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基于创新创业能力培养的《机械工程控制基础》课程改革与实践

更新时间:2009-03-28

引 言

为满足当今社会和国家发展需求,创新创业教育这一教学理念应运而生。2010年教育部在《关于大力推进高等学校创新创业教育和大学生自主创业工作的意见》中提出要提高人才培养质量,高等学校创新创业教育工作在专业教育基础上推进[1]。国务院通过《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》提出 “高校要挖掘和充实各类专业课程的创新创业教育资源,在传授专业知识过程中加强创新创业教育”[2]。2015年5月19日,国务院发布制造强国战略《中国制造2025》,提出“着力发展智能装备和智能产品”“推进制造过程智能化”,加快机械行业生产设备的智能化改造[3]。要实现智能化制造的关键条件之一便是大力加快机械工程技术的发展步伐,因此要在高校机械设计制造及其自动化专业中更好开展《机械工程控制基础》课程教学,以满足国家发展战略的要求。

一、 高校创新创业教育的内涵

高校是向国家输送创新型人才的主力军,高校想要推进创新创业教育的发展,首先必须正确深刻地理解它的内涵。创新是指以新思维、新创作、新发明为特点的概念化过程,是人类主观能动性的高级表现形式。创新教育就是要培养学生不拘现状、勇于开拓的精神和态度。创业从本质上来讲是一种劳动的方式,对自身、家庭乃至国家社会作出贡献与回馈的行为。创业教育就是培养学生的首创精神、冒险精神、独立工作能力等,简单地说,就是培养学生成为有开创性的人。创新创业教育不仅对学生培养起到了良好的影响,同时为个人的终身可持续发展奠定了坚实的基础[4-5]。大学中的创新创业教育,并不仅仅是培养学生成为“老板”,成为成功地创办公司、创造商业价值的精英教育,而是面向全体,培养学生具有开拓性、创新性和进取性的生活与思维方式和企业家精神[6-8]。因此,创新创业教育应寓于高校专业教育的人才培养方案,在教学过程中加强创新创业教育[9-10]

二、课程地位及其教学现状

《机械工程控制基础》是南昌航空大学机械设计制造及其自动化专业一门重要的专业基础课。具有如下特点:

(1)课程理论性强,内容抽象,涉及数学知识广泛,教学内容中公式理论推导多。数学理论和公式多,计算量大,并且各章节联系性较强,知识点环环相扣。课程学时为40学时,其中理论课36学时。但学生往往对一些抽象概念认识模糊,基本理论掌握欠缺,因此学习这门课程有一定难度。

(2)课程的研究对象为应用于工程实际的自动控制系统,应用性也较强,对多门学科都有一定的要求,因此对学生综合素质要求也较高。学生对学科交叉内容理解不充分,导致“难学”。

(2)形式多样的课上教学方式和课下延伸拓展相结合。

(3)与机械类课程所需求的形象思维不同,控制类课程则对逻辑抽象思维要求较高,且约定俗成的经验性知识点较少,灵活运用的知识点居多。传统的教学手段如PPT+板书缺乏多样性,仅仅只是老师在讲,学生无法真正融入课堂并参与到学习中来,进而容易产生厌烦心理,直接影响教学效果。

(4)《机械工程控制基础》设有实验课,实验课共设两个实验,总占4学时。实验的形式为学生上机操作,利用Matlab进行软件的设计等,但训练程度非常有限,学生很难将理论知识与实际应用有机结合,导致学生对机械工程控制技术没有一个深刻的理解,同时动手实践的能力也没有实质性的提升。

课后,可以给学生适当布置一些思考题,让学生结合相关文献思考后以小组形式进行讨论来及时发现一些理解错误的概念并纠正,这样一来不但强化了在课堂上学习到的理论知识,还培养了学生发现和解决问题的能力以及对知识的综合运用能力。另外,提供相关视频如《大国重器》《创新中国》供学生观摩和交流,提高学生学习兴趣。

三、教学改革措施

针对上述问题,根据“以学生为主,教师为辅,以能力培养为主线,以素质培养为目标”的总体改革要求,根据课程的应用性特点,分别在在教学方法、实验教学、教学手段、考核方式及创新创业能力的培养进行了改进。

