應用型本科“控制工程基礎”教學改革與實踐

李輝，姜一波，鄢煜力，葉凡，段鵬飛，夏璇

(常州工學院電氣與光電工程學院，江蘇 常州 213032)

“控制工程基礎”是測控技術與儀器專業一門重要的專業基礎課。通過本課程的學習，使學生掌握自動控制的基本理論和基本技能，了解自動控制技術在國民經濟各領域中的地位和作用，為學生將來進行理論研究和從事工業控制系統設計奠定堅實的基礎[1-3]。“控制工程基礎”是前期基礎課程向后續專業課程過渡的橋梁，為專業課程的有效開展提供知識準備。“控制工程基礎”課程知識面廣、信息量大、知識更新快，具有理論知識抽象、工程實踐性強、習題難度大等特點[4-5]。應用型本科院校如何在該課程學時被壓縮的情況下提高教學質量，是課程教學改革要解決的關鍵問題。

1 “控制工程基礎”教學中存在的問題

在應用型本科院校，測控技術與儀器專業培養方案中明確要求強化“控制工程基礎”課程的實踐性和工程應用。“控制工程基礎”課程由理論教學與實踐教學組成,通常總學時為30～60學時，其中實踐教學環節占10學時[6-9]，因此該課程理論教學難以超過50學時。在理論教學中，主要涉及自動控制系統的基本概念、數學描述方法、時域分析法、根軌跡法、頻率分析法以及控制系統的校正方法等內容，教學重點是將課程中的基本概念、基本理論、建模方法、分析方法、解題思路教授給學生。在實踐教學中，主要涉及典型環節的電路模擬與軟件仿真、典型非線性環節的靜態特性、線性定常系統的瞬態響應和穩態誤差、典型環節和系統頻率特性的測量以及線性定常系統的串聯校正等內容，教學重點是指導學生將學過的理論應用于相關工程實踐，培養學生的動手能力和創新能力。該課程理論知識抽象，學習難度大，既存在理論教學學時少以及課程信息量大與學生接受能力弱之間的矛盾，又存在教學模式單一與學生主動思考、主動探索能力差之間的矛盾。

1.1 學生前期課程基礎薄弱

“控制工程基礎”涉及很多通識課程的知識，如高等數學、電工基礎、模擬電子技術、數字電子技術、信號分析與處理等。而應用型本科院校的學生對于理論性較強的通識課程學習熱情不高，學習態度不端正，從而導致對“控制工程基礎”課程的學習難度增大。

1.2 教學方法和手段單一

目前應用型本科院校對于“控制工程基礎”課程的教學還停留在傳統的教學模式上，教師主要通過多媒體進行教學，對課程中涉及的概念和知識點進行講授，學生雖然能在較短的時間內記住各種公式、定理或概念，但是對于公式以及定理在實際工況中的應用方法卻難以直觀了解。單一的教學模式限制了學生的發散思維，難以開闊學生的視野，更難提高學生對理論知識的應用能力。

1.3 實踐教學內容不完善

“控制工程基礎”課程教學大綱中，限定了實踐教學環節不超過10學時，而理論教學所講授的知識內容又十分豐富，10學時的實踐教學環節難以對理論教學形成良好的支撐。同時，所開設的課內實驗主要是對課堂教學中的知識點或理論原理進行驗證，缺少綜合性、設計性、創新性和研究性實驗(這些實驗需要高端實驗設備)。由于應用型本科院校對于高端實驗設備投入經費較少，制約了實踐教學的發展，對培養學生的創新實踐能力造成一定程度的影響。

1.4 優質生源匱乏

近幾年，測控技術與儀器專業招收到的本科生調劑比例在80%以上。同時，應用型本科院校大多沒有碩士點，這在一定程度上限制了應用型高級人才的培養和輸出。優質生源的匱乏成為制約測控技術與儀器專業快速發展的瓶頸，生源整體質量的下滑對專業系科研的快速發展以及優秀教學成果的產出造成巨大阻礙。

1.5 教學團隊結構不合理

合理的人員梯隊(包括人員年齡結構、職稱結構和學術水平等)是課程建設的前提。由于應用型本科院校前身主要為高職院校，因此普遍存在科研經費投入不足、基礎設施落后、高層次人才匱乏等問題。隨著地方經濟結構轉型和國家科技水平的不斷提升，原有的辦學機制、師資力量已經不能很好地適應人才培養的需要。

2 教學改革的主要措施與實踐

2.1 人才培養模式改革

在人才培養方案的制訂過程中，應該以地方產業為背景，由學校、政府和企業共同組建專業指導委員會。在充分考慮學生基礎的同時，按照測控技術與儀器專業崗位群的需要，確定學生應具備的能力，明確培養目標。學校應組織專家組和督導組，依據培養目標設置課程內容，改進人才培養方案，并對是否達到預期要求進行考核。將企業對員工的崗前培訓內容引入課堂教學，形成課堂教學與崗前培訓相融合。將企業的人才需求引入學校的招生工作，加強招生過程中專業系對外宣傳力度，吸引優質生源報考，使招生與招聘有效銜接。讓學生能夠實現“入校有門、就業有崗”，最終形成“校企聯合、能力本位”的專業人才培養模式。

