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机械工程控制基础教学与实践

亚博app官方下载目录网机械论文发表2019-09-11 10:35关注(1)

  机械工程控制基础是本校机械设计制造及其自动化专业必修专业基础课之一,也是本专业核心课程。由于本课程具有概念抽象、理论性强、涉及知识面广等特点,以课程目标为产出导向,探索教学模式和评价体系改革,从以教为主向以学为主转变,从以课堂教学为主向课内外结合转变,从以终结性评价为主向形成性评价为主转变。提升学生课内外自主学习参与度,锻炼学生解决实际工程问题的独立思考能力。

机械工程控制基础教学与实践

  关键词:机械工程控制基础;产出导向;课程体系;课程评价

  机械工程控制基础作为众多高校机械类专业的核心课程之一,是一门以自动控制原理为基础研究机械系统动态行为问题的专业基础课程,也是本校机械设计制造及其自动化专业必修主干课之一[1]。但由于本课程涉及到机械类专业多数基础数学知识,又用到所接触过的有关动力学知识,以及用到机电系统基础知识,多数学生在学习本课程时会感到困难,造成学习主动性不强,应试思想较重,课上听不懂且课下作业质量不高,缺乏解决实际工程问题的独立思考能力[2]。在本科教育工作审核评估及专业认证理念的指导之下,探索以产出为导向的课程体系和过程评价方法显得尤为重要[3]。从以教为主向以学为主转变,从以课堂教学为主向课内外结合转变,从以终结性评价为主向形成性评价为主转变。提升学生课内外自主学习参与度,锻炼学生解决实际工程问题的独立思考能力。

  一产出导向课程体系建设

  目前机械工程控制基础主流教材包含绪论、系统数学模型、系统时间响应、系统频率特性、系统稳定性、系统性能矫正六大部分,少数学校还包含非线性系统及离散控制等少量内容[4]。根据本专业人才培养方案要求,课程将实现以下目标:1、掌握控制理论的思维方法和基本概念,能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识与机械工程实际问题相联系;2、具备理解和运用机械工程控制理论知识的能力,能够以控制论的观点和思维方法对机电系统中存在的问题进行科学分析,以找出问题的本质和解决途径。本课程以大一开设的复变函数课程为数学基础,基础理论性较强且知识点环环相扣,如何在有限的40学时内完成教学目标是其中的难点。在本科教育工作审核评估及专业认证理念的指导之下,采用32学时理论+8学时仿真分析的学时安排,基于产出导向的案例教学模式是完成本课程教学目标的有效途径。课内以实例为主线贯穿知识点,课外采用线上案例资源库、典型习题库、教学重点知识预习和回顾、师生留言互动等方式开展教学工作。以产出为导向,通过合理的考核与训练方式保证课程目标的顺利达成,如图1所示。

