應(yīng)用型工科院校《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)方法探析

鄒方利，肖 莉

（武漢工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430000）

【教法研究】

應(yīng)用型工科院校《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)方法探析

鄒方利，肖 莉

（武漢工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430000）

針對(duì)應(yīng)用型工科院校學(xué)生在學(xué)習(xí)《控制工程基礎(chǔ)》課程中，普遍存在學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，動(dòng)力不足，畏難情緒大的現(xiàn)狀，在教學(xué)方法上進(jìn)行了一些新的嘗試和調(diào)整，實(shí)施后的教學(xué)過(guò)程能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，改善教學(xué)效果。

工科院校；控制工程基礎(chǔ)；專業(yè)基礎(chǔ)課；教學(xué)方法

早在上個(gè)世紀(jì)80年代初，在制造技術(shù)行業(yè)，就引進(jìn)了全新的控制理論，極大地改變了制造技術(shù)行業(yè)，因此，這門(mén)把控制理論看作基礎(chǔ)，主要研究分析在實(shí)際的工程問(wèn)題上抽象得來(lái)問(wèn)題的《控制工程基礎(chǔ)》課程，就被列為機(jī)械大類專業(yè)本科生必修且相當(dāng)重要的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。它不僅為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，而且為實(shí)際工作中能解決技術(shù)問(wèn)題提供了理論支持。

“為什么要學(xué)這門(mén)課程？”“以后工作中用得著嗎？”“太難學(xué)了！”這是很多應(yīng)用型工科院校的學(xué)生在學(xué)習(xí)《控制工程基礎(chǔ)》課程時(shí)所面臨的困惑和感受。的確，與專業(yè)課實(shí)用性強(qiáng)，內(nèi)容具體，即學(xué)即用的特點(diǎn)不同，《控制工程基礎(chǔ)》作為一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，所研究的是工程中的一些共性問(wèn)題，不僅知識(shí)體系龐雜，而且內(nèi)容抽象，概括性強(qiáng)。這樣一來(lái)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)就難免感到目標(biāo)不明確，空洞乏味，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，并且很難深刻認(rèn)識(shí)到該課程的重要性。另外，該課程還需要學(xué)生具備較強(qiáng)的數(shù)理知識(shí)，而應(yīng)用型工科院校的學(xué)生在這方面又普遍感到力不從心，這無(wú)疑更加大了學(xué)習(xí)的難度，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)主動(dòng)性差。

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，筆者就如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高課堂教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了一些嘗試和調(diào)整。

一、講好緒論首課，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

很多學(xué)生尤其是應(yīng)用型工科院校的學(xué)生在剛開(kāi)始接觸《控制工程基礎(chǔ)》這門(mén)課程時(shí)，認(rèn)為它與自己的專業(yè)沒(méi)有什么必然聯(lián)系，以后工作也用不到，于是就對(duì)該課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了懈怠心理，所謂的學(xué)習(xí)更多的是為了應(yīng)付考試而已。為了改變這種局面，講好緒論課顯得尤其重要。

首先，要讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)《控制工程基礎(chǔ)》的重要性。控制論不僅是一門(mén)重要的學(xué)科，而且是科學(xué)方法論之一。控制論是一種放之四海而皆準(zhǔn)的理論，它提出、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的思想方法符合唯物辯證法。控制理論在工程技術(shù)領(lǐng)域中體現(xiàn)為工程控制論。在科技高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，工程領(lǐng)域中無(wú)不涉及控制，可見(jiàn)工程控制論的學(xué)習(xí)有多么重要，只有掌握了控制論的精髓，學(xué)生才能更好地學(xué)習(xí)后面的專業(yè)知識(shí)。接著，通過(guò)一些鮮活的例子來(lái)展現(xiàn)控制論的應(yīng)用，讓學(xué)生深刻體會(huì)到控制論帶給人類的影響，以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。運(yùn)用多媒體手段通過(guò)圖文并茂的圖片、視頻展現(xiàn)控制論的應(yīng)用實(shí)例，從瓦特的蒸汽機(jī)、二次世界大戰(zhàn)中的自動(dòng)火炮，到當(dāng)今社會(huì)的載人飛船、探月工程、氣象預(yù)報(bào)，等等。

總之，通過(guò)緒論部分的學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生懂得從整體角度、以動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)去分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，知道應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和方法來(lái)分析、研究和解決實(shí)際問(wèn)題。

