面向控制论思维方式培养机械工程控制基础课程教学方法探索

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1、面向控制论思维方式培养机械工程控制基础课程教学方法探索　　[摘要]根据“机械工程控制基础”课程特点，研究如何从让机器动起来的形象思维方式成功转型到只用数学公式表达机器运动的抽象思维方式，然后再将抽象的内容具体化、实践化、工程化，实现课程理论性、实践性、工程性的有机结合，激发学生的学习兴趣和主动性，使学生尽快掌握“机械工程控制基础”课程的学习方法和思维方式，培养学生用控制论解决机械工程实践问题的能力。[关键词]机械工程控制基础；控制论；思维方式；教学方法[中图分类号]G642.421[文献标识码]A[文章编号]1005-4634（2013）01-0055-030引言10“机械工程

2、控制基础”是20世纪80年代初兴起的一套控制理论，是经典控制理论在机械工程领域中的应用，现在已经发展成为机械工程专业的一门专业基础必修课。在这门课程的教学之初，注重的是理论教学，强调课程体系的系统性和逻辑性，教学形式是以课堂授课为主，教学内容以介绍基本概念和基本原理为主，这使学生初步领悟到控制论的深奥，也领会到控制论的缜密性、逻辑性和系统性[1，2]。但是，由于学生的数理基础和机械工程专业背景有限，普遍感觉课程内容抽象，而且理论性太强，在有限的时间内让学生接受这些理论和方法，往往感觉力不从心[3-5]。在教学过程中不断探索、不断积累经验，逐渐体会到在“机械工程控制基础”这门课程

3、的教学过程中，首先要培养学生的逻辑思维方式，通过生活实例和典型工程案例巧妙地将课程的基本理论与工程实践有机地结合起来，将抽象的内容具体化，将无形的理论有形化，将缜密的证明过程简单化，激发学生的学习兴趣，培养学生运用控制论的思维方式解决机械工程领域的实践问题，使该课程逐渐成为广受学生欢迎的实用性较强的一门专业基础课程。1“机械工程控制基础”课程特点10随着控制技术在机械行业中的广泛应用，掌握“机械工程控制基础”的基本概念、基本原理和基本方法已成为机械工程专业学生进行机电液产品设计、制造、生产管理必备的基本知识和基本技能。该课程的主要内容包括：系统的数学建模、时域性能分析、频域性能

4、分析、稳定性分析、性能校正及其控制系统设计。“机械工程控制基础”课程具有理论性强、系统性强、逻辑性强的特点，导致学生普遍感觉这门课程学习难、作业难、实践难。要学好这门课程，对学生提出三个基本要求：较好的数理功底、一定的工程背景、较强的逻辑分析能力。尤其是机械工程专业的学生，前期学习了机械制图、机械原理、机械设计等课程，初步培养了学生的形象思维方式，现在如何从让机器动起来的形象思维方式成功转型到只用数学公式表达机器运动的抽象思维方式，然后再将抽象的内容具体化、实践化、工程化，教学过程中应在以下6个方面下功夫[6]。2“机械工程控制基础”教学方法探索2.1给学生一个控制论的大概念，

5、引导学生以最快速度掌握控制论的学习方法和思维方式10在第一堂课上，首先向学生介绍控制论的产生、发展以及在机械工程中的应用，让学生对这门课程有一个整体概念，看到的是控制论这片森林，“机械工程控制基础”课程就是这片森林中的一片小树林。强调控制论是一种方法论，是研究广义系统在一定外界条件下的动态历程，是适用于发展变化的任何事物，包括自然、社会、经济、工程领域发展变化着的事物。然后，再介绍控制论在其他领域中的应用。以我国的人口发展为例，介绍计划生育政策在人口发展过程中的作用。在无计划的情况下，人口是爆炸式增长；在有计划的情况下，人口是以最低的增长速度发展，计划生育政策就是控制策略，充当

6、了一个控制器的作用，控制着整个人口发展的这样一个动态历程。再以我国的经济发展为例，分析我国在改革开放前后经济发生的翻天覆地的变化，也是由于国家方针政策的作用。人口发展和经济发展都可以用数学公式来描述，这就是人口发展和经济发展的数学模型，然后用控制论来分析系统的发展和变化规律，最后制定国家的方针政策来调整人口和经济发展的变化趋势，进行人为的控制，从而达到了预期的目标。在人口发展和经济发展过程中，包含着系统的数学建模、性能分析、性能校正，这就是一个完整的控制过程。用这两个实例使学生初步了解控制论这个大概念，引导学生登高望远，以最快的速度掌握控制论的学习方法和思维方式，激起了学生的学

7、习兴趣，提高了学生对这门课程的重视程度，同时使学生体会到控制论在事物发展过程中的神奇作用和力量。2.2介绍“系统”这个概念，让学生明确这门课程的研究对象10“机械工程控制基础”是由系统数学建模、时域性能分析、频域性能分析、性能校正等主要章节组成，每一章节都包括多个知识点，这些知识点构成了一套完整的理论体系。学生如果只是掌握了这些孤立的知识点，很难将这些知识有机结合起来，形成控制论的整体概念，所以首先应该向学生介绍“系统”这个概念。从上面人口发展实例中让学生得知人口组成就是一个系统，再如，在日