马文斌
(常熟理工学院机械工程学院,江苏常熟 215500)
《机电系统仿真》教学改革与实践
马文斌
(常熟理工学院机械工程学院,江苏常熟 215500)
《机电系统仿真》是机械电子工程专业一门重要的专业课程,对学生掌握机电系统仿真方法、仿真思路以及结论分析等具有支撑性的作用。在实际教学过程中,存在教材与实际工程脱节、课时安排不合理以及学生积极性不高、主观能动性不足等问题。根据教学中存在的问题,结合教学实践,提出了合理的教学内容、教学方法、加强学生实践能力和创新能力的培养等教学改革措施,并且在教学实践中灵活应用,取得了较好的教学效果。
机电系统仿真;教学改革;教学方法
《机电系统仿真》是机械电子工程专业一门重要的专业课程,是构成机电工程方面人才知识体系的重要组成部分,也是机械电子工程专业的必修课之一。该课程主要研究和解决与机电系统相关的仿真问题,它主要以机电系统仿真常用工具软件matlab为仿真工具,讲述其在机电仿真背景下该工具的操作方法与编程思路,并针对数学模型已知的具体机电系统,进行动态仿真[1]。
《机电系统仿真》是一门实践性很强的专业课,主要讲授有关机电系统仿真的知识和方法,提高学生在机电系统仿真方面的能力。但在教学中还存在以下几个方面的问题:
(1)学时数太少
随着教学改革的深入,《机电系统仿真》课程课时数明显被压缩,存在着教学内容多,教学课时数少的矛盾,如何在较短的时间内最大程度地提高教学质量是该课程教学面临的巨大难题。
(2)教材与实际工程脱节
现阶段针对应用型本科的培养目标,机电系统仿真课程在内容安排上要充分考虑对实际工程问题的处理,而教材内容则多注重仿真方法的叙述和仿真工具的使用。面向工程实际的机电系统仿真知识应该是以实际工程问题为突破口,仿真方法是处理思路,而仿真工具的使用则是在解决问题的过程中完成。
(3)教学模式改革
传统的教学模式往往只重视理论教学,在课程设置时安排少部分课时作为实验教学用,但是在《机电系统仿真》课程中,由于课程涉及的内容非常广泛,仅就掌握仿真工具而言,采用传统的教学模式进行教学已经难以满足教学的需求,结果往往是教师在讲台上讲解,学生做课堂记录。但是在实验过程中发现,由于学生亲自动手的机会太少,尽管已经记录了课堂内容,但是仿真工具仍然无法熟练使用[2]。
另外,由于该课程的特殊性,机电系统往往不会仅局限于某一种或几种系统,因此课程涉及到的相关知识很多,涉及到的概念和公式更多,所以课堂上往往需要学生对其他课程的相关知识比较熟悉,这就对传统的教学方式提出了更高的要求[3]。
(4)理论与实践脱节
近年来,由于系统仿真技术的发展,许多更完善的仿真方法以及仿真手段被应用于机电系统仿真领域,而掌握这些仿真技术本身就需要较多的时间,因此在有限的课时内,很难将实际工程中复杂的系统直接对学生讲述清楚。如果简述仿真方法,在讲解仿真实例的过程中又会带来学生难以理解的问题。因此在较少的课时数和传统的教学模式下,机电系统仿真课程很容易出现理论与实践脱节的问题[4]。
(5)生源素质下降
随着高校的扩招,生源素质整体下降,学生在新知识的接受和能力的训练方面,较过去都有明显的降低,许多学生基础不够扎实,涉及到的相关课程知识不清楚,未能构成完整的知识体系,这些都给本课程的教学带来了很大的困难。
近年来,我们在教学工作中进行了一些摸索和尝试,取得了明显的效果。主要表现在以下几个方面。
1.改革教学内容
由于教学课时数被压缩,教师不得不制定新的教学计划,编排新的教学内容。在教学内容的编排方面要做到重点突出,任务明确。本课程由两部分组成:机电系统仿真方法和机电系统仿真实例的练习。由于目前电脑已经普及,因此要调动学生的积极性,通过学生之间相互交流仿真工具使用心得和系统仿真方法等手段,使得学生在课后能够利用大量的时间熟悉和掌握系统仿真软件,这样在课堂上就可以节约大量的时间用于机电系统仿真关键性问题的重点讲述。在机电系统仿真实例方面,通过事先布置仿真实例,事先要求学生预习的方法,促进学生课余时间查阅相关资料,课堂上通过提问和剖析仿真思路对学生进行引导,重点培养提高学生的分析问题能力和解决问题能力[4]。
2.改进教学手段
(1)运用现代虚拟实验室开展教学
在《机电系统仿真》课程教学过程中,首先要让学生在充分理解仿真原理的基础上熟练掌握系统仿真工具。利用现代教学手段,在虚拟实验室中开展以学生自主练习为主线的教学过程,教师为导引,着重于思路和方法的介绍,分析。这种方法的教学效果远远好于传统的课堂教学,不但实现了学生对教学内容的练习、思考进而掌握其精髓,而且使学生的学习兴趣倍增,对知识点的理解更加深刻,大大增强了教学的信息量,强化了教学效果。
(2)联系工程实际,启发学生思维
教学中教与学的关系已经得以转化,教师的引导与学生的自主学习结合可以取得较好的实践效果。但是由于该课程的性质决定了系统仿真必须要同工程实践相结合,离开了实际问题,仿真就失去了意义。因此在教学过程中在充分理解仿真原理的基础上,尽量列举一些实际工程实例,通过对学生其他课程中接触到的实验或者熟悉的机电过程进行仿真。由于实例是学生比较熟悉的,因此学生对这部分知识的兴趣和探究欲望非常强烈,对知识的理解和运用起到了很好的促进作用。如在控制工程基础中讲述的汽车减震系统的数学模型,在机电系统仿真课程中可以对该模型的特性做出具体分析和优化,从而增加了学习的趣味性。