(一)精选教学内容,培养学生应用能力

其中,河南省65岁及以上人口占总人口比重代表着河南省人口老龄化系数,河南省人口总数与人口自然增长率代表着河南省人口的发展动态,。

(二)改革教学方法,提高学生学习的主动性

基于当今社会对创新型人才迫切需求的现状,本课程旨在使学生能够灵活将理论知识与实际应用相结合,切实提升自身综合素质,采用“三结合”教学法,即引导式、渗透式和互动式相结合,对课程进行如下改革:

(1)基础理论与工程实际相结合。

作为课程教学的重要组成部分之一,课程考核是对学生基本理论和技能掌握程度和运用能力的考查和评定,其目的在于督促学生自觉对所学过的课程知识进行复习巩固与灵活运用。为培养学生对基本概念和原理的分析和运用能力,摈弃了传统的成绩的考核方式,采用专业基础知识考核与创新能力评价相结合、定性与定量相结合、形成性评价与终结性评价相结合的多元化考核方式,即闭卷考试+课程研究报告+平时成绩的方式,所占总成绩比依次为50%+20%+30%。

除此之外,教师还可以在课堂中结合现代化的信息设备帮助教学活动的顺利召开。施工组织管理课程自然是一门较强实践操作性较强的专业,除了开展理论教学之外,教师还可以带领学生去企业实习,让学生在现场感受实用性;如果技工学校的办学条件有限,教师则可以在课堂中播放一些企业施工现场的操作流程图片或者视频,让学生直观的了解现场的操作过程,拓宽学生的认知范围,帮助学生形成从理论到实践的有效转变,提高学生的专业综合能力。

课堂上,在讲解基础理论知识时,基本概念的提出可由一些典型的案例来引出,这样使学生对本课程的学习任务便有了感性的认识,学习的目的也明朗具体,同时可以适当留一些小问题给学生独立思考,引导学生对其进行分析和讨论,最后进行讲解。这种让学生带着问题的引导式学习才是积极主动与科学的学习方式;对于公式定理的推导,教学过程中应当将重点放在对其的物理解释上,将抽象的数学公式渗透到具体的物理意义中,学生理解起来也就轻松了许多。

比较温和的方式是把生理盐水滴到宝宝鼻孔里,用来帮助宝宝保持鼻孔滋润和清洁鼻腔,帮他们通气。这里说的生理盐水指的是医院输液时使用的灭菌生理性氯化钠,用灭菌的小滴管吸出来,滴一滴到宝宝的鼻孔。也可以把生理盐水滴到灭菌棉棒上,然后小心地塞进宝宝的鼻孔,刺激他的鼻子,让他打喷嚏,这样就可以把堵鼻子的东西喷出来,鼻塞就可以得到缓解了。如果你嫌去医院里开生理盐水麻烦的话,可以去药店买生理性海水鼻腔喷雾剂,这个价格稍微贵些,但使用方便。

目前存在难教、难学及实验训练有限导致难将理论知识与实际应用有机结合等问题。

7.2.6金龟子①春季防治小体金龟甲时,可利用其假死习性人工捕杀。发生量大时,在苹果现蕾开花初期,可喷布1 500~2 000倍丙溴磷、2 000~3 000倍氯氰菊酯、2 000倍甲氰菊酯等菊酯类农药,注意果园外围为防治重点。②夏秋季发生的几种大体形金龟甲,可结合其他害虫的防治加喷上述药剂一并兼治。③可利用白青花金龟等种类的趋味性,将糖醋液、诱虫净装入广口瓶中进行诱杀。

(3)理论教学和实验教学相结合。

《机械工程控制基础》属于理论性偏强的课程,眼花缭乱的公式和抽象难懂的概念常常让学生头疼不已,因此将理论教学和物理实验有机结合起来是解决这一问题的良方,也是学生真正学好学懂本门课程的保障,学生通过自己动手做实验,切切实实地体会所学基本理论的内涵,达到理论联系实际的目的。寓学于做,做学结合,在巩固提升学生专业知识与技能的同时,又激发了他们的学习热情和创新意识。