2.2 實驗實踐教學改革

首先在教學大綱中對實驗或實踐教學內容進行完善，明確實驗或實踐教學環節的教學目的和要求、實驗或實踐項目表、考核方式以及參考教材。其次，適當增加實驗或實踐教學環節的學分比例，建立開放實驗室，突破傳統的實驗教學模式，讓學生有機會提高動手能力和實踐創新能力。最后，加大專業實驗室的投入和建設，根據地方產業特色制訂實驗教學計劃以及實驗教學大綱，加大專業實驗室的開放率和利用率，給學生提供方便的實驗條件。同時，建立長期穩定的校外實習基地，確保實踐性教學環節中的課程設計、生產實習、認識實習的教學需要。讓學生更多地參與到企業的一線生產中去，讓生產實習更接地氣，同時培養學生的吃苦耐勞精神以及實事求是的科學態度。

2.3 強化課程組隊伍建設

應充分考慮測控技術與儀器專業系現有教師的年齡結構、學歷結構、職稱結構、專業結構、雙師結構，構建一支結構層次合理、具有較高學術水平和教學水平的“控制工程基礎”課程組隊伍。實行導師帶徒制，由副高及以上職稱教師擔任青年教師導師，要求青年教師隨堂全程聽課，并對其執教能力和實踐能力進行針對性培養。要求課程組教師積極參與學校舉辦的“專家課”“公開課”和“研修課”，通過學習教學名師等優秀教師的先進教學經驗，提高教育教學水平。加強課程組教師實踐能力的培養，定期安排到校外實踐基地學習。對課程組青年教師應該進行專門訓練，要求其到企業參加一線生產，在企業鍛煉時間累積應達到2年以上，以增強實踐經驗，實現“控制工程基礎”理論教學與生產實踐相結合。加大課程組青年教師“雙師型”比例，不斷提升“雙師型”青年教師水平。

2.4 整合教學內容

應當對“控制工程基礎”課程的教學內容進行整合和優化，要兼顧學校辦學定位與特色，充分考慮常州市地方產業經濟對“控制工程基礎”課程的要求，推進教學內容的改革。按照教學內容將教材分為教本教材和學本教材兩類。教本教材要具有較強的邏輯性和系統性，通常難度較大，有利于教師吃透有關概念和理論；學本教材更注重學生的前期基礎，依據學生的心理和認知規律由淺入深編排教材內容，更有利于學生自主學習。教學時應突出“控制工程基礎”的工程背景，淡化理論證明，使教學內容能夠為培養學生的創新思維和創造能力服務。與時俱進，通過課堂教學向學生介紹“控制工程基礎”課程的前沿技術和發展動向，彌補教材內容的滯后。基于OBE教育理念，進一步優化整合教學內容，構建課程體系，確定教學策略，擴展課程知識體系，將“現代控制理論”和“計算機控制技術”等相關課程的知識點融入教學過程，強化課程之間的聯系性。準確把握學生的學習軌跡，了解學生的基礎和目標，有針對性地制訂教學方案。通過多層次、多元化的評價標準，及時掌握學生的學習狀態，為教師課堂教學的持續改進提供依據。

2.5 提倡教學方法多樣性

“控制工程基礎”課程教學過程中，可以采用講授、課堂討論、提問等形式來提高教學質量，以講授作為最基本的課堂教學方式。對于原理及概念較多的章節，如控制系統的數學模型和時域分析法，可以采用講授的形式。由于線性系統的根軌跡法、頻域分析法是“控制工程基礎”課程的重點和難點，應采用結合板書講授，放慢課堂教學節奏，將重點和難點細化，讓學生更容易消化和吸收。對于綜合性較強的教學內容，如線性系統的校正方法，可以采用課堂教學與實驗教學相結合的方式，利用現場實驗結果來驗證校正方法，加深學生對知識的理解。此外，對于課堂例題、課后習題等可以采用課堂討論和提問的形式，提高學生聽課的主動性和積極性。將傳統教學手段與現代教育技術相結合，采用多媒體教學手段可以加快課堂教學的進度，提高教學效率，采用微課或網絡課程可以提高學生的自主學習能力。在課堂教學過程中還應根據學生的反饋及時調整教學內容和教學進度，為不同班級安排不同的教學內容和教學進度。教學過程中要注重理論與實踐相結合，對于抽象的難以理解的知識點可以結合生產實際或常見的例子加以說明。針對不同學生群體的需求，采取不同的教學形式和方法，有利于培養學生的自主學習能力，也為優秀畢業生的培養和提高考研上線率奠定了基礎。

3 結語

應用型本科院校測控技術與儀器專業的“控制工程基礎”課程教學應突出學生的動手能力、應用能力以及自主創新能力培養。在課程教學過程中，應該把握正確的教學方向，將理論知識與生產實際相結合，以有效解決工程實際問題為目的，無需進行繁雜的理論教學。實踐教學對于提高學生的動手能力和學習積極性具有十分重要的作用，應適當增加實踐教學的學分比例，引導學生參與相關的大學生創新訓練計劃等實踐性課題，鼓勵學生積極參與畢業設計指導教師的科研項目，將“控制工程基礎”課程相關知識應用到科研項目中去。通過對“控制工程基礎”課程進行教學研究、探索和實踐，闡明了應用型本科院校“控制工程基礎”課程的改革措施，給出了提升學生動手能力、創新能力的教學方法，為提高測控技術與儀器專業教學質量、增強學生就業競爭力以及科研能力提供了參考。

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