《控制工程基礎(chǔ)》課程的教學改革與探索

邵強　葛平淑　張江燕　趙月

摘 要：《控制工程基礎(chǔ)》是機械類專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。文章分析了該課程的特點、改革的必要性，并從教學內(nèi)容、教學形式、實踐教學、考核環(huán)節(jié)等方面，提出了具體的教學改革措施，以提高學生對該課程的興趣，促進學生學風的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、實踐能力和開放意識的應(yīng)用型、復合型機械類人才。

關(guān)鍵詞：工程基礎(chǔ)；教學；探索

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）03-0116-02

隨著科學技術(shù)的進步和工業(yè)大生產(chǎn)的發(fā)展，人們對機械控制工程越來越重視，應(yīng)運而生一門機械類控制課程《控制工程基礎(chǔ)》，它是自動化技術(shù)在機械工業(yè)中發(fā)展的需要，也是信息科學與系統(tǒng)科學在機械工業(yè)中的體現(xiàn)。

一、《控制工程基礎(chǔ)》課程的特點

“機械工程控制基礎(chǔ)”是針對本科機械類專業(yè)學生編寫的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，一般學校設(shè)其為必修課，課程的主要內(nèi)容是根據(jù)唯物辯證法的方法論，研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)動力學問題，對啟迪與發(fā)展人們的思維與智力有很大的作用[1]。學好這門課程，使我們懂得要解決問題，必須從全局出發(fā)，站在整個“系統(tǒng)”的高度，堅持科學的態(tài)度，實事求是。如今，它作為機械類，特別是機電工程類專業(yè)的重要基礎(chǔ)理論課程之一，把數(shù)理基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程緊密結(jié)合起來，是一門綜合性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，密切聯(lián)系和應(yīng)用以前的知識，且為后續(xù)專業(yè)課學習打下扎實基礎(chǔ)，在相關(guān)專業(yè)知識中起著承前啟后的作用，內(nèi)容涉及的知識面廣、抽象，而且所包含的信息量大，更新和發(fā)展也比較快[2]，所研究的問題帶有普遍性，對工程實踐具有重要的指導意義。

二、《控制工程基礎(chǔ)》課程教學改革的必要性

該課程在教學過程中存在學時少、內(nèi)容多，概念抽象、不易理解等問題。該課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課，一般高校只給40或48學時，但是課程內(nèi)容涉及到控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立，傳遞函數(shù)變換，線性系統(tǒng)的時域分析、頻域分析及其軌跡描述、系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷及非穩(wěn)定系統(tǒng)校正，并介紹基于Matlab的控制系統(tǒng)分析、設(shè)計和仿真等。在這么短的時間內(nèi)，既要完成這樣大量的、邏輯性強的教學內(nèi)容，又要學生對所學的內(nèi)容消化、理解和吸收，實在不容易。

另外，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，對控制工程理論的內(nèi)容的表達方式也變得越來越豐富和多樣化，而且，由于計算機技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)省出大量繁瑣的手工計算，掛圖、模型、儀器等教學用具，經(jīng)典控制理論中的一些圖表、方法等也逐漸被取而代之。因此，在教學過程中為了充實和豐富課堂，必須豐富內(nèi)容，改進教學方法，同時，也要滿足學生對新知識、新現(xiàn)象的觀察與思考[3]。因此，開展控制工程基礎(chǔ)的教學改革，提高教學質(zhì)量和學習效率是該課程教學發(fā)展的必要事情。

三、《控制工程基礎(chǔ)》課程教學改革具體措施

對于該課程的教學改革，主要從教學內(nèi)容、教學形式和實驗課、考核環(huán)節(jié)等方面進行改進。

（一）教學內(nèi)容方面：強調(diào)基礎(chǔ)知識，突出本質(zhì)內(nèi)容，補充新技術(shù)

為使《控制工程基礎(chǔ)》課程更好地服務(wù)于機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，讓學生掌握好專業(yè)知識，培養(yǎng)全面合格人才，要進行教學內(nèi)容方面的改革。首先，選擇優(yōu)秀合適的教材。教材是幫助學生學習的一個最重要的工具，在一定程度上影響學生的學習成績和對該門課程的認識及學習效果，所以，要充分考慮專業(yè)需要，又要考慮學生的學習能力，教材的知識結(jié)構(gòu)及難以程度等方面都要適合學生的學習和將來的應(yīng)用。我校選擇華中科技大學出版社出版的《機械工程控制基礎(chǔ)》，該教材是在高校機械類專業(yè)的控制工程教學中廣泛應(yīng)用的教材，適合我校以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的機械教學需要。

其次，優(yōu)化教學內(nèi)容?？刂乒こ袒A(chǔ)課程內(nèi)容抽象、枯燥，需要具有扎實的數(shù)學和力學基礎(chǔ)，而且要求具有嚴格的邏輯推理能力，學生的學習興趣不高，學習效果不好，甚至出現(xiàn)厭學現(xiàn)象。所以，要求教學過程中注意優(yōu)化教學內(nèi)容，做到言簡意賅，突出本質(zhì)，承前啟后，適當補充必要的基礎(chǔ)知識，同時介紹新技術(shù)，解釋新成果，培養(yǎng)學生的學習興趣，使學生在好奇心驅(qū)使下輕松愉快地接受授課內(nèi)容。