《机械工程控制基础》课程的实验教学是课程教学中的重要组成部分[11]。由于学生长期处于被动式学习状态,验证性的实验很难激起他们的学习兴趣,而综合性实验若设置偏难,又容易打击他们的学习积极性。为此,课程的实验项目采用递进式方法来设置,以满足不同阶段学生对实验能力和创新能力培养的需要。所谓递进式教学,就是在充分考虑大多数学生认知能力和思维方式后选择合适的跨度来设置的一个循序渐进的阶梯式教学,从基础知识到综合运用,有了这样的过渡,学生对课程知识的接受和掌握将变得更为容易[12]。每一个实验项目分基础、提高和扩展三个部分。基础部分为本实验的核心知识点的简单应用。提高部分要求设计的系统能够把当前实验知识点和前面实验知识点有机组合。扩展部分则要求充分查阅资料,设计一个实际控制系统。根据课程的教学目标,《机械工程控制基础》课程实验包括机床切削过程的时域特性仿真分析实验、机电系统的频域特性仿真分析实验。目前伺服系统实验室购置的直流伺服系统、倒立摆系统和球杆系统可用于该课程的实验教学。学生可以根据自身兴趣和学习情况来选择实验项目、项目层次和实验方法。递进式实验教学模式,充分发挥了每个学生的潜能,提高了学生的自信心,鼓舞了学生向更高层次设计探索的斗志,培养了学生的创新创业能力。并且它是理论教学和物理实验相结合的教学方法,例如,实验教学中可以设置一个倒立摆系统控制实验,建立数学模型,分析系统稳定性,利用PID法对倒立摆系统进行控制,并利用Matlab进行系统仿真。如此一来通过倒立摆的控制,将空洞抽象的概念如系统的稳定性、抗干扰能力及其校正均可直观表达出来。理论教学中,又可将倒立摆控制作为典例引入到理论讲授中,使理论教学与实验教学有机结合,也达到了理论联系实际的目的。

与传统课堂教学相比,多媒体教学具有信息量大、形象直观、效率高等特点,把一些难懂的概念以画面形式直观展示出来,不仅提高了教学质量,还拓宽了学生的视野。例如,在讲述二阶系统动态性能分析理论时,可使用Flash动画演示阻尼比、无阻尼固有频率等参数对系统动态性能的影响,将抽象的数学分析问题转换为系统实际的动态响应。所有课件和作业全部上网,打造师生网上互动的平台。根据本学科的发展及社会需求,不断完善网上课程资源,使其满足学生对新知识的需求。

(4)运用多媒体、Flash教学手段,化抽象为具体。

(三)改革考核方式,实行多元化测评

《机械工程控制基础》是一门理论同实践紧密联系的专业基础课程,学生在学习本课程时由于缺少实际经验而往往无法把课本上的基本理论与工程实际问题联系起来。由于《机械工程控制基础》课程研究的问题都是从实际工程问题所抽象和提炼出来的,因此涉及众多数学公式的推导和演算,具有理论性强、抽象等特点,学生脱离实际而生硬地学习课本知识只会事倍功半,因此灵活恰当地将基础理论知识和实际问题相结合的教学手段是成功实现教学改革的重要前提。在教学过程中,对于一些繁琐复杂的数学公式、定理的推导和证明过程,在不破坏理论的整体性与严谨性前提下,可以选择略去而着重解释其证明思路,将重点放在对结论的内涵、意义及如何实现方面,并做出正确深刻的解答,理论的阐述要力求严谨和简练。同时要突出问题的工程背景与提法,将抽象的概念转化为直观的工程模型,将枯燥乏味的理论问题融入到实际工程案例中来,不但教会学生如何真正“学以致用”,而且把这些令学生头疼的理论概念通俗化、形象化、具体化,学生的学习积极性和主动性也就调动起来了。

1200系列高效液相色谱仪,美国Agilent Techno-logies公司;UV- 1600型紫外分光光度计,北京瑞利分析仪器有限公司;P40110.E000型PFI磨浆机,奥地利PTI有限公司;SU1510型扫描电子显微镜,日本日立公司;LS 13320 SGL型激光粒度仪,美国贝克曼库尔特公司;4000i型恒温培养震荡箱,德国IKA集团。

课程的教学内容应与培养应用型人才紧密联系,以专业培养目标为指引,精心挑选具有较强应用性的内容;课程教学内容要立足于基础知识和理论,以系统建模、时域分析和频域分析法为基础,同时在系统性能分析中引入系统校正、优化控制等内容,增加课程的基础性和先进性。教师也要多了解现代控制理论、智能控制理论的发展新动向,并对教材内容作出及时的补充,使得教材内容具有时代参考意义。

