楊依領(lǐng)

（寧波大學(xué) 機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院，浙江 寧波 315211）

針對(duì)新式工程教育如何將實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維貫徹到高校學(xué)生培養(yǎng)中，適應(yīng)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，形成人才培養(yǎng)的新模式，同時(shí)考慮工業(yè)4.0 的到來(lái)，眾多學(xué)者提出新工科概念[1-2]。同時(shí)，早在2017 年，就關(guān)于高等教育如何繼續(xù)發(fā)展問(wèn)題，國(guó)家也舉行了戰(zhàn)略研討會(huì)，提出進(jìn)一步推進(jìn)“新工科”的發(fā)展，并成為我國(guó)高等教育重要改革措施[3-4]。

機(jī)電控制理論課程跨越了控制技術(shù)和機(jī)械工程學(xué)科，其作用越來(lái)越重要，控制理論所涉及的基本原理和方法成為了學(xué)生們分析和解決實(shí)際機(jī)電工程問(wèn)題的有效手段，是新工科領(lǐng)域改革的主要專(zhuān)業(yè)之一[5-6]。另外，由于機(jī)械專(zhuān)業(yè)具有面向?qū)嵺`與應(yīng)用的自身學(xué)科特點(diǎn)，充足的實(shí)踐訓(xùn)練是必須的，提升學(xué)生在機(jī)電系統(tǒng)控制分析與綜合方面的實(shí)踐能力，是機(jī)械專(zhuān)業(yè)最核心的課程建設(shè)內(nèi)容[7]。同時(shí)，也符合國(guó)家推進(jìn)新工科發(fā)展與加強(qiáng)實(shí)踐的教育方針導(dǎo)向。

一 機(jī)電控制理論課程教學(xué)現(xiàn)狀

課程理論與實(shí)踐是一個(gè)有機(jī)整體，課程教學(xué)需要做到精細(xì)化，同時(shí)要突出重點(diǎn)。構(gòu)建核心知識(shí)，注重應(yīng)用型人才培養(yǎng)，與工程倫理、思政等有機(jī)結(jié)合，不斷優(yōu)化課程教學(xué)。

從目前高校機(jī)電控制理論教學(xué)培養(yǎng)模式來(lái)看，機(jī)電控制理論的課程教學(xué)還存在一些不足之處，如理論知識(shí)抽象難懂且實(shí)踐不足、學(xué)生與工程實(shí)際脫節(jié)等[8-9]。雖然國(guó)內(nèi)外高校都具有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)節(jié)，可無(wú)法保證實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地的充足，有時(shí)難以達(dá)到一人一機(jī)或者一組一機(jī)的實(shí)驗(yàn)條件。同時(shí)，機(jī)電控制系統(tǒng)的建模、特性分析與綜合校正各環(huán)節(jié)之間是相互關(guān)聯(lián)在一起的，學(xué)生往往通過(guò)離散的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難以體驗(yàn)到機(jī)電控制理論實(shí)踐的全貌，也無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生們面向?qū)嶋H機(jī)電控制系統(tǒng)的綜合工程思維。因此，需要構(gòu)建全流程貫穿式控制系統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，并搭建仿真軟件平臺(tái)，故而需要探索機(jī)電控制理論課程的教學(xué)改革[10]。

二 課程目標(biāo)的制定

關(guān)于相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程目標(biāo)設(shè)定，要與相應(yīng)課程學(xué)科特色、課程具體人數(shù)及培養(yǎng)要求進(jìn)行結(jié)合[10]。機(jī)電控制理論涉及機(jī)械專(zhuān)業(yè)多門(mén)必修課程，例如控制工程基礎(chǔ)、機(jī)電傳動(dòng)與控制等，特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的理論性、較大的內(nèi)容量、知識(shí)點(diǎn)多而廣，故學(xué)生們學(xué)習(xí)起來(lái)具有一定的難度[11-12]。其在內(nèi)容上以機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)為對(duì)象，將建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、時(shí)頻域特性的分析、穩(wěn)定性分析及系統(tǒng)綜合校正等為重點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)電控制模型分析綜合能力、提升學(xué)生對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力、提高學(xué)生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。首先需要明確課程目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系，然后根據(jù)圖1 中的具體要求，以相關(guān)內(nèi)容為導(dǎo)向，確定了機(jī)電控制理論課程目標(biāo)，由圖2 可知其中目標(biāo)1、2、3、4 和5 分別在課程達(dá)成度中占據(jù)0.05、0.25、0.25、0.3 和0.15 權(quán)重。