  二产出导向实施方案保证措施

  合理的考核与训练方式保证课程目标的顺利达成的重要举措。在本科教育工作审核评估及专业认证理念的指导之下,丰富的过程评价体系是课程体系顺利执行的质量保证和持续改进动力。本课程学生合班上课人数较多情况下,围绕知识和能力训练两个课程目标,通过平时成绩作业部分、平时成绩实验部分和期末考试对学生课程目标达成情况进行考核。具体采取以下措施:(1)在基本保障方面:通过考勤减分,保证学生课堂跟进情况;通过平时互动问答表现加分,考查学生知识掌握情况。(2)在平时成绩方面(40%):A1,通过“雨课堂”等网络教学工具,完成线上限时测验形式的平时作业,进而巩固并考察基础知识掌握程度;A2,通过习题册方式布置综合作业题,按照作答及时性、准确性及错题的改正情况考查学生运用相关知识解决问题的能力;A3,通过完成必做基础实验,训练并考查学生时域、频域、稳定性分析等工程基础和专业知识的掌握情况;A4,通过完成基于复杂机械工程问题相关开放实验,考查学生对控制系统建模、仿真、分析等理解和运用知识的能力。(3)在期末成绩方面(60%):B1,通过选择、判断、填空等客观题考查学生掌握控制理论的思维方法、数学模型、时域、频域、稳定性及矫正特性的基本知识和概念;B2,通过简答、计算、综合等主观题考查学生理解和运用机械工程控制理论知识,对复杂机械工程问题预测与分析,并能够适当理解系统特性的能力。基于产出导向的机械工程控制基础课程评价体系的建设,能够有效保证学生学习过程中目标明确。其中,作业、实验作为平时成绩中重要组成部分,不仅是考查学生课程目标的达成情况的有效手段,更是保证教学过程合理有效的关键措施。鉴于师生比问题,多数高校课程作业和实验普遍采用回收后直接评分的方式完成,很少关心学生是否进一步学习与更正,而以产出为导向教学模式更关心学生是否有效达成课程目标,因此,本课程组针对理论和逻辑性较强的机械工程控制基础课程修正了作业与实验的评价体系。针对平时作业习题册,本课程组设置作业进度与章节授课相同步,按照作答及时性、准确性及错题的改正情况考查学生运用相关知识解决问题的能力。制定“准确分”和“加减分”构成平时作业成绩的规则:首先,按照题目初次作答是否完全正确给定“准确分”,不仅能够鼓励学生从一次性完成中获得成就感,也节约了教师批改作业时间;其次,新章节开课前要求同学按时完成前序章节作业内容,以保证学习状态能够与授课进度同步,通过“加减分”督促学生及时作答,每次延期完成按题目20%减分,超前完成不论对错更正后即可得满分;再次,通过“加减分”鼓励学生作业及时更正,错题更正酌情按相关题目90%-100%加分,补漏按相关题目90%加分,来保证学生最终能够达成相关课程目标;最后,针对大学生普遍存在的抄袭问题,通过现场单独询问方式,根据学生对考查内容是否真正掌握鉴别其是否存在抄袭问题,若发现抄袭按相关题目80%减分。针对仿真实验内容,一方面,要求同学完成必做基础实验,按是否现场完成给定分数,以保证学生均能够掌握实验内容相关知识;另一方面,要求同学探索开放性实验的设定内容或自由探索机械工程控制实例,完成相关分析,并穿插于8学时实验课上进行现场辅导,按照学生探索结论丰富和准确程度给定分数,鼓励同学将课程知识应用于工程实践,并不断建设机械工程控制案例库,促进教学持续改进。

  三教学实践与反思

  基于产出导向的机械工程控制基础教学模式以15机制五个班级为载体,在实施过程中不断总结与修正。实施过程中的课前充分准备、课上案例引导、课后持续改进是课程目标达成的保障,总结教学经验如下:(1)课前充分准备。学期授课前通过网络教学平台建立线上案例资源库、典型习题库、教学重点知识视频、师生留言互动板块等课程资源与平台;通过课前提问环节,帮助同学回顾前序知识点,并掌握学生整体学习进度;课前规划好课程分目标,并不断以学生整体对分目标达成情况及时微调授课过程。(2)课堂案例引导。以减震系统、倒立摆、电机位移控制等实例进行知识点分解和串联,将运动中的的汽车变成课本上学生熟悉的质量、阻尼、弹簧系统,讲解同时将各部分理论知识与实际问题联系起来,用案例进行引导,有利于学生对各章节知识点深入理解和掌握;在实验环节中,保证实验课程内容完整情况下,鼓励优秀学生提出并开展创新实验内容,自由探索机械工程控制实例,并在课堂上加强案例引导。(3)课后持续改进。通过习题册与实验评价体系的建设,鼓励并督促学生对问题与难点及时查漏补缺,保证学生个体与整体学习进度同步,加强线上线下课后交流与沟通,为学生提供持续改进动力;通过课后学习进度,以产出为导向不断调整教学策略;学期结束总结教学经验,结合目标达成度,分析教学中的薄弱环节和不足之处,在后续授课中持续改进。

  四结束语

  在本科教育工作审核评估及专业认证理念的指导之下,本课程组针对机械工程控制基础课程构建了产出导向的课程体系,丰富了过程评价方式,加强过程管理。制定“准确分”和“加减分”构成平时作业成绩的规则,构建基础实验与开放性实验相结合的实验体系,以产出为导向关注学生课程目标是否有效达成,提升学生课内外自主学习参与度,锻炼学生解决实际工程问题的独立思考能力。

  参考文献

  [1]胡雪,夏博,葛云,吴杰,等.基于“工科教育专业认证”构建机械制造及其自动化专业课程体系[J].教育现代化,2018,5(48):149-152+163.

  [2]何一文,李珍,周先辉.《机械工程控制基础》课程建设与教学改革探索[J].南阳师范学院学报,2016,15(6):73-75.

  [3]周振华,陈耿彪,曹太山.工程教育专业认证背景下机械类“机械控制工程基础”课程教学改革研究[J].教书育人(高教论坛),2017(15):84-85.

  [4]于晓琳.基于CDIO的“机械工程控制基础”课程教学改革探索[J].教育教学论坛,2016(35):75-77.

  作者:夏博 曾海峰 胡雪 葛云 冯静安 张立新 单位:石河子大学 机械电气工程学院

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