面向机械电子工程专业本科实践教学改革探索

熊中刚

【摘要】文章主要针对本课程在具有地方特色的本科院校应用中存在的一些问题，从理论教学、实际应用和评估方法等方面提出了机电工程专业的一些具体改革措施。将Matlab/Simulink仿真工具与教学相结合，鼓励学生完成简单的设计和模拟工作，并结合实际的计算机控制系统实例激发学生的兴趣和提高应用技能。

【关键词】计算机控制及应用;机械电子工程专业;实践教学改革

一、引言

机电工程专业涉及传感器技术、自动控制技术、计算机科学等多学科知识。学生需要掌握数据检测、数据传输、信号处理和控制的相关理论和技术基础。该专业的计算机控制技术课程是结合自动控制技术、计算机技术、自动检测和传感技术逐步发展起来的[1]。随着该技术的发展和普及，控制系统倾向于由计算机控制。计算机控制技术与应用课程是机电工程专业普遍提供的重要专业课程[2]。该课程面向机械电子工程专业本科实践教学改革探索，适应地方社会经济发展和国家航天航空事业发展的需要，培养学生扎实的自然科学基础知识和机电工程专业知识，形成良好的学习、实践、专业和创新意识[3]。建立完整的机电系统概念，具备机电工程技术领域的创新意识与方法、设计与实施工程、独立工作、终身学习、组织管理与人际交往等综合能力，在制造领域的机电产品和系统的应用和制造、安装和调试、操作和维护、管理和营销中起着重要作用[4]。

二、课程教学中的特点和问题

目前很多二本院校机械电子工程专业理论基础知识方面多是以课堂授课为主，甚至很多教师缺乏实践经验，只能以纸上谈兵的形式“传道授业解惑”[5]。在实践教学方面，大多数课程只是以课内实验和课程设计等为数不多的方式进行。课堂实验项目的内容以及不同课程之间的相互关系和系统性不强，可能容易导致内容设置重叠或缺乏。在教学过程中，教师应将相关课程的相关内容纳入课程，处理必修课程与后续专业课程的关系，形成系统的课程知识体系。此外，每所学校的大部分实验都依赖于一套完整的商业实验室设备，可以减少教师的测试前准备工作量[6]。然而，也有一些实验倾向于保持认知和确认实验的水平，这些实验要求学生连接和记录数据，在提高学生的动手能力、设计能力和创新能力方面发挥的作用有限[7]。

三、课程教学改革的思路及对策

（一）理论教学改革

计算机控制系统是基于控制理论的完整自动控制系统[8]。通过充分考虑基础理论知识的深度和广度，理论知识与应用技术的关系得到很好的处理。在整个教学过程中，教师可以贯穿一两个完整的诸如计算机温度控制系统的应用实例。学完相关知识点后能够做到让学生建立温度控制系统的数学模型，借助Matlab仿真工具进行建模和仿真，使学生能够利用他们学到的理论知识进行实践，并改进系统设计和调试功能。教师应该针对授课过程中何时提问以及问题类型预先进行精心研究和设计，采用易于激发学生学习热情和积极性的启发互动式教学方法，启发学生对问题进行讨论和分析，从而解决问题。多媒体教学方式与传统教学方法应相互补充，相辅相成，协调发展。在教授理论性强的内容，如PID数字控制等计算机控制规则时，引入Matlab/Simulink仿真工具，可以通过仿真模型，以图形方式向学生呈现难以理解的理论知识，从而增加教学信息量。学生可以使用Matlab/Simulink工具建立系统的数学模型，进行模拟调试和结果分析，并总结不同控制规律对控制结果的影响。

（二）实践教学改革

由于学生对计算机控制系统的设计方法和理论知识缺乏全面的了解，因此教师采用DDC控制系统来丰富教学内涵[9]。加强实验环节，培养学生运用综合知识解决实际问题的能力。在学校有限的实验条件下，可以配备简易电加热炉、虚拟仪器软件LabVIEW和数据采集卡，构建实验平台，使学生将所学理论运用在硬件系统的器件选型、整套系统建立、实现功能的算法选择以及具体代码编写的整个实践过程中，通过实际调试，了解工程实践与理论设计之间的区别，以及掌握在无法进行调试时进行故障排除和解决问题的方法。此外，可以更换受控对象，如机器人步进电机控制，为学生提供更多的动手实践机会，激发更大的实际操作积极性。

（三）体现综合能力的多种考核方式改革

教学评估侧重于综合评估，是评估学生学习和理解教师教学效果的重要手段。许多考试只能测试一些基本概念、基本理论和一些简单的分析问题。为了激发学生对课程的兴趣，教师可以对原有的考试方法和考试方法进行修改和完善，以促进学生创新精神的培养和技术应用能力的提高。首先，通过平时作业、闭卷考试，确保教学质量，避免抄袭作业现象的发生;其次，在基本教学内容深度、知识灵活应用和创新方面进行水平考试;再次，通过学生实验和工程训练再次进行实践评估;最后，对学生学习进行评价，鼓励学生参与课堂教学，参与讨论，积极进行思考。

四、結语

“计算机控制技术及应用”是一门机械和电气工程专业课程。本文根据课程的特点和课程教学中的一些问题，从理论教学、实践教学和评估方法等方面进行了探讨。从本课程的长期教学经验来看，学生有很好的学习热情和潜力。MATLAB仿真软件在计算机控制技术课程中的应用丰富了教学方法，在一定程度上优化了教学过程，形象、直观地表述出枯燥的理论知识，降低了专业课程的抽象性，提高了教学效率。

【参考文献】

[1]陆锋，陈桂，林健.自动化特色专业控制类专业课程改革探讨[J].中国电力教育，2011（13）：58-59，67.

[2]陈桂，陆锋，宋丽蓉.计算机控制技术课程教学改革研究与实践[J].中国现代教育装备，2009（03）：52-54.

[3]张向锋.计算机控制技术课程实验教学实践与探讨[J].实验室研究与探索，2014，33（07）：185-188.

[4]刘国荣，梁景凯.计算机控制技术与应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2016.

[5]刘为国.《计算机控制技术》课程教学方法改革的研究[J].科技信息，2009（09）：485.

[6]张向锋，文传博.以应用型人才培养的计算机控制技术课程教学改革[J].教育教学论坛，2016（38）：93-94.

[7]孟飞，周祥才.面向应用的测控专业本科实践教学改革探索——以“计算机控制技术”课程为例[J].中国电力教育，2010（18）：129-130.

[8]严娟娟.以提高应用能力的“计算机控制”课程改革的思考[J].电气电子教学学报，2009，31（Z2）：26-28.

[9]陆锋，陈桂，林健.应用型本科院校《计算机控制技术》课程教学改革实践[J].科技创新导报，2011（12）：157-158.