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（桂林理工大学机械与控制工程学院 广西桂林 514004）
摘 要：《机械工程控制基础》是一门理论性很强的机械专业的基础课程,内容抽象.教师在教学过程中普遍反应,由于抽象和强理论性,学生对课程知识的理解比较难,导致学习兴趣低.通过虚实结合的课堂教学实践,提高了学生对经典控制理论的学习兴趣,极大丰富了课堂教学手段,将电子技术课程,控制理论,Matlab/Simulink有机结合起来,增强了学生对数学模型、系统分析方法、稳定性理论的感官认识,使学生对控制理论不再感到无所适从,虚实结合的课堂教学手段取得了非常好的学习效果.
关键词：《机械工程控制基础》 《电子技术》 虚实结合 课堂教学
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（c）-0097-02
《机械控制工程基础》作为机械工程专业的一门专业基础课,课程的主要内容包括机械工程控制论的基本概念和基本思想；如何正确建立系统的数学模型；在模型建立以后对系统性能的时域分析法与频域分析法；系统稳定性的分析；在对系统进行分析的基础上,针对系统的性能要求,对系统的设计与校正.《机械控制工程基础》是将经典控制理论应用于机械工程领域的方法论.课程内容相对抽象,尤其系统理论模型建立以及时、频域分析等,需要通过复杂的计算和变换如拉普拉斯变换,z变换等,学生缺少感官认识,教学质量难以提高[1-5].
为提高学生对经典控制理论的学习兴趣,熟练掌握系统性能的分析方法,在多年教学经验中,总结出虚实结合的课堂教学实践.
1.《机械工程控制基础》教学中存在的主要问题
《机械工程控制基础》是一门综合性很强的专业基础课,课程内容主要关于系统的建模与稳态、瞬态分析、稳定性分析、系统的校正等抽象概念,涉及数学知识多.虽然工程实践性强,但学生学习时不仅需要具备扎实的工程数学基础知识,而且还要具备很强的计算机仿真分析能力,如熟练运用matlab/simulink软件等.但由于学生对交叉课程应用于工程实际的理解能力不足,导致了学生在学习《机械工程控制基础》课程时无所适从[2-5].
同时,虽然《机械工程控制基础》是机械设计制造及其自动化、机械电子工程、车辆工程和动力工程等机械工程专业中不可或缺的理论基础课程,但由于学生对于《机械工程控制基础》与工程实践的紧密关系的认识不够,同时工程数学、电子技术等交叉课程的知识不扎实；另外高校中普遍存在的学生动手能力不强等原因,导致了学生对《机械工程控制基础》的学习无兴趣.因此在我多年的教学实践中,感觉“难教”“难学”,教学效果不好.笔者经过多年的教学积累和不断探索,将“虚实结合”的课堂教学方法应用于《机械工程控制基础》的课堂教学中,取得了很好的效果.
2.课堂教学中“虚实结合”的内在涵义
“虚实结合”简单来说就是把抽象的理论与具体的实践结合起来.机械工程控制基础课堂教学中的“虚”,是指经典控制理论中的基本理论,如系统数学模型中一阶惯性环节、二阶系统等,都有具体的数学表达式,但是对学生而言还是属于“虚”的抽象的理论.“实”就是具体工程实践中的实际系统,比如机械工程专业的工程实践中哪些机械或电系统中某个环节或组件是一阶惯性系统.虚实结合的课堂教学,就是将理论中的“虚”和工程实际中的“实”结合起来,将工程中的实际系统与理论数学模型结合起来,应用于机械工程控制基础的课堂教学中.
目前的常见教学资源中,计算机已经广泛应用于各科的课堂教学,计算机技术的应用为课堂教学中采用仿真软件模拟工程实际中的硬件系统提供了技术保证.NI公司的Multisim软件可以很好地将理论教学与实际硬件系统相结合,学生可以很好地、很方便地搭建电路原理图,并对电路进行仿真,把学到的电路知识通过Multisim软件观察时域、频域、XY图、对数坐标、比特误码率、眼图和功率谱等电路特性.利用控制工程的理论知识,可建立所设计电路的数学模型,利用Matlab/Simulink软件,分析该电路的时域、频域、功率谱等特性.这样,学生通过这两种分析方法得到的仿真分析结果对比,很容易就理解了机械工程控制基础课程的本质.
通过计算机技术,将“实”——电工电子技术课程中所学的实际电路系统和“虚”——机械工程控制基础中的系统理论完美结合起来,将抽象的理论与工程实际中的具体实践结合起来,从而将机械工程控制基础这样一门强理论性的课程,课堂教学中通过“虚实结合”的教学手段,将机械工程控制基础与电子技术课程融合,可以起到贯通课程之间的联系,提高学生的感性认识,增强课堂教学效果的良好作用.
3.“虚实结合”课堂教学方法的实例
以《机械工程控制基础》课程中一阶系统的时间响应的课堂教学为例,结合电子技术课程中集成运算放大电路的知识,建立一阶系统的电路模型,采用Multisim软件分析该电路的Bode特性,并与Matlab/Simulink软件建立的一阶系统传递函数Bode特性进行比较,实现“虚实结合”的课堂教学.