(3)与时俱进,激发学生的学习兴趣
教师在这门课的教授中,应该充分考虑到课程的特殊性,即:仿真对象可能来源于机电类的各种系统,因此对学生教学过程中相关知识的把握要到位。尤其是在科技加速发展的今天,各种先进的控制手段和控制部件都运用到机电设备中,如先进的伺服系统,双闭环调速过程等,这就要求教师不但对教学内容熟练掌握,而且对机电行业新的技术动态,也能够较好地传授给学生。只有这样,才能激发出学生对未知领域的求知欲。
3.改革实践教学环节
为了增强学生的动手能力和解决实际问题的能力,不但要求学生认真完成在课内安排的必修实验,完成相关的实验报告和分析,还要充分利用学生的课余时间,调动学生的积极性,通过布置大作业的方式,弥补实践教学课时数的不足。
(1)将自然班按照一定的规则分为若干组,每组一题,教师负责寻找合适的教学材料和仿真课题交给每组组长,并且充分讲解题目涉及到的知识体系以及相关的参数。
(2)每一组由组长负责给组员安排任务,并且将安排情况报告给教师。教师限定完成时间和仿真要求。
(3)利用业余时间完成作业后,要求每组组长给全班讲解本组的仿真原理与仿真结果,并且对本组组员在本次作业中的完成情况进行点评,全班打分。
(4)最终所有的题目由教师点评,并且从中提取出精华和缺陷,对全班同学进行深入讲解,重视分析和解决问题的能力。
整个实践教学的大作业过程要注意教师的任务。教师的作用主要是引导,不是代替学生完成自己的工作。对组长任务分配和学生完成作业过程中遇到的问题,教师应该及时地进行指导,并且对遇到的具有共同性的问题进行集中讲解。讲授过程中一定要注意,重点是解决问题的思路和方法。
4.习题的讲解
通过大作业可以使学生对所学知识更进一步加深理解,平时的作业可以使学生对本次课程的内容进行巩固。习题的讲解重在讲解原理和思路。针对存在的抄袭现象,习题布置过程中要注意题目的难易搭配和必做题与选做题的比例。
1.培养了学生的综合应用能力、实际动手能力、分析问题和解决问题的能力,学生能够根据工程项目的设计要求,完成重要系统的仿真,从而为实际工程开发奠定了坚实的基础。
2.培养了学生的学习兴趣,提高了教学质量。
3.在大作业中增强了学生的团队合作精神和意识,培养了学生的协作能力。
值得注意的是,在该课程的教学改革中,要注重每一个教学环节的质量,把握学生的学习兴趣,充分调动学生的学习积极性,发挥其开拓创新的精神,使得学生在教与学的过程中享受知识带来的愉悦,使高校培养出更多优质合格的工程技术人才。
[1]高雷雷.“机电传动控制”教学改革与实践[J].林区教学,2010(7):9-10.
[2]罗玉元.工控组态软件在机电传动控制实践教学中的应用[J].绍兴文理学院学报,2009,29(10):94-98.
[3]李清香.机电传动控制实验中Matlab仿真系统的研究[J].实验室科学,2009(3):104-106.
[4]叶大鹏.Simulink在机电传动控制教学中的应用[J].福建农林大学学报,2004,33(1):122-125.
The Im p rovem ent of Course"M achinery and Electronics System Sim u lation"
MAWen-bin
(School of Mechanical Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,china)
the course of"Machinery and Electronics System Simulation"is the important professional courses,from which students can learn system simulation.But during the teaching process,the questions deviate from engineering and lowermotivation of learning.According to the problems,a new improvementmeasure for it has been introduced,which include new teaching methods and the measure of improvement of teaching process.It has been proved effective.
Machinery and Electronics System Simulation;the improvement of teaching;teaching method
G420
A
1008-2794(2011)06-0113-02
2011-03-11
马文斌(1979—),男,甘肃天水人,常熟理工学院机械工程学院讲师,硕士,主要研究方向为机电一体化。