圖1 課程目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系

圖2 課程目標(biāo)

三 優(yōu)化理論教學(xué)

機(jī)電控制理論包含知識(shí)面多而廣、理論性強(qiáng)、內(nèi)容量較大等，課程內(nèi)容需嚴(yán)格細(xì)心選擇，同時(shí)在教學(xué)中要注重創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和工程應(yīng)用培養(yǎng)。因此，需要將教材中的重點(diǎn)與難點(diǎn)剖析出來(lái)，課程重點(diǎn)內(nèi)容主要涉及控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模、時(shí)頻域特性分析以及反饋校正等方面。需要對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行不斷的優(yōu)化，并圍繞理論教學(xué)為主線，設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容覆蓋教學(xué)重點(diǎn)，從而確立理論教學(xué)安排，見(jiàn)表1。

表1 理論教學(xué)安排

四 實(shí)踐環(huán)節(jié)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

鑒于機(jī)械專(zhuān)業(yè)較強(qiáng)的實(shí)踐性，提升學(xué)生機(jī)電控制理論方面的應(yīng)用能力是重要建設(shè)內(nèi)容。需以學(xué)生為中心，將工程實(shí)踐作為指向，建立完整的課程教學(xué)體系。所以，課程實(shí)踐要與理論教學(xué)進(jìn)行有機(jī)融合。關(guān)于這一重要環(huán)節(jié)，可結(jié)合MATLAB 軟件詳細(xì)地進(jìn)行布置，見(jiàn)表2。

表2 實(shí)踐設(shè)計(jì)

五 加強(qiáng)考核評(píng)價(jià)

為了更全面合理地評(píng)定學(xué)生學(xué)習(xí)效果，需要改革以往考核方法，構(gòu)建以注重學(xué)習(xí)過(guò)程和各項(xiàng)能力的考核方法。根據(jù)百分制，對(duì)課程思政、平時(shí)作業(yè)、實(shí)踐教學(xué)和期末考試進(jìn)行打分，總評(píng)后按照百分比原則再換算成相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。表3 給出了課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算依據(jù)，具體計(jì)算方法為

表3 課程達(dá)成度計(jì)算比例 %

六 實(shí)際應(yīng)用案例

本課程利用課堂上的教學(xué)效果、授課后的習(xí)題作業(yè)、期終時(shí)的考試及實(shí)訓(xùn)大作業(yè)等形式進(jìn)行多方位考核，在考查學(xué)生們的課程目標(biāo)達(dá)成情況時(shí)，采用學(xué)生的思政及課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)成績(jī)、期末成績(jī)及大作業(yè)成績(jī)等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。采用表4 所示的計(jì)算方式，寧波大學(xué)2021 級(jí)機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成度分別為0.96、0.82、0.85、0.69 及0.95，如圖3 所示。與2020 級(jí)學(xué)生進(jìn)行比較分析可知：

表4 課程達(dá)成度計(jì)算

圖3 課程目標(biāo)達(dá)成度

一是2021 級(jí)課程目標(biāo)1 相比上一屆達(dá)成度提升了0.03，達(dá)成度為0.96。主要考查學(xué)生掌握國(guó)內(nèi)外技術(shù)進(jìn)展及使命感與責(zé)任心情況。課程目標(biāo)1 高于期望值0.75，學(xué)生對(duì)這一指標(biāo)點(diǎn)掌握較好。

二是關(guān)于2021 級(jí)學(xué)生們，其課程目標(biāo)2 相比上一屆達(dá)成度提升0.01，達(dá)成度為0.82。主要考查學(xué)生對(duì)機(jī)械控制理論的基本知識(shí)，如控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)及控制系統(tǒng)、頻域系統(tǒng)特性基本分析方法的掌握情況。課程目標(biāo)2 略高于期望值0.75，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握較好。

三是2021 級(jí)課程目標(biāo)3 與上一屆比較，達(dá)成度提升0.07，達(dá)成度為0.85。主要考查學(xué)生對(duì)實(shí)際控制工程問(wèn)題的學(xué)科領(lǐng)域界定能力。與期望值0.75 相比，達(dá)成度較好，學(xué)生對(duì)這一指標(biāo)的掌握扎實(shí)。

