馬文斌

（常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇常熟 215500）

《機(jī)電系統(tǒng)仿真》教學(xué)改革與實(shí)踐

馬文斌

（常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇常熟 215500）

《機(jī)電系統(tǒng)仿真》是機(jī)械電子工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，對(duì)學(xué)生掌握機(jī)電系統(tǒng)仿真方法、仿真思路以及結(jié)論分析等具有支撐性的作用。在實(shí)際教學(xué)過程中，存在教材與實(shí)際工程脫節(jié)、課時(shí)安排不合理以及學(xué)生積極性不高、主觀能動(dòng)性不足等問題。根據(jù)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，提出了合理的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等教學(xué)改革措施，并且在教學(xué)實(shí)踐中靈活應(yīng)用，取得了較好的教學(xué)效果。

機(jī)電系統(tǒng)仿真；教學(xué)改革；教學(xué)方法

《機(jī)電系統(tǒng)仿真》是機(jī)械電子工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，是構(gòu)成機(jī)電工程方面人才知識(shí)體系的重要組成部分，也是機(jī)械電子工程專業(yè)的必修課之一。該課程主要研究和解決與機(jī)電系統(tǒng)相關(guān)的仿真問題，它主要以機(jī)電系統(tǒng)仿真常用工具軟件matlab為仿真工具，講述其在機(jī)電仿真背景下該工具的操作方法與編程思路，并針對(duì)數(shù)學(xué)模型已知的具體機(jī)電系統(tǒng)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真[1]。

一、教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題

《機(jī)電系統(tǒng)仿真》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，主要講授有關(guān)機(jī)電系統(tǒng)仿真的知識(shí)和方法，提高學(xué)生在機(jī)電系統(tǒng)仿真方面的能力。但在教學(xué)中還存在以下幾個(gè)方面的問題：

（1）學(xué)時(shí)數(shù)太少

隨著教學(xué)改革的深入，《機(jī)電系統(tǒng)仿真》課程課時(shí)數(shù)明顯被壓縮，存在著教學(xué)內(nèi)容多，教學(xué)課時(shí)數(shù)少的矛盾，如何在較短的時(shí)間內(nèi)最大程度地提高教學(xué)質(zhì)量是該課程教學(xué)面臨的巨大難題。

（2）教材與實(shí)際工程脫節(jié)

現(xiàn)階段針對(duì)應(yīng)用型本科的培養(yǎng)目標(biāo)，機(jī)電系統(tǒng)仿真課程在內(nèi)容安排上要充分考慮對(duì)實(shí)際工程問題的處理，而教材內(nèi)容則多注重仿真方法的敘述和仿真工具的使用。面向工程實(shí)際的機(jī)電系統(tǒng)仿真知識(shí)應(yīng)該是以實(shí)際工程問題為突破口，仿真方法是處理思路，而仿真工具的使用則是在解決問題的過程中完成。

（3）教學(xué)模式改革

傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往只重視理論教學(xué)，在課程設(shè)置時(shí)安排少部分課時(shí)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)用，但是在《機(jī)電系統(tǒng)仿真》課程中，由于課程涉及的內(nèi)容非常廣泛，僅就掌握仿真工具而言，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)已經(jīng)難以滿足教學(xué)的需求，結(jié)果往往是教師在講臺(tái)上講解，學(xué)生做課堂記錄。但是在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生親自動(dòng)手的機(jī)會(huì)太少，盡管已經(jīng)記錄了課堂內(nèi)容，但是仿真工具仍然無法熟練使用[2]。

另外，由于該課程的特殊性，機(jī)電系統(tǒng)往往不會(huì)僅局限于某一種或幾種系統(tǒng)，因此課程涉及到的相關(guān)知識(shí)很多，涉及到的概念和公式更多，所以課堂上往往需要學(xué)生對(duì)其他課程的相關(guān)知識(shí)比較熟悉，這就對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式提出了更高的要求[3]。

（4）理論與實(shí)踐脫節(jié)

