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提高“机械工程控制基

发布时间:2014-07-07 10:51

 “机械工程控制基础”课程是河南理工大学机械与动力工程学院(以下简称“我院”)机械设计制造及其自动化、机械电子工程、测控技术与仪器、热能与动力工程、车辆工程共五个专业的基础必修课程。该课程在这些专业的知识体系中起到承前启后的作用,它紧密联系和应用先修课程,如高等数学、复变函数与积分变换、电工电子等,并为后续课程的学习打下控制理论基础。该课程主要围绕“系统”、“反馈”等经典控制理论的概念进行讲解,所研究的问题具有普遍的工程实践价值,有利于机械专业的学生树立“系统”和“反馈控制”思想,为学生运用控制理论分析和解决工程实际问题奠定基础。
  “机械工程控制基础”以反馈控制理论为核心,突出基本概念和方法,介绍控制系统建模方法,线性系统的时域、频域和根轨迹的分析和设计方法。因此,该课程理论性强,涉及数学、物理、电工等多方面的知识,比较抽象,是一门具有一定深度和难度的课程。[1]在高校学生数量不断增加、学生质量参差不齐、教学学时不断压缩的情况下,如何提高教学质量,加强反馈控制理论基本概念和方法的理解,增强学生系统分析问题和解决问题的能力,是摆在全体教师面前一项艰巨的任务。
  在这几年的教学摸索中,我们不断克服教学中遇到的问题,总结经验教训,改善教学质量。主要从教学内容、教学方法、实践环节和考核制度四个方面完善教学环节,教学质量得到稳步提升,学生的满意度也越来越好。
  一、完善教学内容
  完善教学内容以学生能够轻松快乐地学习和领会所教授的知识为主要原则。为了保证教学效果,在教材选择、教学内容编排等方面进行了改善。
  1.教材选择
  教材是学生进行课程学习的主要工具,是学生课本文由论文联盟收集整理前预习和课后复习的重要参考资料。因此教材的优劣一定程度上影响着学生的学习效果。[2]根据各专业的不同特点,编写了适合机械类各专业的通用性教材。根据学生的不同基础,注重学生接受能力和上课质量,编写不同的教案,有针对性讲解课程核心内容。
  在给独立学院上课时,发现学生的数学基础薄弱,复变函数和积分变换学得也不是太扎实,因此在讲解系统的数学模型之前,首先给这部分学生单独补习一阶微分方程的求解,然后再将“机械工程控制基础”中用到的傅里叶变换和拉普拉斯变换,从概念到例题详细讲述一遍,以便于这部分基础较差的学生能轻松顺利接受控制理论中的基本概念和知识。
  2.教学内容编排
  随着本科教学的不断改革,我院“机械工程控制基础”的上课学时逐渐被压缩,由最初的48学时削减到32学时(含4学时实验课程)。教学中出现了上课学时和授课任务量的严重矛盾冲突。这对教师的专业知识水平和授课水平提出了更高的要求。
  为解决上课学时少的突出矛盾,从学生和教师两方面逐步着手解决。积极拓展学生的课外学习和实践,布置一定量难度适中的课外习题作业和上机实践作业,督促学生深刻理解上课时讲授的概念和方法,通过课外作业进一步领会、强化学习。同时,教师在深刻分析教材知识结构的基础上,把握教学重点、难点问题,有效实施重点教学。重点、难点问题要从概念到例题,一点点分析推导,详细阐述每个细节和要求。讲授内容遵循从简单到复杂的基本规律,让学生的认识水平循序渐进,逐步提高。对于较为简单的教学内容,则通过例题和提问的方式展开与学生的讨论,让学生成为学习的主动者,增强学习质量和效果。
  在教学内容的组织上,循序渐进,逐步深化,强调基本概念的理解和应用,减少一些定理和公式的太细推导。在教学过程中,网站源码下载,重点讲授经典控制理论的主要内容,注重知识体系的完整和工程问题的应用分析,理论联系实际,例如将电路系统、液压系统等模型的分析引入课堂中来,提高学生们灵活运用知识解决问题的能力。课程进行中,穿插讲授MATLAB语言在本课程中的运用。让学生们能够动起手来,用计算机实现公式的推导、计算和仿真,提高学生们的学习乐趣和成就感。
  二、改善教学方法
  改善教学方法以提升学生的课堂授课效果为主要原则。改善教学方法主要包括改善教学手段和采用新颖的教学方法,如启发式、讨论式和激励式教学方法。
  1.改善教学手段
  目前主要的课堂教学手段有板书和电子讲义两种方式。
  减少板书的时间,提高课堂效率,采用多媒体教室授课,引入MATLAB等计算机辅助教学工具。多年来,根据我们编写的教材和教案,不断完善电子讲义,授课内容涵盖经典控制理论的全部内容,丰富了课堂的信息量。充分发挥Powerpoint的演示功能,针对课堂中的重点和难点,采用了不同颜色和字号的字体和线条,便于学生及时抓住重点和难点,跟上课堂进度。对于课程中的系统方框图的简化、Nyquist图、Bode图的绘制等,采用Powerpoint的动画功能和MATLAB软件辅助完成,让整个电子讲义“活”起来,课堂内容充实起来,而不仅仅是知识的灌输。
  每页幻灯片的排版要清晰、整齐、规范,文字精炼扼要,多用图片和动画。让学生直接观测到复杂的时域响应曲线、频率响应曲线以及奈奎斯特曲线,加深对概念的理解和掌握。在讲解某些公式推导和习题时,当Powerpoint不方便阐述时,则采用板书手写推导和计算,提高讲解效率,也便于学生跟着教师的思路,深刻领会这些难懂的知识点。例如在讲解频率特征量中系统的截止频率的概念时,结合图形和计算公式,指出幅频特性的数值由零频幅值下降3dB得到的频率,也就是0.707倍的零频幅值对应的系统频率值,这样学生就能够深刻理解零频幅值下降3dB和0.707倍的零频幅值之间的关系。[3]

本文编号:1058


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