緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了1篇機械工程控制的基礎(chǔ)課程結(jié)構(gòu)主義教學，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！

“機械工程控制基礎(chǔ)”是機械工程類本科專業(yè)的一門核心課程，該課程一般設(shè)置在第5或第6學期，在學生已有的高等數(shù)學、工程數(shù)學和專業(yè)課知識的基礎(chǔ)上，將控制論的方法運用到機械工程領(lǐng)域，研究機械工程系統(tǒng)的動力學問題[1]?！皺C械工程控制基礎(chǔ)”是一門偏理論和方法論的課程，內(nèi)容具有抽象、概括，涉及知識面廣的特點，學生學習前需要具備較好的高等數(shù)學、復變函數(shù)及機械工程各學科基礎(chǔ)知識。除了涉及知識面廣，需要進行數(shù)學推導，該課程還存在內(nèi)容多，學時相對少的問題，以上問題，導致普通機械工程類專業(yè)學生學習該課程有一定的難度，教師很難有效地開展教學，保證教學質(zhì)量。因為本課程在機械工程類專業(yè)占據(jù)核心地位，越來越多的高校在本專業(yè)研究生入學考試中，選其作為專業(yè)課考試科目。該課程不僅關(guān)系到學生當前的學習，對以后的工作和升學也有舉足輕重的影響，無論從就業(yè)還是升學角度，“機械工程控制基礎(chǔ)”都是一門教師必須要教好，學生必須要學好的關(guān)鍵課程。

1“機械工程控制基礎(chǔ)”課程的現(xiàn)狀與問題

山東農(nóng)業(yè)工程學院機械電子工程專業(yè)，選擇楊叔子院士所編《機械工程控制基礎(chǔ)》作為本課程的教材[1]，課程總學時數(shù)32，其中理論24課時，實驗8課時。理論課時主要講授線性定常系統(tǒng)的數(shù)學模型、系統(tǒng)傳遞函數(shù)、時間響應(yīng)分析、頻率特性分析和穩(wěn)定性判斷與系統(tǒng)校正，實驗課時主要指導學生使用MATLAB軟件建立系統(tǒng)數(shù)學模型，對系統(tǒng)進行時域、頻域和穩(wěn)定性分析，并實現(xiàn)簡單的系統(tǒng)校正，輔助解決機械工程控制相關(guān)問題。授課過程以講授知識點和數(shù)學推導為主，其中數(shù)學推導對于我校應(yīng)用型本科的學生具有較大的難度，教師在課堂上進行的數(shù)學推導往往成為教師的“獨角戲”，學生很難參與進來，表現(xiàn)出聽課疲勞和厭學的狀態(tài)?，嵥榉倍嗟闹R點又讓學生抓不住課程關(guān)鍵，教學效果普遍不理想，甚至出現(xiàn)期末考試大面積不及格的情況。

2“機械工程控制基礎(chǔ)”課程結(jié)構(gòu)主義教學改革

結(jié)構(gòu)主義教學理論誕生于20世紀50年代末，代表人物是美國心理學家、教育家布魯納。在《教育過程》[2]一書中，布魯納集中表述了自己的結(jié)構(gòu)主義教學理論。所謂結(jié)構(gòu)主義教學理論，主要包括以下幾個方面：

（1）認為結(jié)構(gòu)具有普遍性?！叭魏螌W科中的知識都可引出結(jié)構(gòu)”，“在天平的例子中，結(jié)構(gòu)便是兒童頭腦中所想的許多依次排列的砝碼”。布魯納認為“一門學科的課程應(yīng)該決定于對能達到的、給那門學科以結(jié)構(gòu)的根本原理的最基本的理解”，即一門課程的課程目標應(yīng)該是讓學生對本學科基本原理有基本的理解。

（2）認為學科的基本結(jié)構(gòu)包括該學科基本概念、原理、知識及其內(nèi)在聯(lián)系，和學生的學習態(tài)度、方法。“掌握某一領(lǐng)域的基本觀念，不但包括掌握一般原理，而且還包括培養(yǎng)對待學習和調(diào)查研究、對待推測和預感、對待獨立解決難題的可能性的態(tài)度”。