设一阶系统的传递函数如式（1）所示,编辑Matlab仿真程序,分析该系统的Bode特性[6],
结合电子技术课程所学知识,选用集成运算放大器,在Multisim中建立一阶系统的电路模型如图1所示,集成运算放大器选用3554AM,RC滤波器电路加上一个电压跟随电路,构成一个一阶系统电路,其输入和输出关系为[7],
图1中的XBP1为Bode图仪,该一阶系统电路的Bode特性如图2所示.
式（1）中的一阶系统的Bode特性,采用matlab软件进行分析,其matlab程序为,
Num等于[1]；
Den等于[0.47e-3 1]；
G等于tf（Num,Den）；
Bode（G）；
式（1）一阶系统的Bode特性如图3所示.对比式（1）和式（2）,图2和图3可知,通过机械工程控制基础课程中的关于一阶系统的传递函数知识,将Matlab软件应用于机械工程控制基础课程教学中,并在Multisim软件中建立一阶系统电路的数学模型,增设硬件无法模拟的虚拟实验.利用Matlab仿真软件和Multisim软件的强大功能,在仿真环境下,可较容易地实现与模拟设备同样效果的系统.在此基础上分析系统的特性,完成机械工程控制基础的课堂教学任务,使得课堂教学环节既轻松易懂,又能将其他课程知识与该课程实现融合,更便于知识的扩展和深入讨论,大大提高了课堂教学的效率和质量.
4.“虚实结合”课堂教学的实现
“虚实结合”的课堂教学理念是针对《机械工程控制基础》课堂教学中的主要难题：“难教”和“难学”,通过在教学中的不断积累和探索,为紧密联系抽象理论与现实的工程实际而提出来的.主要以两个途径实现.
（1）在课堂教学过程中,充分利用多媒体教学手段,增加《机械工程控制基础》课堂教学的信息量,课堂教学紧密联系工程实际实例,将抽象的理论与工程实际的形象表达结合,丰富教学内容,不但促进了学生正确理解课程内容,而且开阔了学生的视野,培养了学生的学习兴趣.兴趣是最好的老师,从兴趣开始引导学生从“难学”到“易学”转变.
（2）课后大作业不但可以巩固课堂学习的知识,可以进一步是帮助学生消化学习内容的重要手段.课后大作业经过仔细设计,将《机械工程控制基础》《电子技术》等课程的知识有机结合起来,将电路与控制系统模型结合起来,将理论知识与工程实例结合起来,将matlab软件与Multisim软件结合起来,将控制理论中的系统分析与电路分析结合起来,使学生在完成作业的同时,感受控制理论与工程实际的紧密联系,理解抽象的控制理论—“虚”与工程实际的现实电路分析—“实”的一致性,引导学生从“易学”到“好学”转变.
5.“虚实结合”课堂教学的效果
《机械工程控制基础》课程的课堂教学中,结合《电子技术》课程中的电路知识,建立系统的电路模型,采用Multisim软件分析电路的瞬态、稳态特性,采用Matlab/Simulink软件建立系统传递函数、并分析系统的稳态特性、瞬态特性、稳定性等,并与Multisim软件的仿真分析结果进行比较,实现“虚实结合”的课堂教学.通过一个学期的课堂教学实施,学生们从“难学”到“易学”再到“好学”的转变,对《机械工程控制基础》表现出了较大的兴趣,能够积极主动地学习和思考.课堂教学中的电路实例让学生感到有兴趣,学生们愿意学,积极思考课后布置的大作业,反过来促进了课堂学习氛围,形成良性循环,实现“正反馈”.
在《机械工程控制基础》的课堂教学中,通过“虚实结合”的教学方法,学生能够在积极引导下,主动构建各控制环节的电路,锻炼了动手能力和操作能力,并能够主动查阅相关文献资料.并且在完成大作业和课程实验中,形成了良好的学习氛围,学生们能很好的将电路知识与控制理论结合起来,设计实验电路,不但增加了控制理论知识,而且将电子技术课程中的电路知识得到了很好的巩固和提高,课堂教学改革效果显著.
机械工程控制基础:华中科技大学 机械工程控制基础01 共23讲
6.结语
通过“虚实结合”的课堂教学实践,提高了学生对经典控制理论的学习兴趣,极大的丰富了课堂教学手段,将电子技术课程,控制理论,matlab和Multisim软件有机的结合起来,增强了学生对数学模型、系统分析方法、稳定性理论的感官认识,使学生对控制理论不再感到无所适从.“虚实结合”的课堂教学手段取得了非常好的学习效果,课堂教学中深受学生欢迎.
参考文献
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[4]陈广庆,杨前明.《机械工程控制基础》课程教学方法浅析[J].中国教育技术装备,2010（24）：41-42.
[5]卢继霞.对《控制工程基础》课程教学的思索[J].考试周刊,2012（15）：172-173.
[6]杨叔子.机械工程控制基础[M].武汉：华中科技大学出版社,2011．
[7]姜桥．电子技术基础[Ｍ].北京：人民邮电出版社,2009.
总结：这篇机械工程控制论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
机械工程控制基础引用文献:
[1] 机械工程控制基础学论文选题 机械工程控制基础论文题目哪个好
[2] 机械工程控制基础参考文献外国 机械工程控制基础参考文献有哪些
[3] 机械工程控制基础论文提纲格式模板 机械工程控制基础论文大纲如何写
