《控制工程基礎》課程的教學改革實踐

趙轉哲　許德章　裴九芳　王海　陳玉

摘 要：針對目前《控制工程基礎》在教學方面存在的問題，從滿足培養應用型工程技術人才的需要出發，該文在教學內容、教學方式、實驗內容、信息反饋平臺以及考核方式等方面，對《控制工程基礎》課程的教學改革實踐內容作了詳細介紹。

關鍵詞：控制工程基礎 教學改革 實踐

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-0-02

《控制工程基礎》是該校測控技術與儀器、車輛工程、機械設計制造及其自動化、過程裝備與控制工程等專業的一門核心課程，其主要運用控制論的基本原理及基本思想方法，分析研究機械工程中有關信息的傳遞、反饋及控制等有關方面的內容，讓學生學會信息處理和系統分析與綜合的基本方法。由于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[1]。

該課程在整個知識結構框架中起著承前啟后的作用，是聯系機械與電氣技術、液壓技術以及動力工程等技術的紐帶，是基礎理論學習到專業知識學習的橋梁，為設計機電控制系統及進一步研究學習控制理論打下堅實的基礎。

同時，由于《控制工程基礎》是一門理論性與綜合性很強的交叉學科，且與數學學科聯系緊密，課程內容較為抽象，具有作圖和計算多的特點，在實際的教學實踐中，形成了“教師難教、學生難學”的問題，因此有必要對傳統的教學模式進行思索和總結，探討在新的教學模式體系下，如何提高教育質量和更好的培養學生。

1 目前課程教學中存在的問題

1.1 具體來講，有以下幾個方面的問題

（1）內容多，學時少

本課程是一門較為開放的學科，涉及的數學知識、電子技術等其他學科的內容越來越多，尤其是隨著計算機的發展，新內容不斷涌入，控制論的知識越來越豐富，然而在教學過程中，學時卻被一再壓縮，目前已減少至38～40學時（其中還有4個學時的實驗內容），教學內容多、課時少的矛盾越來越

突出。

（2）實驗單一，理論與實踐脫節

實驗是理論教學的不可或缺的有益補充，同時也是提升學生主動學習的積極性和原動力的主要方面，然而，目前由于近幾年招生規模的擴大，實驗室設備明顯不足，通常采用三、四個學生一組的方式，就造成學生沒有動手的機會，更給缺乏學習主動性的部分學生提供不做實驗的借口，而且實驗室所開設的實驗大都是驗證性實驗，缺少綜合性、設計性和創新性實驗，造成學生理論與實驗、實踐環節脫節，根本無法滿足不同學習層次的學生的需要。

（3）教學方式單一

在傳統的教學模式中，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，但仍停留在以PowerPoint演示文稿為載體，照搬教材文字和內容進行教學的方式，起不到應有的教學效果，這已大大不適應信息社會對《控制工程基礎》教學的要求。

（4）考核方式單一

在中國傳統教育中，考試作為評價學生學習過程和教師教學活動的唯一標準和方式[2]，抹殺了個別學生的個性發展，這種考核方式不對學生的創新能力進行評價，必然導致部分學生在學習該課程時，過分追求考試結果而忽視學習過程，忘記了學習的本質，喪失了學習的動力，同時教師也缺乏進行教學內容和方法創新的動力。

2 課程教學改革的若干方法與實踐

為適應高等教育改革進一步發展的趨勢，滿足培養應用型機械工程技術人才的需要，我們課題組全體教師對《控制工程基礎》課程進行了一些有益的改革和實踐，具體如下。

（1）優化教學內容

根據控制理論的學科的發展趨勢，結合我校對機械類工科學生的人才培養的整體要求，教研室全體教師集體討論，在既注重強調基礎訓練、抽象思維能力及綜合應用能力的培養又符合時代特色和學科自身發展規律的基礎之上，制定新的教學大綱，優選合適的教材，優化整合教學內容：增加了實際工程中經常用到的根軌跡法和現代控制論的初步內容，強化MATLAB軟件在控制領域的應用內容，刪去一些不夠典型且已陳舊的例題和習題，取而代之的是與工程應用結合緊密、具有代表性的習題和例題，精簡了一些要求過高的內容，比如高階系統的時間響應分析、信號流圖和Mason公式以及赫爾維茨判據內容，既減輕學生的負擔，又能保證對控制論整體知識的理解和掌握。

