《機電控制工程基礎》課程教學改革的探索和實踐

王亞曉 王洪喜 候志敏

摘要：本文分析了機械電子專業(yè)《機電控制工程基礎》課程教學中存在的問題及原因，結合課程本身的特點，從課堂教學環(huán)節(jié)入手，以學生為本，以激發(fā)學生的學習興趣、全面提高學生能力為目標，探討了教學改革的思路與措施。教學實踐表明，改革后的教學方法效果良好。

關鍵詞：機電控制工程基礎；教學改革；課程體系

《機電控制工程基礎》課程是機械電子專業(yè)一門專業(yè)基礎課，通過該課程的學習使學生掌握控制系統(tǒng)分析和設計的基本方法，培養(yǎng)學生運用控制理論的思想解決機電系統(tǒng)中的控制問題，為進一步學習專業(yè)課以及畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下良好的基礎。該課程內容涉及數學、電子、機械等多門學科知識，加之理論性強、知識點多、學時少，學生很難在短時間內既掌握理論知識，又懂得如何把理論運用到實踐中。因此，要利用有限的課時科學合理地安排教學內容，提高課堂教學質量，以適應當今社會對應用創(chuàng)新型人才的需求是困擾教師的難題[1]。

1、控制工程課程教學現狀和存在問題

我校機械電子專業(yè)于2010年開始開設機電控制工程基礎課程，作為非控制類的專業(yè)，教學內容是以經典控制理論為主，涉及控制系統(tǒng)模型的建立、系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設計的理論?？紤]到課程本身的特點，在課堂講授時盡量強調基本概念和方法的講解，并增加習題課和必要的實驗[3]。但是，實際的教學效果并不理想，和大綱規(guī)定的培養(yǎng)目標仍有一定差距。

主要表現為：

a、課堂教學中學生互動不積極，對概念理解不深入，課堂學習效率低；

b、作業(yè)抄襲現象嚴重，沒有達到加深和鞏固學習內容的目的；

c、學生對實踐環(huán)節(jié)的認識和重視度不高，實驗課效率低，理論與實踐不能有效結合；

d、為考試而學習的學生較多。

以上現象表明學生對課程興趣不大，仔細分析原因：一是建立控制系統(tǒng)的數學模型涉及到復變函數和高數等知識，學生基礎不扎實；二是課程本身理論性強，聽課時感覺比較枯燥，導致聽課效率較低；三是現有的實驗設備和實驗條件具有很大局限性，導致學生不能從本質上參與其中，難于感受到預期的實驗效果；最后，學生不注重知識的理解，靈活應用知識的能力差。針對上述問題，本文主要從課堂教學環(huán)節(jié)入手，以學生為本，以調動其學習的積極性與主動性，提高課堂教學質量為目標，探索合適的教學方法與改革思路[2]。

2、教學改革的思路

以往的課程改革，主要是從知識傳授方面進行，探討如何更好的將課程的知識點傳授給學生。隨著控制科學的發(fā)展，課程的知識點逐漸增多，與學時的減少相矛盾。因此本文提出了新的改革思路，其目標不僅是改善知識傳授，更重要的是全面的提升學生能力。

（1）優(yōu)化教學內容，建立完善的課程體系

《機電控制工程基礎》內容比較多而且也比較抽象，在規(guī)定的學時內很難講授完全部內容，需要在教學大綱的基礎上對教學內容進行統(tǒng)籌和優(yōu)化，精選教學內容。但必須保證內容的嚴謹性、系統(tǒng)性和完整性以方便學生更好地消化、吸收和應用。在此基礎上，構建控制工程基礎課程體系，并在知識傳授過程中不斷強化課程內容體系。

（2）結合實際應用，使理論和實踐相結合

《機電控制工程基礎》課程應該體現機械電子專業(yè)特色，如機床加工工件時主軸的轉速控制就用到控制工程的知識，再如現代高速列車上應用的自動化控制系統(tǒng)也是基于控制理論的，所以機電系統(tǒng)的控制離不開控制理論。在教學中應結合實際的工程應用做到理論與實踐相結合，同時適應專業(yè)的發(fā)展，讓學生了解該領域的前沿研究，擴大學生的視野，豐富學生的實踐知識。

（3）改進教學方式、方法，提高教學質量

在講授時利用多媒體和傳統(tǒng)教學相結合課件，一方面可以使教學內容生動直觀，增加了學生的感性認識，另一方面通過傳統(tǒng)教學加深對理論的理解；在教學方法上堅持啟發(fā)式的教學，在教學過程中增加互動環(huán)節(jié)，使教學質量得以提高。而對于實驗課教學的改革，要加強學生的實踐觀念，除了使學生對機電控制工程的理論產生興趣；還要培養(yǎng)學生對理論進行驗證的欲望。因此需要將實驗的內容根據理論講授的需要整合，并加大設計性與綜合性實驗內容，引導學生發(fā)現、分析、解決問題，注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

