機(jī)電類控制工程課程教學(xué)過程思考分析

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[摘要]分析機(jī)電類控制工程基礎(chǔ)教育中出現(xiàn)的問題，針對此類問題，通過在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方案設(shè)計(jì)、教學(xué)方法等方面的分析，設(shè)計(jì)對應(yīng)的解決方案，并在教學(xué)中進(jìn)行積極的實(shí)踐，取得了良好的效果。

[關(guān)鍵詞]機(jī)電類控制工程課程；教學(xué)；基礎(chǔ)教育

控制工程基礎(chǔ)技術(shù)作為自動化技術(shù)的重要組成部分，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生、提高市場競爭能力等方面起著越來越巨大的作用。《控制工程基礎(chǔ)》（有的專業(yè)稱為自動控制原理）是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，是工科高等院校機(jī)電類、控制類、機(jī)械類等專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程是一門與實(shí)際工業(yè)過程控制系統(tǒng)聯(lián)系十分密切的課程。該課程重在使學(xué)生掌握與自動控制原理相關(guān)的專業(yè)知識和綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)自動控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、自動控制系統(tǒng)調(diào)試與維護(hù)方面實(shí)際問題的能力，這種能力正是機(jī)電類學(xué)生的核心競爭力，是機(jī)電類學(xué)生相比較其他專業(yè)學(xué)生的最大優(yōu)勢所在?！犊刂乒こ袒A(chǔ)》課程研究控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識，包括線性控制系統(tǒng)的建模，時(shí)域分析法（主要研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性），根軌跡分析法，頻率分析法三種分析法以及系統(tǒng)的校正與計(jì)算機(jī)輔助分析；非線性控制系統(tǒng)的分析法；現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間描述，時(shí)域分析以及系統(tǒng)可控可觀性判斷。通過對該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解并掌握分析、設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)的基本理論和基本方法，為相關(guān)后續(xù)課程和今后的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近年來隨著本科生教學(xué)總體學(xué)時(shí)數(shù)的消減，本課程的總體學(xué)時(shí)/學(xué)分為48/3。課程的內(nèi)容雖然在不斷地修訂，新版教材也引入了新技術(shù)、新產(chǎn)品，但仍然存在較多急需解決的問題，主要表現(xiàn)在：教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容相對落后，跟不上技術(shù)發(fā)展的步伐；教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容地調(diào)整、更新缺乏系統(tǒng)性、合理性；理論和實(shí)踐不能很好地結(jié)合。學(xué)生從學(xué)理論到用理論指導(dǎo)實(shí)踐還有很大差距，實(shí)踐能力較差，不能學(xué)以致用。如何在學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的情況下，妥善處理好打基礎(chǔ)與跟蹤學(xué)科發(fā)展方向之間的關(guān)系、培養(yǎng)實(shí)用性人才，是我們教學(xué)工作的中心與重點(diǎn)。本文針對上述問題，結(jié)合筆者在控制工程基礎(chǔ)教育教學(xué)中的個(gè)人探索，總結(jié)了幾點(diǎn)有關(guān)機(jī)電類控制工程基礎(chǔ)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)如下。

