《控制工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革實(shí)踐

趙轉(zhuǎn)哲　許德章　裴九芳　王?！￡愑?/p>

摘 要：針對(duì)目前《控制工程基礎(chǔ)》在教學(xué)方面存在的問題，從滿足培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的需要出發(fā)，該文在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、信息反饋平臺(tái)以及考核方式等方面，對(duì)《控制工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革實(shí)踐內(nèi)容作了詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：控制工程基礎(chǔ) 教學(xué)改革 實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-0-02

《控制工程基礎(chǔ)》是該校測(cè)控技術(shù)與儀器、車輛工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、過程裝備與控制工程等專業(yè)的一門核心課程，其主要運(yùn)用控制論的基本原理及基本思想方法，分析研究機(jī)械工程中有關(guān)信息的傳遞、反饋及控制等有關(guān)方面的內(nèi)容，讓學(xué)生學(xué)會(huì)信息處理和系統(tǒng)分析與綜合的基本方法。由于所研究的問題帶有普遍性，對(duì)工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義[1]。

該課程在整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)框架中起著承前啟后的作用，是聯(lián)系機(jī)械與電氣技術(shù)、液壓技術(shù)以及動(dòng)力工程等技術(shù)的紐帶，是基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)到專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的橋梁，為設(shè)計(jì)機(jī)電控制系統(tǒng)及進(jìn)一步研究學(xué)習(xí)控制理論打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

同時(shí)，由于《控制工程基礎(chǔ)》是一門理論性與綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，且與數(shù)學(xué)學(xué)科聯(lián)系緊密，課程內(nèi)容較為抽象，具有作圖和計(jì)算多的特點(diǎn)，在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中，形成了“教師難教、學(xué)生難學(xué)”的問題，因此有必要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行思索和總結(jié)，探討在新的教學(xué)模式體系下，如何提高教育質(zhì)量和更好的培養(yǎng)學(xué)生。

1 目前課程教學(xué)中存在的問題

1.1 具體來講，有以下幾個(gè)方面的問題

（1）內(nèi)容多，學(xué)時(shí)少

本課程是一門較為開放的學(xué)科，涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)、電子技術(shù)等其他學(xué)科的內(nèi)容越來越多，尤其是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，新內(nèi)容不斷涌入，控制論的知識(shí)越來越豐富，然而在教學(xué)過程中，學(xué)時(shí)卻被一再壓縮，目前已減少至38～40學(xué)時(shí)（其中還有4個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容），教學(xué)內(nèi)容多、課時(shí)少的矛盾越來越

突出。

（2）實(shí)驗(yàn)單一，理論與實(shí)踐脫節(jié)

實(shí)驗(yàn)是理論教學(xué)的不可或缺的有益補(bǔ)充，同時(shí)也是提升學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和原動(dòng)力的主要方面，然而，目前由于近幾年招生規(guī)模的擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備明顯不足，通常采用三、四個(gè)學(xué)生一組的方式，就造成學(xué)生沒有動(dòng)手的機(jī)會(huì)，更給缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性的部分學(xué)生提供不做實(shí)驗(yàn)的借口，而且實(shí)驗(yàn)室所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)大都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，造成學(xué)生理論與實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)，根本無法滿足不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生的需要。

（3）教學(xué)方式單一

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師和教科書是信息傳遞的主要媒介，還有黑板、粉筆、掛圖、模型、儀器等，雖然有教師采用多媒體教學(xué)，但仍停留在以PowerPoint演示文稿為載體，照搬教材文字和內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)的方式，起不到應(yīng)有的教學(xué)效果，這已大大不適應(yīng)信息社會(huì)對(duì)《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)的要求。

（4）考核方式單一

在中國(guó)傳統(tǒng)教育中，考試作為評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)過程和教師教學(xué)活動(dòng)的唯一標(biāo)準(zhǔn)和方式[2]，抹殺了個(gè)別學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，這種考核方式不對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，必然導(dǎo)致部分學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)，過分追求考試結(jié)果而忽視學(xué)習(xí)過程，忘記了學(xué)習(xí)的本質(zhì)，喪失了學(xué)習(xí)的動(dòng)力，同時(shí)教師也缺乏進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和方法創(chuàng)新的動(dòng)力。

2 課程教學(xué)改革的若干方法與實(shí)踐

為適應(yīng)高等教育改革進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，滿足培養(yǎng)應(yīng)用型機(jī)械工程技術(shù)人才的需要，我們課題組全體教師對(duì)《控制工程基礎(chǔ)》課程進(jìn)行了一些有益的改革和實(shí)踐，具體如下。

（1）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)控制理論的學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合我校對(duì)機(jī)械類工科學(xué)生的人才培養(yǎng)的整體要求，教研室全體教師集體討論，在既注重強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)訓(xùn)練、抽象思維能力及綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)又符合時(shí)代特色和學(xué)科自身發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)之上，制定新的教學(xué)大綱，優(yōu)選合適的教材，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容：增加了實(shí)際工程中經(jīng)常用到的根軌跡法和現(xiàn)代控制論的初步內(nèi)容，強(qiáng)化MATLAB軟件在控制領(lǐng)域的應(yīng)用內(nèi)容，刪去一些不夠典型且已陳舊的例題和習(xí)題，取而代之的是與工程應(yīng)用結(jié)合緊密、具有代表性的習(xí)題和例題，精簡(jiǎn)了一些要求過高的內(nèi)容，比如高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析、信號(hào)流圖和Mason公式以及赫爾維茨判據(jù)內(nèi)容，既減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，又能保證對(duì)控制論整體知識(shí)的理解和掌握。