3、教學改革措施

（1）強調課程內容體系，優(yōu)化教學內容

《機電控制工程基礎》課程雖然理論性強，系統(tǒng)分析方法多，但其本身具有完整的課程體系，按照教學大綱要求，可繪出課程體系結構如圖1所示。

顯然，系統(tǒng)的分析和系統(tǒng)設計是該課程的兩大任務，而對控制系統(tǒng)基本概念的準確理解是課程首要的要求，要實現這兩個任務必需要有一個基本平臺即建立系統(tǒng)數學模型，有了模型就可以研究模型和性能指標之間關系了，根據模型精確的計算性能指標就是系統(tǒng)分析，根據性能指標設計控制器校正系統(tǒng)就是系統(tǒng)設計，分析是認識系統(tǒng)，校正是改造系統(tǒng)。要進行分析和設計采用三大方法，分別是時域法、根軌跡法和頻域分析法，這三種方法互相支撐，互相補充，構成了機電控制工程完整的體系結構。為了讓學生有一個整體的概念，以便承上啟下保證學生思維的連貫性，在學習每章內容開始和結束時，都要強調該內容體系，指出剛剛學完的內容或者即將要學的內容在課程體系中的地位。實踐表明，一旦學生頭腦中有了清晰的課程體系后會有意識地在比較和聯(lián)系中學習。

而在課程內容的取舍上要突出應用性和工程性，結合課程體系結構及專業(yè)人才培養(yǎng)目標，我們把課程教學內容重點放在控制理論的基本概念、系統(tǒng)數學建模、時間響應分析、頻率特性分析等幾部分，而對根軌跡在授課過程中只作簡單闡述。在教學內容的組織上，強調基本概念的理解和應用，淡化定理和公式的詳細推導，強調結論的內涵和應用條件。如何做到把課程內容講授的詳略得當，一直是我們不懈的追求目標。

（2）采取循序漸進示例教學方法

為了使學生更系統(tǒng)地掌握控制理論，并且學會如何應用該理論一步一步解決實際控制問題，在《機電控制工程基礎》課教學中，精心組織了具有鮮明專業(yè)特色的實例-機床主軸調速系統(tǒng)，采用循序漸進的教學方式，將它貫穿于各章教學的始終。通過這樣一個完整的示例，將控制理論的基本概念、基本組成、時域與頻域數學模型的建立、系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性和準確性的分析、系統(tǒng)綜合與校正等各部分理論知識與解決實際問題聯(lián)系起來，一步一步揭示了如何進行控制系統(tǒng)的分析和設計。這有利于幫助學生對生澀的理論的深入理解，從而系統(tǒng)學習控制理論、建立系統(tǒng)工程概念，提高應用控制理論設計實際控制系統(tǒng)的能力。

（3）傳統(tǒng)教學和多媒體教學結合為主，網絡平臺為輔的教學方式。

在教學手段方面，采用多媒體與傳統(tǒng)的 “板書”結合，通過板書完成計算推導過程，除了加深對理論的理解，而且給學生留下了思考的時間；通過多媒體教學，可以將大量圖片和更多與課程相關的的前沿知識及新成果展示給學生，激發(fā)學生的學習興趣，提高感性認識，充分調動學生學習的主動性和積極性，從而使教學質量得以提高。

此外，為了加強學生與教師之間的緊密溝通，可利用多種網絡技術輔助教學，例如教師和學生通過網絡上建立微信群或群，一方面將每個章節(jié)的重點、難點、參考資料等發(fā)布在群上共享，以利于對重點、難點的理解；另一方面還可以進行網上答疑等交流。使用網絡平臺作為課堂教學的補充，極大地加強了師生之間的互動。

4、結束語

本文結合《機電控制工程基礎》課程教學中存在的問題，從課堂教學環(huán)節(jié)入手以學生為本，以激發(fā)學生的學習興趣、全面提高學生能力為目標，提出突出課程體系，循序漸進示例的教學方法，同時借助網絡輔助教學手段，提高了學生的學習興趣與主動性，學生愿意聽愿意學，反過來又促進了課堂氛圍，形成良性循環(huán)，真正在教學和學習中實現了“閉環(huán)負反饋控制”。經過兩年的實踐，本文所涉及的改革措施已取得一定效果，但是這些工作僅僅是我們的初步嘗試，還有很多問題，需要進一步探索和實踐。

參考文獻：

[1]師惠超，梁永政，控制工程基礎課程教學改革與實踐[J]，2015.10，Vol.25，No，5，164，167

[2]彭小芳，方衛(wèi)紅，劉良兵，鄔曉嵐，“自動控制原理”課程教學改革實踐[J]. 中國電力教育，2013，（266）：85-86

[3]林飛，徐春梅，杜欣，“自動控制原理”課程教學探索，電氣電子教學學報[J]. 2015.8 Vol.37， No.4 29-31

基金項目：西安工業(yè)大學教學改革研究項目（16JGY08）

作者簡介：王亞曉，1974年4月，女（漢族），陜西戶縣人，工學碩士，西安工業(yè)大學副教授，研究方向：機電系統(tǒng)設計與控制。