四是關(guān)于2021 級(jí)學(xué)生們，其課程目標(biāo)4 達(dá)成度為0.69，主要考查學(xué)生們利用基本的機(jī)械控制理論及方法完成復(fù)雜控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性及快速性，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的反饋方法進(jìn)行校正的能力，對(duì)控制理論知識(shí)的靈活應(yīng)用能力提出了一定要求。課程目標(biāo)4 達(dá)成度低于期望值，學(xué)生在這項(xiàng)課程目標(biāo)達(dá)成中偏低，學(xué)生對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)知識(shí)的應(yīng)用能力亟待改善，后續(xù)應(yīng)有針對(duì)性地加強(qiáng)學(xué)生們對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)具體的分析、設(shè)計(jì)能力。

五是2021 級(jí)課程目標(biāo)5 達(dá)成度為0.95，是較高的達(dá)成度，相比上一屆提高了0.05。課程目標(biāo)5 主要考察學(xué)生們利用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的相關(guān)機(jī)械問(wèn)題的能力。符合新工科要求下的應(yīng)用型人才培養(yǎng)，學(xué)生們普遍達(dá)成度高，說(shuō)明學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合程度較好，后續(xù)針對(duì)課程目標(biāo)5 將進(jìn)一步完善，培養(yǎng)出更多符合行業(yè)需求的新工科人才。

針對(duì)上面對(duì)于課程目標(biāo)達(dá)成度情況的分析，下一屆改進(jìn)措施如下。

一是本學(xué)期課程目標(biāo)1 中增加了相關(guān)思政融合的課堂討論，學(xué)生在討論中表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的使命感與責(zé)任心，接下來(lái)的課程中將繼續(xù)保持。

二是從上述圖表分析中得知，課程目標(biāo)4 達(dá)成度較低，學(xué)生可以分析、設(shè)計(jì)機(jī)電控制系統(tǒng)，并解決工程應(yīng)用中簡(jiǎn)單的問(wèn)題，但對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)實(shí)踐能力較差。在以后的教學(xué)中，課程訓(xùn)練量要適當(dāng)加強(qiáng)，將學(xué)生融合理論與實(shí)踐的能力進(jìn)一步提高。

三是新工科背景下，在原有課程安排的基礎(chǔ)上，今后教學(xué)中將對(duì)課程進(jìn)度安排進(jìn)行調(diào)整，提高學(xué)生們利用控制工程基本知識(shí)的能力。另外，在實(shí)訓(xùn)方面，實(shí)訓(xùn)大作業(yè)結(jié)合電路分析實(shí)驗(yàn)。通過(guò)課堂上的理論知識(shí)學(xué)習(xí)、工程實(shí)踐訓(xùn)練及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，提高學(xué)生們對(duì)所學(xué)理論靈活運(yùn)用的能力，同時(shí)進(jìn)一步鞏固學(xué)生們對(duì)理論知識(shí)的理解。

四是針對(duì)同學(xué)們對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用能力，課程中采用大作業(yè)的形式進(jìn)行考查，調(diào)動(dòng)起學(xué)生們學(xué)習(xí)的興趣，由被動(dòng)接受教育改變到從大作業(yè)中主動(dòng)學(xué)習(xí)所需知識(shí)。今后教學(xué)中將繼續(xù)保持，并以此不斷提高學(xué)生們解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

七 結(jié)束語(yǔ)

新型工程教育要求將創(chuàng)新意識(shí)和能力貫徹到高校學(xué)生培養(yǎng)中，基于新工科建設(shè)，本文以機(jī)電控制理論課程的構(gòu)建為例，從機(jī)械專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃出發(fā)，進(jìn)行課程目標(biāo)的制定；針對(duì)機(jī)電控制理論課程的特點(diǎn)，進(jìn)行了理論教學(xué)的優(yōu)化；根據(jù)機(jī)械專(zhuān)業(yè)較強(qiáng)的實(shí)踐性，對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行合理改進(jìn)；然后對(duì)機(jī)電控制理論考核方式進(jìn)行完善和加強(qiáng)。該教學(xué)改革結(jié)合新工科提高了學(xué)生的工程實(shí)際應(yīng)用能力，并進(jìn)一步加強(qiáng)了學(xué)生們自身創(chuàng)新意識(shí)與能力，也為以后教學(xué)改革繼續(xù)完善提供參考。