革，占学习学生总数的80%左右的学生认可本课程的教学方式，65%左右的学生对本课程的学习兴趣有明显提高，学生上课主动性明显提高，课堂提问和发言的学生明显增多，有些同学还从身边的事例如航模控制、空调控制等方面提问，从而要求老师实践操作指导也要提升，对本课程的教学质量和教学效果要求有明显提高。

4 结论

在教学过程中运用以上方法，经教学改革实践表明，约占学习学生总数的80%的学生认可本课程的教学方式，65%左右的学生对本课程的学习兴趣有明显提高。教学效果取得较为明显的改善，学生学习兴趣和学习主动性取得不同程度的提高，使学生对问题的认知方法和知识面有所拓宽。

该课程教学改革的目的是要提高教学效果，培养学生学习的兴趣、积极性和主动性，从而达到培养学生具有较高地分析问题和解决问题的能力。因而教师要树立为学生服务的思想，不断对教学进行改革和探索，从而使教学要适应学生和企业的需求。而对课程进行教学改革，只有教师自身还不够，一定要得到学校及主管部门的支持，才能使教学改革不断得以深入进行。