（3）認為學科的基本結(jié)構(gòu)在學科教學中有重要意義。布魯納認為，學科結(jié)構(gòu)是“教學的中心”，“無論我們選教什么學科，務(wù)必使學生理解該學科的基本結(jié)構(gòu)”；學生“懂得基本原理可以使得學科更容易理解”，有利于學生理解和掌握整個學科；學生“學習普遍的或基本的原理的目的，就在于保證記憶的喪失不是全部喪失，而遺留下來的東西使我們在需要的時候得以把一件件事情重新構(gòu)思起來”，有利于學生對整個學科的記憶；學生“領(lǐng)會最基本的原理和觀念，看來是通向適當?shù)摹柧氝w移’的大道”，有利于學生的學習遷移。針對“機械工程控制基礎(chǔ)”課程存在的問題，決定在教學中采用結(jié)構(gòu)主義教學，使教師和學生在教學過程中專注于構(gòu)建課程的理論框架，通過該框架匯總課程學習過程中的知識，使該框架在教學中起到提綱挈領(lǐng)的作用，便于學生對課程內(nèi)容的整體把握，提高教學質(zhì)量；針對課程中數(shù)學公式多，計算推導難度大的問題，指導學生使用MATLAB軟件進行處理，降低計算難度，提高學生學習興趣，學習主動性和創(chuàng)造性。

3“機械工程控制基礎(chǔ)”課程中的結(jié)構(gòu)主義教學過程設(shè)計

“機械工程控制基礎(chǔ)”課程的教學目標，是讓學生學會運用工程控制論的基本理論和方法，分析研究機械工程控制領(lǐng)域中有關(guān)信息傳遞、反饋和系統(tǒng)控制性能問題，培養(yǎng)學生判別系統(tǒng)穩(wěn)定性、變更系統(tǒng)參數(shù)，以改善系統(tǒng)性能的分析綜合能力[3]。課程教學內(nèi)容，從理論上分為系統(tǒng)數(shù)學模型建立，系統(tǒng)時域、頻域性能分析，和系統(tǒng)校正三個部分，各部分包括的基本概念、理論、知識點較多，且分布零散。學生聽課、作業(yè)和課堂測試過程中，容易出現(xiàn)學習疲勞，注意力分散，學習興趣降低，消極懶惰，課堂測試成績不理想等現(xiàn)象。通過研究總結(jié)，為降低本課程的教學困難，筆者提出了在課程教學過程中進行以教師引導，學生參與，搭建課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)框架為主的結(jié)構(gòu)主義互動教學，教學過程具體分為三步：

（1）教師在課堂上搭建課程框架結(jié)構(gòu)，以框架統(tǒng)領(lǐng)知識點在教學過程中，借助教材，搭建了圖1所示的課程知識框架。以學科的研究對象，系統(tǒng)為起點，借助數(shù)學工具建立系統(tǒng)數(shù)學模型，再通過拉普拉斯變換得到系統(tǒng)傳遞函數(shù)，傳遞函數(shù)能夠有效地描述系統(tǒng)的固有特性，并且具有形式簡單，便于操作的特點；再對傳遞函數(shù)進行時間響應(yīng)分析和頻率特性分析，分析系統(tǒng)性能，進而通過對傳遞函數(shù)和頻率特性使用Routh判據(jù)、Nyquist判據(jù)和Bode判據(jù)，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性；如經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定，則需在系統(tǒng)中加入校正環(huán)節(jié)，重新建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，分析其特性，判斷其穩(wěn)定性，通過這種判斷機制，獲得穩(wěn)定性較好的系統(tǒng)。其中頻率特性和穩(wěn)定性分析是本課程重要內(nèi)容，同時也是教學重點難點，關(guān)系到整門課程的教學，教師需熟練掌握該部分內(nèi)容涉及到的數(shù)學工具，選擇合適的教學策略進行教學。通過搭建以上結(jié)構(gòu)框架，“機械工程控制基礎(chǔ)”課程的各教學模塊、知識點，化零為整，在課程中的地位一目了然，能保證教師和學生在有限的學時中，分清主次，幫助學生把握課程內(nèi)容，避免學生聽課過程中出現(xiàn)惰性、疲勞和注意力分散等現(xiàn)象，進行有效的教學學習。有利于提升學生對學科的全面認知，從較高的視角認知把握課程，不再拘泥于瑣碎的學科知識和數(shù)學推導，能對學科和相關(guān)工程問題進行深入探討。