1教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)控制工程基礎(chǔ)課程性質(zhì)的要求，每一部分理論知識都應(yīng)先介紹工程應(yīng)用背景案例。教師講授以注重基本思想、基本理論、基本技能為主線，以工程實(shí)際中的案例為引導(dǎo)，采用啟發(fā)講授與課堂討論相結(jié)合方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性；實(shí)驗(yàn)中鼓勵學(xué)生根據(jù)教學(xué)內(nèi)容自己提出方案，通過實(shí)驗(yàn)來領(lǐng)會所學(xué)知識。課程內(nèi)容設(shè)置以設(shè)計(jì)滿足工業(yè)控制實(shí)際要求為目標(biāo)，既重視打基礎(chǔ)和拓寬知識面，又重視工程素質(zhì)、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，建立綜合此前學(xué)過的各門學(xué)科知識為一體的課程新體系。根據(jù)這一體系，進(jìn)行本課程的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的整合、協(xié)調(diào)和優(yōu)化。從而明確本課程的分工和定位，避免與其他相關(guān)課程之間的不必要的重復(fù)和大的脫節(jié)。采用主講教師講授的啟發(fā)式、課堂上師生互動式相結(jié)合的教學(xué)方法。采用這種方法的關(guān)鍵在于主講教師要做好充分準(zhǔn)備，要能提出問題，引起學(xué)生的興趣和積極思維，只要學(xué)生能積極思維，就可以向老師提出問題，這樣才能達(dá)到互動目的，也才能提高課堂教學(xué)效果；根據(jù)每次講授內(nèi)容，教師要能提出有關(guān)工程實(shí)際案例，以工程應(yīng)用背景的案例來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以提高學(xué)習(xí)效果；采用Matlab、LabVIEW結(jié)合Flash、PowerPoint等應(yīng)用軟件平臺設(shè)計(jì)開發(fā)的電子教案進(jìn)行教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容豐富，表現(xiàn)形式多樣，變粉筆黑板式教學(xué)為現(xiàn)代電子教學(xué)，變粉筆黑板式教學(xué)為典型控制系統(tǒng)展示，使過去因?qū)Ρ豢剡^程只是空洞的描述，改變?yōu)榫唧w而生動演示；采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與研究性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，使原先單純參數(shù)整定的原理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為與現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合的綜合性實(shí)驗(yàn)；由于過程控制工程課程涉及到的實(shí)驗(yàn)的裝置比較復(fù)雜，成本較高，我校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)要求，可利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺來實(shí)現(xiàn)對實(shí)際裝置的替代，使學(xué)生更容易理解教學(xué)內(nèi)容。鼓勵學(xué)生參加教師或企業(yè)的科研項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力和工程應(yīng)用能力。

2教學(xué)方案設(shè)計(jì)

2.1根據(jù)“三型”人才培養(yǎng)的目標(biāo)和實(shí)踐教學(xué)的要求，更新教學(xué)大綱內(nèi)容

新的大綱要體現(xiàn)“創(chuàng)新型”的教學(xué)內(nèi)容，注重學(xué)生的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和基本技能的培養(yǎng)，同時(shí)兼顧希望繼續(xù)深造的學(xué)生的需求。

2.2例題、習(xí)題和思考題的內(nèi)容選編和精心設(shè)計(jì)

《控制工程基礎(chǔ)》課程的理論性很強(qiáng)，要充分地理解理論內(nèi)容，必須輔以一定量的例題、習(xí)題和思考題，這些內(nèi)容要能既能夠體現(xiàn)理論內(nèi)容，又能夠結(jié)合工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用。

2.3不斷更新教學(xué)內(nèi)容，保持教學(xué)內(nèi)容的前沿性和經(jīng)典性

本課程教師隊(duì)伍具有較強(qiáng)的科研背景，對教學(xué)內(nèi)容保持前沿性起到了重要保障。當(dāng)前，國內(nèi)外自動化學(xué)科的發(fā)展速度加快，應(yīng)不斷總結(jié)和歸納學(xué)科重大成果和前沿方向，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，保持教學(xué)內(nèi)容的前沿性和時(shí)代感，保持并增強(qiáng)學(xué)生對本學(xué)科的興趣度。

2.4開發(fā)動態(tài)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺

《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容涉及面廣，既有儀表原理的電路分析，又有控制算法理論分析，推理演繹較多，同時(shí)課程要求理論與實(shí)際相結(jié)合，為更好地推進(jìn)課程教學(xué)內(nèi)容的理解，豐富教學(xué)內(nèi)容，有必要將現(xiàn)代化的教學(xué)手段引入到該課程教學(xué)中，搭建一個(gè)融合了課程內(nèi)容和實(shí)踐分析方法、靜態(tài)與動態(tài)模式相結(jié)合的全方位立體綜合教學(xué)平臺，從而有效地將教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高。

2.5開發(fā)多媒體課件，變抽象為具體

在《控制工程基礎(chǔ)》理論課程教學(xué)中要用到許多圖形，如系統(tǒng)方框圖、階躍響應(yīng)曲線、頻率相應(yīng)曲線等。應(yīng)用多媒體課件輔助教學(xué)，能生動的展示教學(xué)要點(diǎn)和應(yīng)用技能，有利于學(xué)生接受和掌握所學(xué)知識。

