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关于工科专业偏理科课程教学方法探讨

作者:哲学论文
出处:www.lunrr.com
时间:2019-10-24

几乎每个工程专业的本科生都有几门这样的课程,学生很难学习,老师也很难教。对于机械工程,《机械工程控制基础》是这样的过程。与本专业的其他课程相比,它是具有高度抽象性,高度概括性和广泛主题的部分科学课程。如果您使用科学教学方法,或要求学生以数学方式学习,那么对于大多数机械专业的学生来说,这确实是困难的。在工程教育中很容易引起科学和工程学的发展趋势。本文针对《机械工程控制基础》课程的工程教学。相信部分科学课程的教学可以采用以下方法:

1明确课程结构,设计合理的课程教学线

整个课程中每个教学模块和知识点的状态都很清楚。在有限的几个小时内,应区分小学和中学,并应根据每个知识点的重要性合理安排教学进度。频率特性和稳定性分析是本课程的主要内容和教学重点。但是,这些内容只是本课程的难点。它们在理论上是强大的,抽象的,并且与其他模块密不可分。可以说,攻击频率特性和稳定性分析这两个“城市库”相当于走这条路线。这需要精通本课程的数学工具,并辅之以良好的教学策略,并且每个模块的内容都是合理的。

2强调数学工具的基石作用

拉普拉斯变换是一种函数映射变换,它将时域函数映射为复数域函数,从而将系统时域的微分方程分析实现为复数域。因此,基于拉普拉斯变换的理论是解决该课程问题的数学工具。使用复杂的函数描述各种概念是本课程的基本方法。复杂变量的数学工具的熟练程度和熟练程度决定了学习和掌握每个教学模块的难度。

与信息,数学等专业相比,普通机械专业学生数学思维能力的训练较少。即使他们学习了相关课程,他们也缺乏数学概念和方法的实际应用能力。在观察教学工作之后,作者认为应该将诸如拉普拉斯变换和相应的复变量函数之类的数学工具的内容放在显眼位置。在有限的小时数内,最好减少其他模块的小时数并增加模块数。在学生熟练掌握甚至掌握了这部分内容之后,学习的小时数,然后进入其他模块的教学,用一半的努力就达到了两倍的结果。其他模块已经成功启动,尽管减少了课程的实际使用量,但学生的学习效果更好,提高了效率。本文将《机械工程控制基础》理论工程教学中的具体方法归纳为几种概念和技术。

3用新思想和口语图解思维代替数学思维

3.1建立信号和系统的概念

所谓系统是指在时域中使用(线性)微分方程,在复数域中使用传递函数作为数学模型,描述系统(机床)的两个物理量之间的关系。与信息论不同,本课程将函数称为信号,即使用一些典型函数作为输入,并通过分析输入和输出的特性来评估系统的固有稳定性和快速性能。如果在这些功能下获得良好的性能,则认为该系统在实际随机信号的作用下也具有良好的性能,这是经典控制理论的研究方法。

3.2系统构建概念的数学表达

该系统可以构建为几个基本链接。共有三种类型的构造:字符串,并行和反馈。传递函数是本课程的最基本概念。它是系统的高度抽象的数学模型。可以理解为两个(复用)信号之间的代数比或转换关系。根据代数规则,传递函数可以写为:通用,串联和并行三种,应精通这三个表达式之间的转换方法。

3.3时间域与复杂域统一的概念

在概念上,时域和复域函数对是原始/图像函数对关系。由于时域函数被称为信号,相应的复域函数也被称为同名信号,从而简化了对信号的理解和存储。

这门课程涉及很多功能,给学生的记忆和掌握带来了负担。

标准信号只需分为两类。标准功率函数包括单位脉冲,单位阶跃到第n个功率函数tn/n的一般形式!复数域表示为sn+1。每个相邻幂函数之间的时间域存在导数/积分,乘法域乘以微(积)子算子s(s-1)关系。根据该规则和微分算子函数,通过对单位脉冲信号的每一个导数求出序列: 0阶脉冲信号1、1阶脉冲信号s,…、n阶脉冲信号sn。所以幂函数序列的形状类似于sk,k=-n,…-1,0,1,….n。

三角函数是正余弦函数,复数域的分母都是二次多项式。

对应的3.4-时间复域运算的概念

时域信号是微积分运算,复数域是相应的代数运算,即拉普拉斯变换的值。多个规则:叠加-复数域加减法,时域加减法;微积分算子-复数域信号乘除法,时域信号微积分;更普遍的是,两个复域合理性(信号和传输函数的乘法)对应于时域卷积。

3.5用嘴或记忆记忆记忆拉普拉斯变换公式。

1)位移定理:形式ex的指数函数称为调制信号,则位移定理为:时域平移复域调制,即f(t-τ)e-τsf(s),否则为复域平移复域逆调制,即eatf(t)f(sa);