（2）學生通過作業(yè)總結(jié)課程框架，理解、細化、鞏固、貫通課堂知識在第一步中，教師在課堂上引導學生總結(jié)學科知識的基本結(jié)構(gòu)框架，并對其進行銜接，但因為課堂時間限制，不可能在課堂深入展開。因此，教師通過布置作業(yè)的形式，要求學生總結(jié)學習內(nèi)容，在課堂總結(jié)的內(nèi)容架構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的思維習慣和對課程知識的掌握程度，細化知識基本結(jié)構(gòu)框架。學生可以在總結(jié)過程，對課堂和教材上的知識進行回憶，理解，加深對課程知識點的理解，并養(yǎng)成自己動腦進行探索的習慣，形成架構(gòu)學科知識框架的能力，這對其以后的學習工作，都具有重要的意義。真正做到，如布魯納所說，在教學中，使學生“掌握某一領(lǐng)域的基本觀念，不但包括掌握一般原理，而且還包括培養(yǎng)對待學習和調(diào)查研究、對待推測和預感、對待獨立解決難題的可能性的態(tài)度?！?

（3）教師依據(jù)工程案例構(gòu)造習題，鍛煉學生解決問題的能力習題：圖2為一液壓驅(qū)動系統(tǒng)，已知負載的質(zhì)量m=8kg，負載受到的阻尼c=0.1，流量增益為Kq=1.5m3/s*m，活塞橫截面積為A=0.03m2，流量-壓力系數(shù)為Kc，試計算系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；用Routh穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確定系統(tǒng)穩(wěn)定時Kc的取值范圍；從取值范圍內(nèi)選擇任意Kc值，運用Nyquist判據(jù)和Bode判據(jù)，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該習題結(jié)合工程實際問題，以計算題的形式，將課程各知識點串聯(lián)起來。學生在解題過程中，回顧、提取了課程知識框架中的知識點，對各種概念有了更深入的了解，糾正了一些理解偏差，進一步鞏固了學科知識，提高了對學科的認知，鍛煉了解決實際工程問題的能力，樹立起解決問題的信心。由于Nyquist圖和Bode圖手工繪制較為困難，在解題過程中，指導學生使用MATLAB軟件繪制，完成閉環(huán)穩(wěn)定性判斷，和穩(wěn)定裕度計算。MATLAB的使用簡化了計算，把學生從復雜的數(shù)學計算中解放出來，使其有更多精力關(guān)注題目的解題思路，解題路徑，在提高學生解決問題能力，增加學習興趣的同時，使學生掌握MATLAB軟件的基本功能，為其以后的科研工作打下良好的基礎(chǔ)。

4教學成效

圖3為采用結(jié)構(gòu)主義教學的班級學生的期末考試卷面成績分布情況，圖4為對照班級的期末考試卷面成績分布情況?？梢园l(fā)現(xiàn)在同樣的學習時間里，采用結(jié)構(gòu)主義教學的實驗班級大量學生的期末成績處于中等階段（70-80），在良好（80-90）和優(yōu)秀（90-100）階段也有一定的分布，與對照組比較，不及格率顯著降低，表明實驗組學生對學科知識有了較好的掌握。實踐證明，結(jié)構(gòu)主義教學理論確實能提高“機械工程控制基礎(chǔ)”課程的教學效果。

5結(jié)束語

結(jié)構(gòu)主義教學，注重在教學過程中通過歸納總結(jié)知識點，搭建課程的知識框架，使學生能在較短的時間，理解課程的核心知識及其邏輯關(guān)系，把握課程知識體系，深入理解各知識點在解決問題時的使用方法，提高學生解決問題能力。通過教學實踐，結(jié)構(gòu)主義教學使學生對課程的學習和復習難度有所降低，運用課程知識解決問題的能力有明顯的提示。當前的高等教育為了給學生更多可自由支配的時間，以參加更多課外實踐活動，發(fā)展興趣愛好，往往存在課程知識量大，課時少的問題。結(jié)構(gòu)主義教學能夠在較短的時間內(nèi)，使學生對課程有深入的理解和把握，為提高高等教育教學質(zhì)量，教師可以將結(jié)構(gòu)主義教學應(yīng)用到高等教育課程教學中。

參考文獻：

[1]楊叔子、楊克沖.機械工程控制基礎(chǔ)（第七版）[M].武漢：華中科技大學出版社，2021.

[2]布魯納.教育過程[M].邵瑞珍譯.北京：文化教育出版社，1982.

[3]陳乃建.《機械工程控制基礎(chǔ)》課程分析與教學方法研究[J].科技視界，2016（25）.

作者:賈孝偉 李曰陽 宋衛(wèi)海 劉明明 林小亮 單位:山東農(nóng)業(yè)工程學院