(1)采取闭卷考试的形式,在充分体现教学大纲的前提下,考试内容要注重考查学生对基本概念的理解和掌握程度。

内向性女性消费者具有保守、安静喜欢独处等特点。因此,产品设计应遵循简单,低调的原则。产品选择天然原料,尽量减少香精、色素等人工添加剂。产品可以采取逆向定价法,由消费者内心价值评估逆向制定产品价格。在产品的分销渠道方面,内向性消费者更加青睐网络渠道。

(2)平时成绩包括平时出勤成绩、实验成绩、作业成绩。分别考察学生的平时学习态度、基本的实验动手能力、理论知识掌握程度以及独立思考、分析和解决问题的综合能力。

(3)课程研究报告包括两个方面。一是根据所学控制理论,查阅科技文献,撰写该控制理论在实际系统中的应用情况,并提出可以改进的理论方法。二是总结控制理论在机械设计、制造等领域中的最新应用成果。通过撰写课程研究报告,培养学生创新精神、创业意识以及创新创业能力。

多元化的成绩考核方式可以避免学生为应付考试而临时抱佛脚等弊端,学生能够实实在在地学到知识而不至于考完就还给老师,同时还调动了学生学习的积极性,提高了学生的综合能力与素质。

(四)多种方法并举,提高创新创业能力

由于课时有限,如果课程中的理论知识都要在课堂上来讲解,显然是不可能的。为了培养学生的自学能力、提高教学质量,必须以应用为导向,运用综合任务驱动法、翻转课堂[13]和项目驱动法来开展课程教学[14]。课前,教师把下节课的教学内容以提纲的形式布置给学生,再提供学习参考资料(包括PPT,视频等),让学生带着问题去查阅资料。在课堂上,教师先简单地介绍部分理论知识,再请学生来补充。这样则学生的自学能力、对知识的归纳能力及表达能力都得到了较大的提升。为了培养学生的动手能力、创新创业能力,通过申报“互联网+大学生创新创业赛”,指导学生参加各种机械控制类有关的大赛,通过参加这些比赛,无论是学生动手能力还是解决问题能力都有了质的提升。

四是支持和保证人民当家作主。我国是工人阶级领导的、以工农联盟为基础的人民民主专政的社会主义国家。国家一切权力属于人民。我们学习宣传和贯彻实施宪法,就要坚定不移走中国特色社会主义政治发展道路,把宪法确立的国家政治制度的特点和优势充分发挥出来,通过各种渠道、途径和形式,保证人民管理国家事务,管理经济和文化事业,管理社会事务,保证人民当家作主具体地、现实地体现到党和国家机关各方面、各层级的工作中,具体地、现实地体现到人民对自身利益的实现和发展中,切实维护好广大人民群众的根本利益。

近一年来,我们针对课程理论与工程实际相结合的特殊属性和创新创业人才培养的要求,对《机械工程控制基础》课程进行了上述改革,初步取得了一定的成效。

雨夜的库区空旷诡异,能看见东西的都是魅影,浓墨的天已不堪重负地垂到了头顶,闪电的末梢在地面尖利地划过。

结 语

《机械工程控制基础》是机械设计制造及其自动化专业培养计划中重要课程之一。本文在深刻领会创新创业教育内涵的前提下,总结了传统教学中存在的问题,从课程内容、教学方法、实验教学及考核方式等几个方面做教学探索。经过近一年来的基于创新创业教育教学课程改革实践,激发了学生的学习兴趣,学生的自主学习能力、动手能力和创新创业能力都有了较大提高。今后还应完善现有的教学模式和方法,探索新的教学方式,以提高学生创新创业能力,满足智能制造对人才培养的要求。

参考文献

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[2010-05-13]. http://old.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/info_list/201105/xxgk_120174.html.

[2] 国务院办公厅. 关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见[EB/OL]. (2015-05-04)[2015-05-13].

http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/13/content_9740.htm.

[3] 国务院. 中国制造2025[EB/OL]. (2015-05-08)[2015-05-19].

http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm.

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[13] 何克抗. 从“翻转课堂”的本质,看“翻转课堂”在我国的未来发展[J]. 电化教育研究,2014(7):5-16.

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刘晓波,洪连环
《南昌航空大学学报(社会科学版)》2018年第01期文献

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