（二）教學形式方面：注重理論聯(lián)系實際，采用多媒體課件進行啟發(fā)式教學

一方面，在授課過程中，改變傳統(tǒng)的一言堂灌輸模式，采用啟發(fā)式教學，鼓勵并組織學生，發(fā)揮學生的主觀能動性，積極參與教學和討論，使課堂更加活躍，在探討與討論中啟發(fā)性地把授課內(nèi)容傳授給學生。另一方面，采用多媒體課件進行授課。多媒體課件教學主要是借助計算機在的數(shù)據(jù)處理、繪圖、動畫等方面的功能，制作文本、圖形、音頻、視頻等并舉而制作成圖文并茂、交相呼應(yīng)的效果，增強交互性、形式多樣化、個別化和靈活性等。采用多媒體課件教學，可以不需要在教學中花費大量的時間進行黑板板書，提高了教學效率。而且，可以利用多媒體課件制造動畫進行教學，形象、生動地講解基本概念和工程實踐知識，把課程中抽象的概念通過圖像或圖形的形式形象地表達出來，便于學生理解和接受。另外，不定期進行答疑。答疑過程是簡捷地解決學生疑難問題途徑，而且控制工程是一門邏輯推理性非常強的課程，課程內(nèi)容前后關(guān)聯(lián)行強，前面的知識沒有聽懂，后面的知識便難于進行下去。因此，在課程進行過程中，不定期地進行答疑，解決學生在學習過程中出現(xiàn)的種種疑問，既解除學生的疑慮，又為后續(xù)的課程講解打下扎實的基礎(chǔ)，提高授課效果。

（三）實踐教學方面：加大實驗設(shè)計性，提高實驗綜合型，采用Matlab軟件進行仿真，加強學生感官認識

由于《控制工程基礎(chǔ)》本身概念較多，內(nèi)容抽象，只憑課上講解和答疑，很難把握教材的思想體系，達不到較為理想的教學效果。實驗課是理論課程必要的、有意義的補充，可以幫助學生比較直觀的對所學知識進行理解和掌握，加強學生的實踐能力和動手能力。針對課程內(nèi)容和我校實踐環(huán)節(jié)學時分配情況，分配8個學時完成3個實驗，分別是從控制環(huán)節(jié)特性認識、控制系統(tǒng)時域和頻域進行分析的角度設(shè)計實驗內(nèi)容，三個實驗內(nèi)容既有聯(lián)系，又有區(qū)別，組合在一起則是一個完整的控制環(huán)節(jié)的特性分析，而且，每一部分又可以根據(jù)實驗室現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計具體的控制環(huán)節(jié)，增強學生對實驗的感性和理性認識。實驗時，實驗指導教師首先講解實驗具體內(nèi)容，并親自演示、全程指導，引導學生步步深入了解實驗內(nèi)容，使學生把課程的基礎(chǔ)知識、基本內(nèi)容與實踐環(huán)節(jié)緊密連接起來，不僅讓學生對書本的知識有一個新的認識，而且增強學生的實際動手能力，加強學生將來的工作能力。另外，實驗時每組人數(shù)不宜過多，一般限制在15人以內(nèi)，方便實驗教師現(xiàn)場指導，保證實驗效果，實驗設(shè)備選擇THBDC-1型控制理論-計算機控制技術(shù)實驗平臺。

（四）考核環(huán)節(jié)：該課程為機械類專業(yè)基礎(chǔ)課，考核成績分為三個部分組成，分別是卷面成績、實驗成績和平時成績

卷面考核方法為由教務(wù)處統(tǒng)一組織考試，交叉出題，閉卷考試，流水式評閱，保證成績公平、公正、真實有效；實驗成績有實驗指導教師給定，該部分又分為實驗操作成績、實驗報告書寫成績及實驗報告問題回答成績；平時成績由授課教師給定，主要考核學生平時作業(yè)完成情況、上課出勤情況等。三部分成績所占總成績的比例分別是卷面成績占70%，實驗成績占20%，平時成績占10%。

四、結(jié)束語

本課程既有前面的數(shù)學、物理、力學、電工學做基礎(chǔ)，又是有續(xù)機械專業(yè)課程的基礎(chǔ)，起到承前起后的作用。通過教學改革與實踐，使復雜問題簡單化，極大地提高學生學習《控制工程基礎(chǔ)》的積極性和主動性，很多知識點聽起來很難，做起來則簡單許多。增進師生之間的溝通與交流，共同探討研究問題，使學生由被動學習轉(zhuǎn)為主動學習，培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、實踐能力和開放意識的應(yīng)用型、復合型機械類人才。

參考文獻

[1]楊叔子，楊克沖，等.機械工程控制基礎(chǔ)[M].華中科技大學出版社，2005，7.

[2]高立群，楊姝，等.關(guān)于本科生教學改革的實踐思考[J].遼寧教育研究，2006（11）.

[3]王偉，申愛明.《控制工程基礎(chǔ)》課程教學改革研究與探索[J].安徽師范大學學報（自然科學版），2007（3）.