浅论面向工程实践能力培养的《机械工程控制基础》课程教学方法探索

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1、浅论面向工程实践能力培养的《机械工程控制基础》课程教学方法探索《机械工程控制基础》是上世纪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，现已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，我们注重的是理论教学，强调的是课程体系的理论性、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，这使学生初步领略到控制论的深奥，也领会到控制论的缜密性、逻辑性和系统性。但是，由于学生有限的数理基础和机械工程专业背景，普遍感受到课程内容抽象，而且理论性太强，导致了学生对这门课程普遍感觉学习难、作业难、实践难。我们在教学过

2、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》这门课程教学过程中，应该做到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，在坚持知识点够用、典型案例恰当、实践环节有效的原则下，不断完善教学计划，及时调整教学方法，不断更新教学内容，在保证介绍基本概念、基本原理和基本方法的前提下，注重知识的应用，强化学生的工程背景知识，培养学生的实践操作能力，用控制论的思维方式分析问题、解决问题，为此在教学过程中应在以下六个方面下功夫。　　一、基于学过的理论培养学生的抽象思维能力和逻辑分析能力　　《机械工程控制基础》是应用数学手段，基于物理学、电工电子学、力学、

3、机械原理等知识建立的系统数学模型，将机电液系统抽象为数学模型的形式，进行性能分析和设计计算。因此，要求本专业的学生具有良好的数学、物理、力学、电学、机械学的基础，有一定的机械工程方面的专业知识，而且具备多学科的知识积累。要想学好这门课程，学生首先要有一定的数学基础，具备复数、复变函数、拉氏正逆变换、傅氏正逆变换的基本概念和基本运算定理。如果学生之前没有学习过工程数学，这里需要有针对性地补充与本课程直接相关的知识，尽量做到教会学生怎样应用定义、定理，而不是定理的证明过程。有些涉及到物理学、电工电子学、力学的知识，学生们虽然学过相关课程，但是时间一长就印象不深刻了，因此，在每

4、次课程结束之前把下次课程用到的有关知识点给学生一一列出，让学生课后提前复习已学过的基础知识，在下次上课时只需对要用到的基础知识作些简单的提示或回顾，在旧知识与新知识之间架起一座桥梁，新旧知识有效衔接，达到事半功倍的效果。例如在系统建模这章中，用到基尔霍夫定律等知识，在系统时域性能分析这章中用到一阶微分方程和二阶微分方程的求解等知识。这时老师要及时提醒学生，或者点到为止地重复这部分内容，这样学生在建立数学模型时就会很清楚地知道这些数学模型是建立在哪些理论基础之上，并且知道如何应用原来学过的定理或定律去分析问题、解决问题，构建一个完备的知识框架，也能够从中体会到原来各门学科之

5、间是相互联系、相互衔接的，只有融会才能贯通，学生自然逻辑清晰，分析能力自然也就提高了。　　二、将生活中的典型实例引入到课程的讲解过程中，培养学生发现问题、分析问题的能力　　减少抽象模型例题，增加生活实例和机械工程典型案例，同时把机械领域的前沿课题以及研究结果作为实例引入到教材之中。例如在讲解时域性能分析这章中的二阶振荡环节的时域响应这部分内容时，涉及到振动频率、系统激励、系统响应、响应幅值的概念，将货郎担振动现象作为典型实例。货郎行走就是系统激励，货郎担的上下振动就是系统响应，振动的大小就是振动幅值。不同材质、不同尺寸、不同截面形状的货郎担振动的频率就不同，如果货郎行走的

6、频率与货郎担的频率一致，这样就发生共振，货物按照货郎行走的频率，在随着货郎向前运动的同时，做上下振动，这样货郎挑着货物就省力，这也是人们不把货郎担做得太硬，而是有一定的弹性的原因。例如在二阶欠阻尼系统中介绍无阻尼固有频率、有阻尼固有频率和阻尼系数等概念时，列举行驶在马路上的汽车发生上下颠簸的现象。汽车底盘下都有减振弹簧和阻尼器，目的是为了降低由于路面起伏引起的车体上下振动的问题。汽车的质量是m，减振弹簧刚度为k，阻尼器阻尼系数是b，则系统固有频率ωn=k姨m，阻尼比ξ=b姨mk，有阻尼固有频率ωd=姨1-ξ2。如果弹簧太硬、阻尼系数太小

7、就起不到减振的作用;如果弹簧太软、阻尼系数太小，消振就会很慢，在路面没有起伏的情况下，车体还会振动。因此，要设计、计算汽车的减振弹簧和阻尼器参数，使汽车有合理的振动频率和阻尼比，以及得到缓冲减振的效果，同时，还要避免汽车振动频率与路面起伏频率相一致的情况。因此，在课上要介绍从具体生活实例或工程实例到各个环节模型，最后到数学模型的过程，培养学生从具体实例到数学模型的建模能力。　　三、将抽象的内容具体化、实践化、工程化　　控制理论中大部分定义、理论和方法都是比较抽象的，在教学过程中如果仅限于理论的介绍和论述，学生不仅会感觉空洞乏味