二、抓住課程主線，避免知識(shí)零散

《控制工程基礎(chǔ)》這門(mén)課程不僅理論體系龐雜，涉及知識(shí)面廣，而且數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算煩瑣無(wú)比，教師很難在規(guī)定的40學(xué)時(shí)內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)全面的講授。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師為了追求看得見(jiàn)的教學(xué)效果——高分，往往有些急功近利。針對(duì)上述現(xiàn)象，筆者在實(shí)際教學(xué)中采用主線貫通式的教學(xué)方法，使學(xué)生能對(duì)課程內(nèi)容始終做到整體把握和條理清晰，并以此為基礎(chǔ)不斷深入學(xué)習(xí)，既“進(jìn)得去”，又“出得來(lái)”，從而大大增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的歸屬感和自信心。《控制工程基礎(chǔ)》看似龐雜，但歸根結(jié)底都是圍繞一個(gè)對(duì)象、三大內(nèi)容展開(kāi)的，即主要的研究對(duì)象為反饋控制系統(tǒng)，主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容可概括為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)的性能分析和系統(tǒng)的校正三個(gè)方面。其中，系統(tǒng)分析是課程的核心內(nèi)容，數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)工具，而系統(tǒng)校正則是在性能分析的基礎(chǔ)之上如何改善系統(tǒng)的性能，它和工程應(yīng)用密不可分，是系統(tǒng)分析的終結(jié)所在。在系統(tǒng)的分析中，主要方法有時(shí)域法、頻域法和以此為基礎(chǔ)的圖示法，這些方法從不同的角度來(lái)分析同一個(gè)系統(tǒng)。課程主要內(nèi)容的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中每個(gè)內(nèi)容分別對(duì)應(yīng)教材中的第一至六章。在學(xué)習(xí)每章內(nèi)容之前，特將此框架圖展示給學(xué)生，使他們對(duì)課程的基本結(jié)構(gòu)始終有著清晰的認(rèn)識(shí)，能在學(xué)習(xí)過(guò)程中抓住課程主線，做到前鉤后連、融會(huì)貫通，從而避免知識(shí)點(diǎn)的零散和學(xué)習(xí)的盲目性。

圖1 《控制工程基礎(chǔ)》課程主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)

三、活用教學(xué)方法，強(qiáng)化教學(xué)效果

以武漢工程大學(xué)為例，通過(guò)研究分析學(xué)校對(duì)機(jī)械類專業(yè)的基本定位并結(jié)合學(xué)生的具體情況，認(rèn)真鉆研《控制工程基礎(chǔ)》這門(mén)課程的基本內(nèi)容，課堂上通過(guò)采用多種教學(xué)方式相結(jié)合的形式，來(lái)讓學(xué)生更加透徹地掌握課程內(nèi)容，從而提升教學(xué)質(zhì)量。

1.探究式教學(xué)。授課教師通過(guò)引入特定情境，引導(dǎo)同學(xué)們分析問(wèn)題，通過(guò)制定方案或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題或得到答案、得出結(jié)論并探討此過(guò)程中的感想和交流經(jīng)驗(yàn)。教師應(yīng)立足于實(shí)際問(wèn)題，并提供有用信息，學(xué)生就這個(gè)問(wèn)題來(lái)發(fā)散思維，思考解決此類問(wèn)題的方法或改進(jìn)原有方法等。這種教學(xué)方式更注重于同學(xué)們的自主探究，可以使學(xué)生建立自主分析解決問(wèn)題的觀念，在這個(gè)完整解決某個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生可以在探究討論中獲得知識(shí)。這種教學(xué)方式能使同學(xué)們解決問(wèn)題的能力提高，同時(shí)也熟練和鞏固了這些基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用，達(dá)到了很好的教學(xué)效果。如看到教室外武黃高速上奔跑的汽車時(shí)，提出問(wèn)題，如駕駛?cè)藛T如何能做到準(zhǔn)確、快速地按照預(yù)想的行車狀態(tài)在高速路道上行駛？這樣的提問(wèn)是建立在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，并且與學(xué)生平時(shí)身后主講教師引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題，讓學(xué)生應(yīng)用已有的知識(shí)來(lái)自主尋求答案或分析問(wèn)題。

2.討論式教學(xué)。授課教師立足于某一既定的知識(shí)點(diǎn)或問(wèn)題，讓同學(xué)們進(jìn)行分組討論。每個(gè)小組分工明確，最后就這些問(wèn)題發(fā)表本組得到的結(jié)論或闡明解決問(wèn)題的新思路。及時(shí)鼓勵(lì)那些在課堂上積極性較高的學(xué)生，同時(shí)對(duì)于有些性格靦腆不善表達(dá)的學(xué)生要給他們闡述自己觀點(diǎn)的機(jī)會(huì)，讓每個(gè)同學(xué)都參與到此過(guò)程中來(lái)。每當(dāng)學(xué)習(xí)到新的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，授課教師先要與學(xué)生共同復(fù)習(xí)舊的知識(shí)點(diǎn)，并比較總結(jié)新舊知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系和區(qū)別，重要的知識(shí)點(diǎn)需要教師多次強(qiáng)調(diào)，如此一來(lái)既可以加深學(xué)生對(duì)舊知識(shí)點(diǎn)的掌握和對(duì)重點(diǎn)的理解，在建立完整專業(yè)知識(shí)體系的同時(shí)，對(duì)新知識(shí)點(diǎn)也會(huì)有基本的了解。

3.對(duì)比式教學(xué)。比如，在講解時(shí)域分析時(shí)，與根軌跡分析法進(jìn)行比較；講傳遞函數(shù)性質(zhì)時(shí)，比較比例環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的不同；講動(dòng)態(tài)系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)時(shí)，將幾個(gè)不同的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)不同問(wèn)題之間的比較，這對(duì)建立完整專業(yè)知識(shí)的體系方面也是大有裨益的。

四、總結(jié)

以上所述，是筆者結(jié)合多年的實(shí)踐教學(xué)工作，在《控制工程基礎(chǔ)》課堂教學(xué)中總結(jié)出來(lái)的一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。通過(guò)以上方法在教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性，緩解了其學(xué)習(xí)的畏難情緒，使課堂教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量得到了較好的提高。

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1674-9324（2014）36-0048-02