根据这个概念,极点是复数的场位移,对应于时域以指数方式衰减或增加调制信号,因此很容易理解极点位置对系统响应的影响。

2)微积分定理:微分定理表达

L [FN(T)]=SNF(S)-sn-1F(0 +)-.- SF(N-2)(0 +) - F(N-1)(0 +)=[1, s,sn-1,sn] [-f(n-1)(0 +),-f(0 +),F(s)] T,可以用作助记符图在图2a中。同样,积分定理表达式=[s-1,sn,sn] [f(-n)(0 +),f(-n + 1)(0 +),f(- 1)(0+),F(s)] T,助记符图如图2b所示。在图2中,sk用作传递函数,微积分的初始条件用作阶跃信号。可替代地,sk可以被理解为幂函数信号,并且初始条件是比例链接,并且还获得了对应的助记符映射。

3)微积分对称定理,即tf(t)和f(t)/t的拉格朗日变换。 s是复数演算算子,则t对应于时域负微分正积分算子,也可以使用助记符映射。

4)相似定理诀:膨胀-时域压缩,复数膨胀: af(at)F(s/a),或复数压缩,时域膨胀,aF(as)f(t/a);

3.6引入课本以外的及时简单的方法来激发学生的兴趣

例如,通过脉冲输入法找到复杂框图传递函数的技巧是:当输入为1(即单位脉冲信号)时,输出信号与传递函数相同。下图以正向通道的传递函数为例。以1作为输入并找到输出X.标记每个关键点的信号值并在第三个加法点创建一个方程式

G1-XG1 /(G3H1)-X/H2=X /(G3G2),

令X为局部传递函数,最后使用反馈公式找到整个框图的传递函数。这种方法不仅加深了学生对相关内容的理解,而且还鼓励学生自己探索新方法。

4部分科学课程的工程教学中对教师的要求

4.1要掌握整个课程内容的结构,

对内容进行宏观规划,整理上下文,在必要时进行合理的删减,并区分主要和次要内容,但无论如何,都应将理论基础放在突出位置。如果学生学习困难,又可以检查学生的理论基础是否牢固?还是在某些关键内容上有所突破?这使查找问题变得容易,并且避免陷入学生不困惑的情况。必须了解细节。我对特定的知识点非常熟悉,可以方便地使用它,并且在本课程的相关主题中拥有丰富的知识,并使用相似主题的知识以学生可以接受的方式回答问题。例如,在本课程的频率特性分析中,学生可能会有这样的疑问。的频域响应特性如何影响系统性能(如牢固性)?在这种情况下,信号频谱特性可用于解释:信号的时域越陡峭,频谱越宽。因此,系统带宽越宽,输出信号的频谱越宽,这意味着时域越陡峭,上升越快,即性能越快。

4.2了解学生的知识结构和思维方式,培养学生运用理论知识解决工程实际问题的能力

理工科专业的思维方式是不同的。机械专业的学生更有可能接受图形化和结构化的方法,并且可以接受单词描述和少量链接的数学推理的原理。但是不擅长使用数学语言思维方式,尤其是纯的,多链接的数学描述和推论。即使他们学习了相关的数学课程,也很难学习。因此,我们必须重视培养学生运用知识解决工程中实际问题的能力。从教学而不是实验的角度,我们可以从以下几个方面入手。 1)运用工程学教学方法专门研究抽象理论,并以本专业的具体对象为例,解释理论命题,即案例教学。用少量固定对象的不同方面解释不同的理论命题,以使学生了解他们的专业问题,掌握解决问题的方法; 2)熟悉本专业常用部件和设备的传递函数和信号传递关系,并形成专业知识。例如,微积分链接对应于输入和输出的微积分操作,例如电容器和电感器元件的电流-电压关系;等等。机械类别的位移,速度和加速度是微积分运算;掌握信号方框图,波特图,奈斯图等。描述方法; 3)掌握Matlab之类的仿真工具来仿真和分析问题。

4.3需要一些创造性思维

教学创新是大学教育的永恒主题和生命力,但没有固定的模式和方法。笔者认为,工程技术教学在局部性过程中的创新可以从建立新概念,扩展原始概念,采用新方法,总结,提炼和创新相关知识等方面入手。结合专业特点,突破教材的局限。建立一个新概念意味着使用非科学概念来理解和应用教科书知识。这些新想法可以将抽象(例如系统和信号)转换为具体的(机床及其各种物理量);或反过来促进混凝土作为理论抽象以适应工程思想;概念扩展不仅可以将原始概念类别进行扩展,例如,本课程将复杂域函数视为信号,还可以将sn视为高阶脉冲信号,并且还可以将抽象概念缩小为特定的专业对象;采用新方法,包括口头或图形方法该方法描述数学概念,公式或使用新方法解决问题。

5结论

《机械工程控制基础》经常使用工程学的教学方法,这使得该课程难以教授。要采用科学的教学方法:合理安排教学内容,充分注意理论工具;在教学中,有必要树立新观念,扩大原始观念,采用口头和图解法,学习和理解课程内容;学生还应了解知识结构和思维方式,结合专业科目实施教学,并创新教学内容和方法。

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