天津工业大学机械工程学院 尚志武 刘国华 贵今天
[摘 要]文章从教学内容、教学方法和考核方法三方面对机械工程控制基础课程进行了教学改革研究探索。针对专业要求和课程特点对教学内容进行优化、改进和整合；以机械工程控制系统为中心主线，应用多媒体技术并增加Mat-lab仿真环节提出了新的教学方法；在现有考核方法基础上增加系统实例分析考核环节。通过教学改革加深了学生对课程内容的理解，增强了学生理论结合实际的能力，为后续专业课程和毕业设计打下坚实的基础。
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关键词 ]机械工程控制基础；课程；教学改革
中图分类号：G642.4 文献标识码：A文章编号：1671-0568(2014)35-0056-02
作者简介：尚志武，男，博士后，教授，主要研究方向为智能诊断与动态测控、机电一体化技术。
机械工程控制基础是机械制造及其自动化、机械电子工程等机械类专业重要的一门专业基础课程和核心课程。本课程将高等数学、大学物理、力学、电工学、信号与系统、控制学等多学科知识融合在一起，使学生能够通过学习系统地运用控制原理解决机械领域的诸多实际问题。是机电一体化，数控技术、机电系统仿真等众多专业课的基础课程。通过该课程的学习，学生可以用动态、系统的观点分析机械工程系统，应用控制论来解决分析机械工程中的实际问题。
近年来，随着信息技术、光机电一体化等科学技术的快速发展，一些新理论、新方法的快速涌现，高校专业课程需要与时俱进进行改革和变化，适应社会的需求。随之而来，机械工程控制基础课程也对应地需要进行教学改革探索。
一、课程特点和教学现况
机械工程控制基础课程是一门基于复变函数、微积分、力学、电工学定律等诸多数理知识、存在许多理论推导和计算公式的专业基础课程。课程理论性强，系统性强，抽象难懂。
本课程课时少，根据专业的不同，只有30-45学时，但课程覆盖面非常广，内容繁多，教学内容很难深入，部分前期基础课程没有开设，缺乏支撑，教与学都十分困难。
教学内容涉及众多的控制数理公式的推导、相对实际问题存在着很多简化，与实际问题有时差异大，造成学生学习兴趣不够，对本课程的重要性认识不够，难以激发学生的学习热情，影响教学效果。
该课程理论性强，怎么样与实践紧密结合，使学生更好更深入掌握本课程的教学内容，一直是本课程教学中重点需要考虑的问题。课程教学改革前我们一直采用传统的课堂教学加一、两次实验课的方式进行，怎样在此基础上对实践环节进行调整，更好地加深学生对课程内容的理解，提高学生解决实际问题的能力，是课程教学改革的重点之一。
基于机械工程控制基础课程的教学现况和特点，我们尝试从教学内容改革、教学方法改革和考核模式三方面进行课程改革，取得了预期的教学效果。
二、教学内容改革
现在使用教材是杨叔子主编的《机械工程控制基础》，教材内容系统性强、内容详实，但本学院该课程课时相对少，且本院机械类专业以应用型专业为主，所以必须结合专业特点，与机械工程领域实际问题紧密结合，对教学内容进行优化、简化和整合。将复变函数和拉普拉斯变换等课程需要的主要数理内容整合到教学内容中，简化了部分原理和公式的详细叙述和推导，并删除了拓展性的可自学的状态空间模型、高阶系统的时间响应分析、非线性系统初步、线性离散系统初步和系统辨识初步部分，收集补充拓展了应用实例的内容以及关联领域最新研究进展。
根据课程和专业特点，重新设计了机械工程控制基础课程以下五个方面的教学内容：
1．机械工程控制基础概述，主要介绍机械工程控制论、机械控制系统分类、模型、特点、要求、由来和发展、发展趋势以及与机械制造及其自动化和机械电子工程专业的结合及应用。
2．机械工程控制系统的数学模型，主要讲述拉普拉斯变换、系统的微分方程数学模型、系统的传递函数和方框图及其在实际机械工程实际问题中的应用。
3．机械工程控制系统的时间响应分析。主要讲述时间相应及其组成、典型输入信号、一阶系统和二阶系统时间响应分析及其在实际机械工程实际问题中的应用。
4．机械工程控制系统的频率特性分析。主要讲述频率特性组成及图示方法、频率特性的特征量、频率特性分析及其在实际机械工程实际问题中的应用。
5．机械工程控制系统的稳定性。主要讲述系统稳定性特性、Routh稳定判据、Nyquist稳定判据、Bode稳定判据及其在实际机械工程实际问题中的应用。
在每一章节中，我们都增加了机械工程领域内实际的控制问题实例，并使用Madab软件进行仿真，扩充教学信息，提高学生的学习兴趣。
三、教学方法改革
在教学方法上，我们围绕应用型机械工程专业的特点，重视实践活动，理论紧密联系实践环节，提出了新的教学方法和教学模式。
1．以机械工程控制系统为中心主线，运用实例引出教学内容。整个课程教学以一个典型的复杂机械工程控制系统实例为主线，导出讲述系统的数学模型建立、传递函数、时间响应分析、频率响应分析等内容，理论与实践相结合，可以使教学过程思路清晰，学生理解直观具体，有助于提升学生的学习兴趣。
2．多媒体技术广泛应用。重新制作多媒体课件，增加具体实例控制系统的视频、动画等多媒体资源，可使课堂教学更为生动；在课件中增加自学课堂部分，包含课程背景知识、前面删除的课堂不进行的教材拓展内容、基础数理知识和例题解析，学生可以自主学习；课件增加自我测试部分，学生可以自主测试，诊断学习中的问题并改进。
3．增加Madab仿真环节。将Matlab及其提供的Simulink仿真软件应用到教学中去，可以使公式推导、概念讲述更为生动。仿真平台可更改系统的各项参数进行演示，可对实验环节进行有效补充。既可降低教学成本，又可让学生自己进行实验设计奠定基础。
4．实验环节教学方法改革。实验环节由教师演示向学生自主设计实验环节转变，增加学生自主设计开放实验环节，教师对学生选题进行指导，选择实际的机械工程控制系统问题作为实验主题，由学生独立提前设计方案，实验课上进行实验验证和修正的方式来进行。
四、考核方法改革
在考核方法上，为了提高学生的实际应用能力和加深对课程的实际理解，考核时应增加考查学生对实际问题的分析能力和解决问题的能力部分，增加了课后控制系统实例分析大作业的环节。教师制作多个机械工程控制系统实例分析的题目，让学生在课程结束前对一个典型机械工程控制系统进行建立数学模型、时间响应分析、频率响应分析、Madab仿真、参数计算和分析等，涵盖课程的基本内容，可以帮助学生梳理课程主线和内容，巩固和加深学生对课程的理解，提高学生的实际应用能力，发挥学生的主观能动性。
课程考核采用了机械工程控制系统实例分析占比20%，实验环节占比20%，试卷成绩占比60%的形式。
随着社会的进步和科学技术的发展，适时对本科专业基础课程进行教学改革是高校教学工作的重要组成部分。通过对机械工程控制基础课程进行教学改革探索，改善修正课程的教学内容、教学方法和考核方法，加深了学生对课程内容的理解，增强了学生理论结合实际的能力，为后续专业课程和毕业设计打下坚实的基础，收到了良好的预期效果。
（编辑：秦俊螈）
