《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)探討

[摘要]《控制工程基礎(chǔ)》是機(jī)械工程類專業(yè)本、專科生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容抽象、理論性較強(qiáng)。本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、作業(yè)環(huán)節(jié)以及考核方式等方面進(jìn)行研究，并探討教學(xué)建議。這為提高該課程教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力起到一定推動(dòng)作用。

[關(guān)鍵詞]控制工程基礎(chǔ) 課程教學(xué) 機(jī)械

隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和國防、宇航等領(lǐng)域，并成為當(dāng)今備受重視的高新技術(shù)之一。掌握和了解自動(dòng)控制的基本理論和方法，對(duì)各專業(yè)的科學(xué)技術(shù)人員都是十分必要的。

《控制工程基礎(chǔ)》作為機(jī)械類及相近專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，是研究各類控制系統(tǒng)共性的一門技術(shù)基礎(chǔ)科學(xué)，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。該課程的開設(shè)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用控制原理的基本方法，提高分析和解決各種工程問題的能力奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

1.理論教學(xué)

《控制工程基礎(chǔ)》的理論教學(xué)部分以“經(jīng)典控制理論”為教學(xué)內(nèi)容，具有理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)多等特點(diǎn)，學(xué)生一般感到枯燥乏味，因而缺乏學(xué)習(xí)興趣。另一方面，該課程對(duì)數(shù)學(xué)和物理要求較高，很多基礎(chǔ)差的學(xué)生根本無法學(xué)懂，致使本課程教學(xué)難度大。因此，該課程的理論教學(xué)可從以下幾個(gè)方面加以改革。

1.1 理清課程內(nèi)容主線

可通過一個(gè)具體實(shí)例，理出一條課程內(nèi)容的主線：“系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立——求解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(時(shí)域分析和頻域分析)——系統(tǒng)校正和設(shè)計(jì)”。其中，系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立涉及系統(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)；時(shí)域分析包括一階系統(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)算是其中引出來的一個(gè)內(nèi)容，頻域分析包括Nyquist和Bode的畫法，穩(wěn)定性的問題可融入這一部分，包括代數(shù)判據(jù)和幾何判據(jù)；系統(tǒng)的校正和設(shè)計(jì)是最后綜合應(yīng)用的內(nèi)容。這樣的課程主線將知識(shí)點(diǎn)串接起來，增強(qiáng)了知識(shí)的條理性和邏輯性，有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解。

1.2 突出教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)

教師應(yīng)在教課時(shí)，清楚的指出本課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。重點(diǎn)部分，應(yīng)該對(duì)基本概念、原理和方法講深講透，并通過實(shí)例講解，如系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程建立、誤差計(jì)算、勞斯判據(jù)等。難點(diǎn)部分，應(yīng)減少理論的推導(dǎo)，增大原理和應(yīng)用的講解，如奈奎斯特判據(jù)的來由和應(yīng)用等。

1.3 運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)手段

《控制工程基石出》是一門理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，不僅內(nèi)容涉及的知識(shí)面廣，而且包含的信息量也較大，內(nèi)容比較抽象，尤其涉及很多公式推導(dǎo)和圖形繪制，如采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)生會(huì)感到難以理解，教師也很難系統(tǒng)全面講授。運(yùn)用多媒體教學(xué)，并引入Maflab軟件，采用圖文并茂的投影顯示模式，使公式推導(dǎo)和圖形繪制等操作變得形象簡(jiǎn)便，使原本枯燥、抽象的理論闡述變得形象和具體，這必將有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和掌握。

2.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

《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)。通過本實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該讓學(xué)生建立起控制系統(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，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。如果在經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地等許可的情況下，學(xué)校可購買一些控制理論實(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)生的綜合和創(chuàng)新能力。

3.作業(yè)環(huán)節(jié)

《控制工程基礎(chǔ)》這門課程理論性強(qiáng)，對(duì)數(shù)學(xué)和物理要求高，因此課外作業(yè)是學(xué)習(xí)和掌握該門課程必不可少的環(huán)節(jié)。作業(yè)是學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行鞏固，獨(dú)立解決問題的重要途徑，是老師獲取學(xué)生學(xué)習(xí)情況的重要手段，是聯(lián)系每次課堂教學(xué)的重要紐帶，是改進(jìn)教學(xué)方法的有效參考。

3.1 布置少而精的習(xí)題

教師應(yīng)在每次課堂教學(xué)后布置與該次教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的習(xí)題，一般可在教材章節(jié)后的習(xí)題中挑選，挑選的原則是覆蓋講課內(nèi)容，內(nèi)容不重復(fù)，習(xí)題具有代表性和典型性，難度適中。

3.2 及時(shí)上交和批改

教師應(yīng)盡量要求學(xué)生在布置作業(yè)后的下一課時(shí)交作業(yè)，并且對(duì)上交后的作業(yè)及時(shí)批改，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)接下來的教學(xué)進(jìn)行調(diào)整。

3.3 及時(shí)講評(píng)

教師應(yīng)盡可能的在上交作業(yè)的下一次課后給學(xué)生講解作業(yè)的情況，及時(shí)糾正學(xué)生錯(cuò)誤，讓學(xué)生找到錯(cuò)誤原因，并能夠自己動(dòng)手改正。這樣才能夠使學(xué)生真正掌握已學(xué)的知識(shí)，并有助于下面知識(shí)的學(xué)習(xí)。

4.考核方式

《控制工程基礎(chǔ)》的考試是必需的，也是重要的。但單一的考試方式，不利于反映學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。因此，將考核成績(jī)分為平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末考試成績(jī)?nèi)糠帧Ｆ谀┛荚嚦煽?jī)采用閉卷形式，占總成績(jī)的60％，考試內(nèi)容以平時(shí)教學(xué)內(nèi)容為主，突出重點(diǎn)，難度適中。實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的20％，以實(shí)驗(yàn)課堂操作和實(shí)驗(yàn)題目測(cè)試情況來評(píng)定。平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的20％，主要包括平時(shí)學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂出勤情況、作業(yè)完成情況等。這樣，學(xué)生要取得好成績(jī)，必須得在平時(shí)的學(xué)習(xí)過程中下工夫，不能只靠最后考試前的死記硬背，投機(jī)取巧。同時(shí)，教師平時(shí)和期末考試前應(yīng)該安排答疑時(shí)間，以便學(xué)生遇到課堂沒有解決的問題能在課后解決，也有助于教師了解學(xué)生，改進(jìn)教學(xué)。學(xué)生與教師的交流可以進(jìn)一步拓展學(xué)生思路，提高學(xué)生的能力和水平。

5.結(jié)論

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)與改革也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)教育時(shí)代發(fā)展的新要求。這就要求我們教師要解放思想，樹立起先進(jìn)的教學(xué)理念，運(yùn)用新的教學(xué)方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使學(xué)生既能夠掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，又能將理論與實(shí)際工程問題結(jié)合起來。這一切都有待于我們大家的共同努力。