面向卓越工程师培养的“机械控制工程基础”课程改革思路

更新时间:2023-01-19 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:33316 浏览:149060

摘 要:按照“卓越工程师教育培训计划”的培养要求,上海理工大学“机械设计制造及其自动化”专业对“机械控制工程基础”的课程进行了课程改革尝试.提出了“保证基础,重在应用,教法先进,强调实例”的课程改革指导思想,进行了三方面的尝试:一是在理论体系完整的前提下,保证基础,强调应用,对教学内容进行了调整,以适应培养要求;二是在教学方法上,引入先进的教学工具软件MATLAB,激励学生积极参与到教学中,加强互动,增强教学效果;三是面向应用,突出实例教学,将理论教学与工程实践相结合,通过工程案例来激发学生的学习兴趣,发挥学生主体性.

关 键 词:机械控制工程;卓越工程师;课程改革

中图分类号:G642?摇文献标志码:A?摇文章编号:1674-9324(2014)16-0040-02

“机械控制工程基础”是机械设计制造及其自动化专业的一门重要的专业基础课程,具有理论性强、公式推导多和内容抽象等特点,学生在学习时,经常感到枯燥、乏味.如何激发学生学习兴趣、培养学习主动性,一直是授课教师所不断追求的目标[1].2011年,上海理工大学“机械设计制造及其自动化”专业被确定为“教育部卓越工程师教育培养计划”试点专业.以此为契机,遵循卓越工程师“面向工业界、面向未来、面向世界”的工程教育理念,为实现教育部提出的卓越工程师培养目标,上海理工大学对“机械控制工程基础”等多门机械专业骨干课程进行了改革,本文将从改革思路、具体方法等方面将课程改革的做法进行论述.

一、“机械控制工程基础”课程改革的指导思想

“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010―2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010―2020年)》的重大改革项目,也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措,旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,为我国走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略怎么写作,对促进高等教育面向社会需求培养人才、全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用[2].

“机械工程控制基础”课程研究的问题带有普遍性,对工程实践具有重要的指导意义,该课程的开设对培养学生运用控制原理的基本方法,提高分析和解决各种工程问题的能力奠定扎实的理论基础.然而,从学生的反映来看,普遍存在学习热情不高,学习效果也不理想,教学内容抽象等问题,影响到该课程的教学质量[3].为解决该课程教学中存在的问题,紧扣卓越计划精神实质,提出“保证基础,重在应用,教法先进,强调实例”的课改指导思想,进一步制订出课程的改革方案.

二、“机械控制工程基础”课程改革措施

1.保证基础,重在应用,促进教学内容改革.“卓越工程师计划”的本质是使工科教育回归工程,面向工业界.在“保证基础,重在应用”的指导思想下,对课程的教学内容进行了大幅改革.杨叔子主编的“机械工程控制基础”教材是“面向21世纪课程教材”,该教材内容完整,案例经典,同时获国家级精品课程教材和“十一五”国家级规划教材,上海理工大学一直将该教材作为授课教材,但在机械专业课程数目增多而总授课时数却在减少的大环境下,“机械控制工程基础”理论学时数由48课时减少至32课时.因此,在课堂中追求大而全的教学目标显然是不现实的,必须对内容进行精简和整合.在保持理论框架完整的基础上,突出工程应用的要求,对教学内容进行重组、增减.对推导过程冗长、对学生理解基础理论帮助不大的内容去除,减少课堂单纯的理论传授比重.这样,既能保证学生掌握完备的机械控制理论体系,满足学生进一步深造的需求,又能使学生在减少理论的基础上,有机会接触到更多的应用实例,更利于学生理论联系实际,学以致用.以教材第五章的系统稳定性为例,在新的自编教材中,弱化系统稳定性的概念和严谨的数学描述,而是突出系统稳定性的基本概念以及系统稳定性在工程应用中表征.系统稳定性的判定方法主要以罗斯稳定性判据和奈奎斯特判据为主,而根轨迹的讲授仅限于方法的介绍.在减少纯粹理论知识的同时,大幅增加教学实例,让学生了解到所学知识的具体应用对象,增强对控制理论的感性认识,而实例的如何选择将在下文介绍.

2.教法先进,发挥工具软件的辅助教学功能.MATLAB是美国MathWorks公司于1984年推出的高性能数值计算软件,现在已成为适合多学科的功能强大的科技应用软件.MATLAB的控制系统工具箱,主要处理以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的问题.该工具箱对控制系统的建模、分析和设计提供了一个较为完整的解决方案[4].另外,Matlab提供方便易用的图形用户界面,将Matlab控制工具箱的相关功能集成一体.Matlab仿真工具箱(SimulinkToolbox)为实现实验教学提供了一个理想的工具,师生通过Simulink,能方便地对动态系统进行建模、仿真和分析[5].将Matlab软件引入到“机械控制工程基础”教学,在很多学校已做过尝试,并取得了很好的教学效果.上海理工大学在已有成功经验的基础上,根据理论课程进度,将相应的Matlab知识添加到课程教学.以第三章中系统的时间响应分析为例,对照课程中的一阶、二阶和多阶传递函数,利用简单的命令,方便的实现传递函数对各种信号的响应仿真,并通过改变传递函数的参数观看传递函数动态响应的变化趋势,不仅达到一般的实验教学难以达到的效果,工具软件强大的“即时所得”功能使学生参加仿真实验的积极性大大为提高.

3.面向应用,突出实例教学.按照“卓越计划”的突出创新的要求,在“机械控制工程基础”授课内容的每一单元后增加与授课内容紧密相关的工程案例分析,突出工程背景的应用,理论联系实际,避免了以往课程授课中存在的理论比重偏大,学生学习兴趣不高,学习效果不佳的弊端.教材每一理论章节均附3~4个与本章内容紧密相关的工程实例.实例选用的原则:应较全面的包括启发型、认知型和设计型工程案例[1];讲述实例对象应是机械工程人员熟知应知,或对工程具有指导作用;实例内容的编写应该注意包括如下环节:问题及发生现象简介、问题或现象的简要理论分析、解决问题的方法或思路等.以教材第五章系统稳定性为例,在新的自编教材中,选用了4个典型的机械工程中常见的现象或系统:金属切削过程中的颤振现象、电液伺服系统的稳定性分析、静压轴承及其稳定性分析和数控机床进给系统稳定性分析.这四种现象或系统在机械工程领域应用广泛,发生的现象或出现的问题具有普遍意义.在教材中对每一个问题的产生原理通过与稳定性原理进行结合,使学生学习时理论知识具有落脚点,更有利于掌握理论知识,其本质是将理论教学与工程实践相结合,通过工程案例来激发学生的学习兴趣,发挥学生主体性,变“要我学”为“我要学”,同时又借助工程案例来加强学生的创新和实践能力的培养.

“卓越计划”旨在提高工程专业创新型人才培养质量,提高毕业生的实践能力,培养面向世界、面向未来的创业、研发型高端人才和行业领军人物.通过课程改革和实践,使学生在有限的教学学时内能掌握基本的理论知识,真正成为“面向工程、宽基础、强能力、重应用”,具有学习能力、创新能力、管理能力、沟通能力、社会适应能力和工程实践能力的“卓越工程师”.

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