淺析控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)與實(shí)踐

陳東菊 范晉偉

【摘要】《控制工程基礎(chǔ)》是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。本文針對(duì)學(xué)生教學(xué)模式，突出實(shí)踐和作業(yè)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手思考、理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，適應(yīng)國(guó)家發(fā)展需要，顯著提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】《控制工程基礎(chǔ)》課程 教學(xué) 實(shí)踐

【基金項(xiàng)目】本科重點(diǎn)建設(shè)課程資助項(xiàng)目（KC2017SB038， KC2017MT010）。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）46-0241-01

1.《控制工程基礎(chǔ)》課程重要性

《控制工程基礎(chǔ)》課程是機(jī)械學(xué)院本科生的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它對(duì)學(xué)生在整個(gè)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)中起到承前啟后的作用，為學(xué)生日后成為工程檢測(cè)人員打下理論基礎(chǔ)。因此《控制工程基礎(chǔ)》的開(kāi)設(shè)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)用控制原理的基本方法，提高分析和解決各種工程問(wèn)題的能力和適應(yīng)國(guó)家人才需要有極其重要意義。

2.理論教學(xué)

2.1課程教學(xué)主干

課程內(nèi)容包含：機(jī)電系統(tǒng)建模、系統(tǒng)時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)分析、頻域分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性及誤差分析、控制器的設(shè)計(jì)，其中，機(jī)電系統(tǒng)建模涉及系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的建立、傳遞函數(shù)定義和求解、系統(tǒng)方框圖簡(jiǎn)化等內(nèi)容，而拉普拉斯變化及反變換是其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；系統(tǒng)時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)分析包括一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)，并給出了性能指標(biāo)，誤差的分析和計(jì)算是其中引出來(lái)的一個(gè)內(nèi)容，頻域分析包括Nyquist和Bode的畫(huà)法，穩(wěn)定性的問(wèn)題可融入這一部分，包括代數(shù)判據(jù)和幾何判據(jù)；系統(tǒng)穩(wěn)定性及誤差分析、控制器的設(shè)計(jì)是最后綜合應(yīng)用的內(nèi)容。

2.2課程教學(xué)重難點(diǎn)

《控制工程基礎(chǔ)》具有較強(qiáng)的綜合性，涉及數(shù)學(xué)等多種學(xué)科，并且內(nèi)容抽象，工程實(shí)踐性強(qiáng)，這就要求學(xué)生具有高等數(shù)學(xué)等相關(guān)課程的知識(shí)，但學(xué)生往往對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢固、對(duì)學(xué)科交叉內(nèi)容理解不充分，因此學(xué)習(xí)這門(mén)課程時(shí)困難重重，學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)積極性不高。教師在教學(xué)當(dāng)中應(yīng)注重突出重點(diǎn)弱化難點(diǎn)，在原理和基本概念的重點(diǎn)部分講解時(shí)，要耐心透徹講解，最好結(jié)合實(shí)例，讓學(xué)生理解不那么抽象。如講解機(jī)電系統(tǒng)建模部分，應(yīng)增大理論的來(lái)由和應(yīng)用介紹，弱化繁瑣理論公式推導(dǎo)。進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，對(duì)本課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣。

2.3運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件輔助教學(xué)

《控制工程基礎(chǔ)》課程具有較強(qiáng)的綜合性，涉及數(shù)學(xué)等多種學(xué)科，并且內(nèi)容抽象，工程實(shí)踐性強(qiáng)，尤其涉及很多公式推導(dǎo)和圖形繪制時(shí)，學(xué)生難以理解，影響教學(xué)進(jìn)度。可以采用投影儀和MATLAB軟件，MATLAB的名稱(chēng)源自Matrix Laboratory，它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專(zhuān)門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)圖文并茂，讓內(nèi)容不再那么抽象，易于學(xué)生理解。

3.應(yīng)用實(shí)踐

《控制工程基礎(chǔ)》課程學(xué)習(xí)的最終目的還是應(yīng)用于實(shí)踐，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)不允許的情況下，可利用計(jì)算機(jī)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)本實(shí)驗(yàn)建立起控制系統(tǒng)的概念，掌握經(jīng)典控制系統(tǒng)的主要分析方法，并從實(shí)驗(yàn)結(jié)果理解幾種主要典型環(huán)節(jié)，理解控制系統(tǒng)的時(shí)域、頻域性能，理解幾種主要典型環(huán)節(jié)對(duì)于控制系統(tǒng)性能的影響，初步掌握改善和提高控制系統(tǒng)性能的方法。同時(shí)，掌握利用基于MATLAB軟件的PC機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真研究的基本操作技能，提高學(xué)生動(dòng)手能力，讓學(xué)生真正理解實(shí)踐的重要性，為之后的專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。如果在經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地等許可的情況下，學(xué)校可購(gòu)買(mǎi)一些控制理論實(shí)驗(yàn)箱、倒立擺等虛擬或?qū)嶋H設(shè)備讓學(xué)生實(shí)際操作和編制程序，這必將提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

4.課后作業(yè)

《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)》是一門(mén)理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，這門(mén)課程不僅內(nèi)容涉及知識(shí)面廣，而且所包含的信息量大，更新和發(fā)展也比較快，內(nèi)容比較抽象。因此，老師不僅在課堂給予學(xué)生相應(yīng)的時(shí)間趁熱打鐵來(lái)練習(xí)課后練習(xí)，而且要重視課后習(xí)題練習(xí)，布置作業(yè)應(yīng)圍繞課本重難點(diǎn)，讓學(xué)生吃透掌握能夠靈活運(yùn)用。除此之外作業(yè)的難度應(yīng)適中，不能過(guò)難會(huì)打擊學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，也不能過(guò)易讓學(xué)生誤以為簡(jiǎn)單輕視。作業(yè)做到及時(shí)批改，課堂留一小部分時(shí)間講解學(xué)生容易出錯(cuò)的題目，及時(shí)糾正學(xué)生錯(cuò)誤，這樣才能夠及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，以便及時(shí)對(duì)接下來(lái)的教學(xué)進(jìn)行調(diào)整。

5.考試考核

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，我們嘗試采取考試考核、實(shí)驗(yàn)考核和平時(shí)考核三者結(jié)合起來(lái)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30%，主要由平時(shí)上課出勤情況、作業(yè)完成情況、課堂回答問(wèn)題情況等組成，實(shí)驗(yàn)考核占20%，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(kāi)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(kāi)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。

6.結(jié)束語(yǔ)

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展、應(yīng)用和當(dāng)前教育對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的新要求，《控制工程基礎(chǔ)》的教學(xué)與實(shí)踐也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)教育時(shí)代發(fā)展的新要求。實(shí)踐表明：合理安排教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)的數(shù)量，將傳統(tǒng)教學(xué)方法與多媒體教學(xué)相結(jié)合，考試考核形式多樣化，重視對(duì)學(xué)生答疑，可以提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

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