（2）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

注重理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合，針對(duì)以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的不足，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，正確處理課程內(nèi)容的技術(shù)性、綜合性和探索性的關(guān)系，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，加大綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的比例，在已有2個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了系統(tǒng)的頻率特性測(cè)試及校正、PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)[3]，這些內(nèi)容突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑扔袑?shí)物的實(shí)驗(yàn)，也有計(jì)算機(jī)軟件模擬仿真的實(shí)驗(yàn)，例如我們?cè)卺槍?duì)一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的典型輸入信號(hào)的時(shí)域響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們只給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，一種是在實(shí)驗(yàn)室搭建真正的電路，另一種是采用計(jì)算機(jī)仿真軟件如MATLAB或MULTISIM實(shí)現(xiàn)，或者讓二者結(jié)合，互相驗(yàn)證，從而使學(xué)生發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力，結(jié)合自己的興趣點(diǎn)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。

（3）教學(xué)手段多樣化

將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)科學(xué)合理地有機(jī)結(jié)合，有效提高課堂教學(xué)效率。對(duì)于多媒體課件，一定要精心組織內(nèi)容，絕對(duì)不作教材內(nèi)容的“搬運(yùn)工”。課件將工程實(shí)踐中與教學(xué)相關(guān)的圖片、視頻等形象、直觀地向?qū)W生展示，信息量大，且時(shí)常更新，做到短時(shí)間內(nèi)傳遞大量信息，抽象的理論與具體的工程實(shí)物結(jié)合[4]，有效地彌補(bǔ)了教材的不足，使學(xué)生的理解、體會(huì)更加深刻，順利地突破這些教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。在使用多媒體課件授課時(shí)，絕對(duì)不局限于僅僅做一個(gè)幻燈片的播放者，不能一味地依賴課件，一定要結(jié)合黑板板書等傳統(tǒng)的授課形式，或者做一些簡(jiǎn)單的推導(dǎo)和證明，注意學(xué)生課堂上的反應(yīng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與課堂討論，既做到在有限的課堂提供給學(xué)生盡量多的信息，又盡可能地留給學(xué)生做筆記的時(shí)間和思考問題的空間，加深學(xué)生對(duì)問題的理解運(yùn)用，使教學(xué)效率及效果得到真正意義上的

提高。

（4）建立信息反饋平臺(tái)，教學(xué)相長(zhǎng)

教師向?qū)W生傳授知識(shí)的過程，從控制論的角度來說，理想狀態(tài)應(yīng)該是一個(gè)帶有信息反饋的過程，該過程可用圖1所示的方框圖來表示[5]。所以，如果要達(dá)到理想的教學(xué)目的，在教學(xué)實(shí)踐中，有效的信息反饋平臺(tái)必不可少，我們采用利用網(wǎng)絡(luò)、QQ群、課外學(xué)習(xí)小組、課后作業(yè)、課后答疑、平時(shí)測(cè)試、課堂提問等多種方式，有效地和學(xué)生建立了學(xué)習(xí)情況的反饋機(jī)制，通過這個(gè)平臺(tái)，根據(jù)教師可以根據(jù)學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的掌握情況，及時(shí)研究和調(diào)整教學(xué)方法，適時(shí)改變教學(xué)進(jìn)度和節(jié)奏，教學(xué)相長(zhǎng)，把教師和學(xué)生這兩個(gè)不同的主體緊密的聯(lián)系起來，使得教師應(yīng)傳授的知識(shí)與學(xué)生實(shí)際掌握的知識(shí)的誤差趨近于零。

（5）豐富考核方式

根據(jù)控制工程基礎(chǔ)對(duì)理論性和實(shí)踐性要求都比較強(qiáng)的特點(diǎn)，在課程考核方面，我們嘗試采取理論考核、實(shí)驗(yàn)考核和平時(shí)考核三者結(jié)合起來進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，合理分配三者之間的比例，其中平時(shí)考核占20%，主要由平時(shí)上課出勤情況、作業(yè)完成情況、課堂回答問題情況等組成，實(shí)驗(yàn)考核占30%，主要從實(shí)驗(yàn)態(tài)度、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等組成，考試占50%，采用開卷和閉卷相結(jié)合的靈活方式，對(duì)于常識(shí)性、客觀性的內(nèi)容采用閉卷形式，開卷主要以主觀應(yīng)用型題目為主，避免學(xué)生花大量時(shí)間死記硬背公式，著重考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解和靈活應(yīng)用能力（圖1）。

3 結(jié)語

《控制工程基礎(chǔ)》作為工科機(jī)械類專業(yè)中的一門核心課程，對(duì)學(xué)生的工程能力的培養(yǎng)是具有重要意義的。教學(xué)改革的目的是提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，從而培養(yǎng)學(xué)生在工程實(shí)踐中的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。多年來，我們教研室全體教師一直以此為目標(biāo)，不斷更新教育觀念，積極嘗試進(jìn)行教學(xué)的改革和探索，初步形成具有校院自身特色的教學(xué)模式，達(dá)到了較滿意的教學(xué)效果，教學(xué)質(zhì)量得到了持續(xù)改善，適應(yīng)對(duì)工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 張若青，羅學(xué)科，王民.控制工程基礎(chǔ)及MATLAB實(shí)踐[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 蔡文伯.改革考試制度培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J].教育發(fā)展研究，2000（12）：47-49.

[3] 宋小娜，喬文生，孫帥.機(jī)械控制工程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2008（5）：54-56.

[4] 李欣.多媒體教學(xué)的利與弊[J].電力職業(yè)技術(shù)學(xué)刊，2009（4）：43-44.

[5] 盧繼霞.對(duì)“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)的思索[J].考試周刊，2012（15）：172-173.