近年來，由于系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展，許多更完善的仿真方法以及仿真手段被應(yīng)用于機(jī)電系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，而掌握這些仿真技術(shù)本身就需要較多的時(shí)間，因此在有限的課時(shí)內(nèi)，很難將實(shí)際工程中復(fù)雜的系統(tǒng)直接對(duì)學(xué)生講述清楚。如果簡(jiǎn)述仿真方法，在講解仿真實(shí)例的過程中又會(huì)帶來學(xué)生難以理解的問題。因此在較少的課時(shí)數(shù)和傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，機(jī)電系統(tǒng)仿真課程很容易出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)的問題[4]。

（5）生源素質(zhì)下降

隨著高校的擴(kuò)招，生源素質(zhì)整體下降，學(xué)生在新知識(shí)的接受和能力的訓(xùn)練方面，較過去都有明顯的降低，許多學(xué)生基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，涉及到的相關(guān)課程知識(shí)不清楚，未能構(gòu)成完整的知識(shí)體系，這些都給本課程的教學(xué)帶來了很大的困難。

二、教學(xué)改革的主要措施

近年來，我們?cè)诮虒W(xué)工作中進(jìn)行了一些摸索和嘗試，取得了明顯的效果。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.改革教學(xué)內(nèi)容

由于教學(xué)課時(shí)數(shù)被壓縮，教師不得不制定新的教學(xué)計(jì)劃，編排新的教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)內(nèi)容的編排方面要做到重點(diǎn)突出，任務(wù)明確。本課程由兩部分組成：機(jī)電系統(tǒng)仿真方法和機(jī)電系統(tǒng)仿真實(shí)例的練習(xí)。由于目前電腦已經(jīng)普及，因此要調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，通過學(xué)生之間相互交流仿真工具使用心得和系統(tǒng)仿真方法等手段，使得學(xué)生在課后能夠利用大量的時(shí)間熟悉和掌握系統(tǒng)仿真軟件，這樣在課堂上就可以節(jié)約大量的時(shí)間用于機(jī)電系統(tǒng)仿真關(guān)鍵性問題的重點(diǎn)講述。在機(jī)電系統(tǒng)仿真實(shí)例方面，通過事先布置仿真實(shí)例，事先要求學(xué)生預(yù)習(xí)的方法，促進(jìn)學(xué)生課余時(shí)間查閱相關(guān)資料，課堂上通過提問和剖析仿真思路對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，重點(diǎn)培養(yǎng)提高學(xué)生的分析問題能力和解決問題能力[4]。

2.改進(jìn)教學(xué)手段

（1）運(yùn)用現(xiàn)代虛擬實(shí)驗(yàn)室開展教學(xué)

在《機(jī)電系統(tǒng)仿真》課程教學(xué)過程中，首先要讓學(xué)生在充分理解仿真原理的基礎(chǔ)上熟練掌握系統(tǒng)仿真工具。利用現(xiàn)代教學(xué)手段，在虛擬實(shí)驗(yàn)室中開展以學(xué)生自主練習(xí)為主線的教學(xué)過程，教師為導(dǎo)引，著重于思路和方法的介紹，分析。這種方法的教學(xué)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，不但實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的練習(xí)、思考進(jìn)而掌握其精髓，而且使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣倍增，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更加深刻，大大增強(qiáng)了教學(xué)的信息量，強(qiáng)化了教學(xué)效果。

（2）聯(lián)系工程實(shí)際，啟發(fā)學(xué)生思維

教學(xué)中教與學(xué)的關(guān)系已經(jīng)得以轉(zhuǎn)化，教師的引導(dǎo)與學(xué)生的自主學(xué)習(xí)結(jié)合可以取得較好的實(shí)踐效果。但是由于該課程的性質(zhì)決定了系統(tǒng)仿真必須要同工程實(shí)踐相結(jié)合，離開了實(shí)際問題，仿真就失去了意義。因此在教學(xué)過程中在充分理解仿真原理的基礎(chǔ)上，盡量列舉一些實(shí)際工程實(shí)例，通過對(duì)學(xué)生其他課程中接觸到的實(shí)驗(yàn)或者熟悉的機(jī)電過程進(jìn)行仿真。由于實(shí)例是學(xué)生比較熟悉的，因此學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的興趣和探究欲望非常強(qiáng)烈，對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用起到了很好的促進(jìn)作用。如在控制工程基礎(chǔ)中講述的汽車減震系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在機(jī)電系統(tǒng)仿真課程中可以對(duì)該模型的特性做出具體分析和優(yōu)化，從而增加了學(xué)習(xí)的趣味性。