3教學(xué)方法

對于課程重點(diǎn)、難點(diǎn)利用常規(guī)講解加板書的教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，以加強(qiáng)學(xué)生的理解和掌握。在教學(xué)中引入以MATLAB、LABVIEW為平臺的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)動態(tài)演示課件，使學(xué)生形象理解一些抽象的知識點(diǎn)，同時(shí)教學(xué)中提醒學(xué)生注意多媒體課件中內(nèi)容的重要性。開展案例化、啟發(fā)式教學(xué)。搭建學(xué)生課后討論網(wǎng)絡(luò)平臺（如課程網(wǎng)站、課程QQ群等），豐富師生溝通渠道，增強(qiáng)教學(xué)效果反饋的實(shí)時(shí)性。

4教學(xué)方式

理論教學(xué)以常規(guī)課堂教學(xué)為主，穿插一定的習(xí)題課、討論課，活躍學(xué)生思維，幫助學(xué)生掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，并通過課外答疑、網(wǎng)站輔導(dǎo)等形式形成教與學(xué)的互動；對教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，教師上課前通過討論、試講等形式重點(diǎn)備課；課程教學(xué)中以MATLAB為平臺的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)動態(tài)演示，重在使學(xué)生形象和深入理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)的能力；課外的實(shí)踐環(huán)節(jié)利用控制系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)使學(xué)生開闊眼界，深入思考自動控制理論的內(nèi)涵及其應(yīng)用；采用多樣化的考核與評價(jià)方式，實(shí)行考教分離，建立較為完善的試題庫，設(shè)置課程大作業(yè)，采取答辯形式進(jìn)行考核，成績以一定比例記入課程最終成績。

5結(jié)論

筆者在控制工程基礎(chǔ)的教學(xué)過程中，針對機(jī)械電子工程專業(yè)采用了上述的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方案與教學(xué)方法進(jìn)行了積極的實(shí)踐。首先，吸收和借鑒國內(nèi)自動控制原理精品課程的經(jīng)驗(yàn)，以及國外知名高校的網(wǎng)絡(luò)資源，整合和優(yōu)化課程知識點(diǎn)，理順各知識點(diǎn)間的銜接關(guān)系，及時(shí)補(bǔ)充和更新教學(xué)內(nèi)容，形成較為完整的課程知識體系。其次，根據(jù)自動化專業(yè)核心能力對本課程的要求，積極開展教研教改活動，建設(shè)相應(yīng)的教材，設(shè)立與課程教學(xué)內(nèi)容向銜接的實(shí)踐環(huán)節(jié)，構(gòu)建課程實(shí)踐教學(xué)體系，采用案例化、項(xiàng)目化等教學(xué)方法，提高課程教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生對知識的應(yīng)用能力。最后，充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)施，以大學(xué)生科研立項(xiàng)、學(xué)科競賽為載體，搭建校內(nèi)課程實(shí)訓(xùn)平臺，加強(qiáng)科研與教學(xué)的互動。通過這幾個(gè)過程的進(jìn)行，控制工程基礎(chǔ)課程的教育教學(xué)取得了很好的效果，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在對已畢業(yè)學(xué)生的調(diào)研中，在學(xué)生工作應(yīng)用過程中，學(xué)生對于系統(tǒng)的理解較為深刻，而這正是控制工程基礎(chǔ)課程最為強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)。我校我專業(yè)歷年來報(bào)考研究生的人數(shù)較少，基本無人能夠成功順利升學(xué)，但在2020年畢業(yè)生的研究生入學(xué)考試中，我校有四人成功以控制工程基礎(chǔ)為專業(yè)課取得很好的成績，順利通過了研究生的入學(xué)考試，獲得了更高一級的深造機(jī)會。與我校過去的成績相對比，采用了新的教學(xué)方式、方法后，取得了明顯的進(jìn)步為擴(kuò)大本文中教學(xué)方法的影響，筆者在本校其他專業(yè)中的控制工程基礎(chǔ)教育中進(jìn)行了積極的推廣，也取得較好的效果，其中某專業(yè)的學(xué)生在指導(dǎo)后，其研究生的入學(xué)考試中，控制工程基礎(chǔ)課程的成績?nèi)〉昧私咏鼭M分的成績。綜上所述，本文針對機(jī)電類控制工程基礎(chǔ)教育中存在的基本問題，設(shè)計(jì)了對應(yīng)的解決方案，并在教學(xué)中進(jìn)行了積極的實(shí)踐，取得了良好的效果。

作者：關(guān)宏偉 單位：寧波財(cái)經(jīng)學(xué)院數(shù)字技術(shù)與工程學(xué)院