（2）加強實驗教學

注重理論教學和實驗教學的結合，針對以往實驗教學過程中的不足，在實驗內容設計時，正確處理課程內容的技術性、綜合性和探索性的關系，以驗證性實驗為基礎，加大綜合性、設計性和創新性實驗的比例，在已有2個實驗的基礎上增加了系統的頻率特性測試及校正、PID調節器設計等實驗[3]，這些內容突破傳統的實驗模式，既有實物的實驗，也有計算機軟件模擬仿真的實驗，例如我們在針對一階系統、二階系統的典型輸入信號的時域響應的實驗時，我們只給出實驗目的和實驗原理，讓學生自己設計實驗方案，一種是在實驗室搭建真正的電路，另一種是采用計算機仿真軟件如MATLAB或MULTISIM實現，或者讓二者結合，互相驗證，從而使學生發揮自己的主觀能動性和創造力，結合自己的興趣點，完成實驗內容，達到實驗教學的目的。

（3）教學手段多樣化

將多媒體教學與傳統教學科學合理地有機結合，有效提高課堂教學效率。對于多媒體課件，一定要精心組織內容，絕對不作教材內容的“搬運工”。課件將工程實踐中與教學相關的圖片、視頻等形象、直觀地向學生展示，信息量大，且時常更新，做到短時間內傳遞大量信息，抽象的理論與具體的工程實物結合[4]，有效地彌補了教材的不足，使學生的理解、體會更加深刻，順利地突破這些教學重點和難點。在使用多媒體課件授課時，絕對不局限于僅僅做一個幻燈片的播放者，不能一味地依賴課件，一定要結合黑板板書等傳統的授課形式，或者做一些簡單的推導和證明，注意學生課堂上的反應，對學生進行啟發，調動學生積極參與課堂討論，既做到在有限的課堂提供給學生盡量多的信息，又盡可能地留給學生做筆記的時間和思考問題的空間，加深學生對問題的理解運用，使教學效率及效果得到真正意義上的

提高。

（4）建立信息反饋平臺，教學相長

教師向學生傳授知識的過程，從控制論的角度來說，理想狀態應該是一個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，如果要達到理想的教學目的，在教學實踐中，有效的信息反饋平臺必不可少，我們采用利用網絡、QQ群、課外學習小組、課后作業、課后答疑、平時測試、課堂提問等多種方式，有效地和學生建立了學習情況的反饋機制，通過這個平臺，根據教師可以根據學生對已學知識的掌握情況，及時研究和調整教學方法，適時改變教學進度和節奏，教學相長，把教師和學生這兩個不同的主體緊密的聯系起來，使得教師應傳授的知識與學生實際掌握的知識的誤差趨近于零。

（5）豐富考核方式

根據控制工程基礎對理論性和實踐性要求都比較強的特點，在課程考核方面，我們嘗試采取理論考核、實驗考核和平時考核三者結合起來進行綜合評價，合理分配三者之間的比例，其中平時考核占20%，主要由平時上課出勤情況、作業完成情況、課堂回答問題情況等組成，實驗考核占30%，主要從實驗態度、動手能力、創新能力、完成情況、實驗報告等組成，考試占50%，采用開卷和閉卷相結合的靈活方式，對于常識性、客觀性的內容采用閉卷形式，開卷主要以主觀應用型題目為主，避免學生花大量時間死記硬背公式，著重考核學生對知識的深入理解和靈活應用能力（圖1）。

3 結語

《控制工程基礎》作為工科機械類專業中的一門核心課程，對學生的工程能力的培養是具有重要意義的。教學改革的目的是提高教學效果，培養學生學習的主動性和積極性，從而培養學生在工程實踐中的創新意識和創新能力。多年來，我們教研室全體教師一直以此為目標，不斷更新教育觀念，積極嘗試進行教學的改革和探索，初步形成具有校院自身特色的教學模式，達到了較滿意的教學效果，教學質量得到了持續改善，適應對工程應用型人才的培養需求。

參考文獻

[1] 張若青，羅學科，王民.控制工程基礎及MATLAB實踐[M].北京：高等教育出版社，2008.

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

[3] 宋小娜，喬文生，孫帥.機械控制工程虛擬實驗平臺的開發研究[J].機械工程與自動化，2008（5）：54-56.

[4] 李欣.多媒體教學的利與弊[J].電力職業技術學刊，2009（4）：43-44.

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