《机械工程控制基础》课程教学探索与实践.pdf
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1、124 Academic and Practise 学术与实践机械工程控制基础课程教学探索与实践张龙,胡月明(贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550025)摘要:机械工程控制基础课程缺少可实践内容,过于抽象,难学易忘。本文通过凝炼课程知识脉络,强化核心知识点、辅助学生构建课程知识体系,挑选可激励学生思考的真实案例,诱导学生运用课程理论思考问题,提升课程粘性等教学手段,对“机械工程控制基础”课程教学进行探索和尝试。关键词:机械工程控制基础;方法论;教学基金项目:2020 年度教育部新农科研究与改革实践项目“农机专业信息技术与教育教学深度融合实践”(教高厅函202020 号);贵州省教育厅 2022
2、 年度省级“金课”(一流课程)“机械工程控制基础”线下课程项目(校教联发(2022)3 号)。作者简介:张龙,男,贵州大学机械工程学院讲师。胡月明,男,贵州大学机械工程学院副教授。一、机械工程控制基础课程教学现状与问题机械工程控制基础是以“控制论”为基础理论,与机械工程理论体系交叉渗透所形成的机械类本科专业基础课。该课程主要研究经典控制理论以及机械工程中广义系统的动力学问题。课程目标主要是使学生形成系统思维,能够根据数理知识构建系统的数学模型,运用控制原理对系统信息的传递及反馈控制的稳定性、准确性和快速性进行定性和定量分析,并推衍系统优化的具体方法和指标。该课程具有以下几方面特征:张龙,胡月明
3、:机械工程控制基础课程教学探索与实践125(一)先修课程多,对理论基础要求高该课程理论性强,学好该课程要求学生对高等数学 复变函数 物理学 理论力学 材料力学 电工学 电子学以及机械原理等先修课程有足够的掌握。(二)知识体系相对抽象,学生不易接受该课程知识点及内容偏向理论,技术层面内容相对较少,实践机会更少,教学过程中往往使学生感觉过于抽象,相对不易理解和掌握1。(三)课程体系逻辑紧密,环环相扣,学习时不易建立信心该课程体系逻辑链非常紧密,环环相扣。在学习过程中,如果某处知识点脱节,学生很难在接下来的学习中建立学习信心,容易产生畏难情绪。(四)学习容易偏离主旨,将课程内容理解为数学课程内容推衍
4、对数学工具依赖度高,学生易把课程内容理解成数学,而忽略了对课程核心的理解,偏离课程主旨。本科阶段机械工程控制基础课程的研究对象是单输入单输出的线性定常系统。分析研究其动力学问题的方法是利用数理知识中的定理公式建立数学模型,再根据控制原理及对系统的要求进行计算分析,分析过程中要使用到“根轨迹法”“拉普拉斯变换”等数学工具,往往会让学生忽视控制原理而专注于数学工具。数学工具的使用本意上是减少计算工作量及难度,帮助研究者改变视角,以增加对研究对象的了解。但数学训练不够扎实的工科学生,往往因害怕数学而难以建立掌握好“机械工程控制基础”课程的必要信心。二、对课程教学内容和方法的探索(一)树立学生学习信心
5、,提升学习兴趣1.凝练课程知识脉络,提升学生对抽象课程理论的接受程度“机械工程控制基础”的基础理论是“控制论”,是方法论。数学在该课程体系中作为分析工具,为方法论的实践和推衍服务。因此,在课程讲授中首先要求学生掌握系统构建、信息传递和反馈的逻辑,从控制原理出发理解系统要求,然后再应用数学工具建立数学模型并进行数理分析。这个过程可以避免学生因频繁使用数学工具而将“机械工程控制基础”所研究的科学126 Academic and Practise 学术与实践问题误解为数学问题,同时也可以避免学生因数理知识掌握不足而不敢继续探讨系统逻辑的问题。2.着重关注核心知识点,纲举目张,辅助构建课程知识体系机械
6、工程控制基础前修课程科目多,所涉及的知识面广,且课程学时有限,如果课程讲解过程中没能帮助学生建立起课程系统性概念,难以取得好的教学效果。(1)抓住核心知识点,牢固掌握数学模型结构,归纳理论知识规律,引导学生主动思考 机械工程控制基础研究的经典控制理论,以单位脉冲响应函数在时域中描述线性系统动态特性,以传递函数在复域中描述线性系统动态特性,以频率特性函数在频域中描述线性系统动态特性。传递函数是线性系统的重要数学模型,根据零点和极点或为 0、或为互异实根、或为多重实根、或为共轭复根等取值类型再加上拉氏变换的时位移定理,可把线性系统传递函数一般形式归纳为以下分式:这一分式所表达的传递函数标准形式包含
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