（3）與時(shí)俱進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

教師在這門課的教授中，應(yīng)該充分考慮到課程的特殊性，即：仿真對(duì)象可能來源于機(jī)電類的各種系統(tǒng)，因此對(duì)學(xué)生教學(xué)過程中相關(guān)知識(shí)的把握要到位。尤其是在科技加速發(fā)展的今天，各種先進(jìn)的控制手段和控制部件都運(yùn)用到機(jī)電設(shè)備中，如先進(jìn)的伺服系統(tǒng)，雙閉環(huán)調(diào)速過程等，這就要求教師不但對(duì)教學(xué)內(nèi)容熟練掌握，而且對(duì)機(jī)電行業(yè)新的技術(shù)動(dòng)態(tài)，也能夠較好地傳授給學(xué)生。只有這樣，才能激發(fā)出學(xué)生對(duì)未知領(lǐng)域的求知欲。

3.改革實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

為了增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力，不但要求學(xué)生認(rèn)真完成在課內(nèi)安排的必修實(shí)驗(yàn)，完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和分析，還要充分利用學(xué)生的課余時(shí)間，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，通過布置大作業(yè)的方式，彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)課時(shí)數(shù)的不足。

（1）將自然班按照一定的規(guī)則分為若干組，每組一題，教師負(fù)責(zé)尋找合適的教學(xué)材料和仿真課題交給每組組長，并且充分講解題目涉及到的知識(shí)體系以及相關(guān)的參數(shù)。

（2）每一組由組長負(fù)責(zé)給組員安排任務(wù)，并且將安排情況報(bào)告給教師。教師限定完成時(shí)間和仿真要求。

（3）利用業(yè)余時(shí)間完成作業(yè)后，要求每組組長給全班講解本組的仿真原理與仿真結(jié)果，并且對(duì)本組組員在本次作業(yè)中的完成情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，全班打分。

（4）最終所有的題目由教師點(diǎn)評(píng)，并且從中提取出精華和缺陷，對(duì)全班同學(xué)進(jìn)行深入講解，重視分析和解決問題的能力。

整個(gè)實(shí)踐教學(xué)的大作業(yè)過程要注意教師的任務(wù)。教師的作用主要是引導(dǎo)，不是代替學(xué)生完成自己的工作。對(duì)組長任務(wù)分配和學(xué)生完成作業(yè)過程中遇到的問題，教師應(yīng)該及時(shí)地進(jìn)行指導(dǎo)，并且對(duì)遇到的具有共同性的問題進(jìn)行集中講解。講授過程中一定要注意，重點(diǎn)是解決問題的思路和方法。

4.習(xí)題的講解

通過大作業(yè)可以使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)更進(jìn)一步加深理解，平時(shí)的作業(yè)可以使學(xué)生對(duì)本次課程的內(nèi)容進(jìn)行鞏固。習(xí)題的講解重在講解原理和思路。針對(duì)存在的抄襲現(xiàn)象，習(xí)題布置過程中要注意題目的難易搭配和必做題與選做題的比例。

三、教學(xué)改革的成效

1.培養(yǎng)了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、實(shí)際動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力，學(xué)生能夠根據(jù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，完成重要系統(tǒng)的仿真，從而為實(shí)際工程開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)質(zhì)量。

3.在大作業(yè)中增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和意識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的協(xié)作能力。

值得注意的是，在該課程的教學(xué)改革中，要注重每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，把握學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮其開拓創(chuàng)新的精神，使得學(xué)生在教與學(xué)的過程中享受知識(shí)帶來的愉悅，使高校培養(yǎng)出更多優(yōu)質(zhì)合格的工程技術(shù)人才。

［1］高雷雷.“機(jī)電傳動(dòng)控制”教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.林區(qū)教學(xué)，2010（7）：9-10．

［2］羅玉元.工控組態(tài)軟件在機(jī)電傳動(dòng)控制實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用［J］.紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，29（10）：94-98．

［3］李清香.機(jī)電傳動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中Matlab仿真系統(tǒng)的研究［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009（3）：104-106．

［4］葉大鵬.Simulink在機(jī)電傳動(dòng)控制教學(xué)中的應(yīng)用［J］.福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，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

馬文斌（1979—），男，甘肅天水人，常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院講師，碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。