教學改革下的控制工程論文

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一教學過程中存在的問題

經(jīng)過河南科技大學機電學院任課老師多年的實踐和經(jīng)驗總結(jié)，從課程內(nèi)容、教學手段、考核制度等方面進行了一系列的改革，總結(jié)出了一套卓有成效的解決方案。

二改革方案

1．控制工程基礎(chǔ)課程內(nèi)容的改革

控制工程基礎(chǔ)理論體系繁雜，在教學大綱要求的時間內(nèi)難以完成全部內(nèi)容的講解。因此，根據(jù)學生學習和就業(yè)的需要，在機電學院多位教師的協(xié)同努力下，我們編寫了教材《控制工程基礎(chǔ)》，并在2008年4月由科學出版社出版。教材內(nèi)容的組織和編排合理，能夠循循善誘地引導學生的學習興趣，培養(yǎng)學生獲取知識，并利用知識進行創(chuàng)新的能力。而且內(nèi)容比原來更加務(wù)實和精簡，增加了很多應(yīng)用實例。教材不僅能夠在有限的課時內(nèi)講授完控制理論的基礎(chǔ)原理和基本方法，而且重點講解了學生將來在工作實踐中可能用到的知識，為今后將控制理論應(yīng)用于工程實際打下堅實的基礎(chǔ)。除我們自編的教材外，還推薦中外經(jīng)典控制方面的教材供學生選讀，以幫助學生拓展思維空間以及提高獲取知識的能力。此外，隨著計算機科學迅速發(fā)展，計算機仿真已經(jīng)成為一項廣泛應(yīng)用的技術(shù)。因此本書在每一章的最后都給出了使用Matlab語言進行控制系統(tǒng)的計算機仿真分析的實驗案例，增加了分析控制系統(tǒng)基礎(chǔ)問題的途徑。新編教材內(nèi)容分為數(shù)學基礎(chǔ)、系統(tǒng)建模、性能分析和系統(tǒng)校正設(shè)計四大塊。數(shù)學基礎(chǔ)知識部分在介紹復變函數(shù)的基礎(chǔ)上，重點引出拉氏變換及其應(yīng)用，為后續(xù)章節(jié)的學習奠定了數(shù)學基礎(chǔ)。系統(tǒng)建模部分，從時域、頻域等不同的角度對系統(tǒng)各個基本環(huán)節(jié)進行建模，通過建立微分方程、傳遞函數(shù)和方塊圖來建立各模型的聯(lián)系，有助于學生加深對實際模型和抽象模型的理解。系統(tǒng)分析內(nèi)容中，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性是最基本的分析對象，分析方法的主要內(nèi)容包括系統(tǒng)時域分析法和頻域分析法，這也是控制理論教學的重點和難點。系統(tǒng)校正部分內(nèi)容重點討論了串聯(lián)校正中的幾個重要環(huán)節(jié)和非常實用的PID校正，這對提升學生解決工程問題的能力十分重要，同樣也是教學的目標之一。在講授過程中，將這幾部分作為課程主線串聯(lián)起來，各知識點會變得清晰有條理，邏輯性強。

2．控制工程基礎(chǔ)教學方法的改革

第一，采用現(xiàn)代化教學手段。運用多媒體教學，設(shè)計電子教案、PowerPoint課件和Matlab課程案例，采用圖文并茂的投影顯示模式，使得公式推導和系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果等操作變得形象、簡單，使原本枯燥、抽象的理論闡述變得生動和具體。采用Flash設(shè)計開發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學軟件，集成網(wǎng)絡(luò)課件、網(wǎng)上自測練習、網(wǎng)上虛擬仿真實驗和其他相關(guān)素材，建立機械工程控制基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)教學環(huán)境；課堂上教師利用授課的計算機穿插演示仿真實驗，學生課后也能利用個人計算機上網(wǎng)進行相關(guān)內(nèi)容的自測練習和仿真實驗，形成課上、課下的實驗教學氛圍；學生可以通過大量仿真練習在實踐中學習，使晦澀的理論變得通俗易懂。教師在“教中做”，學生在“做中學”；教師課前將上課要講授的內(nèi)容和課堂視頻影像上傳到課程網(wǎng)站，實現(xiàn)資源實時共享。學生可以根據(jù)需要提前下載內(nèi)容預習，課上也不需要匆忙地做筆記，留下更多的時間專心聽課。第二，理論和實踐相結(jié)合。實踐教學對學生的動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有十分重要的作用，是本課程重要的一個環(huán)節(jié)。在完成基本教學任務(wù)的同時，不斷建設(shè)、充實和完善多層次的實驗體系和課內(nèi)、課外多種形式的實踐能力培養(yǎng)模式，將課題組成員曾經(jīng)做過的科研項目和工程經(jīng)典案例納入教學內(nèi)容中，讓從未接觸過工程實際的學生能夠建立機械工程控制的整體概念。根據(jù)本課程的特點，并結(jié)合本課程的實驗條件和學時數(shù)情況，將原理型實驗與設(shè)計型、綜合型、研究型實驗相結(jié)合，設(shè)計三個層次的實踐教學環(huán)節(jié)，即在課堂和課后作業(yè)中完成原理型仿真實驗；在實驗室中完成面向機電工程中典型物理對象/系統(tǒng)的特性測試、分析與控制實驗；以課外創(chuàng)新實踐的方式實現(xiàn)典型機電系統(tǒng)的構(gòu)建、特性分析、測試與控制設(shè)計。在課堂與實踐教學環(huán)節(jié)中對學生的獨立思考能力、動手能力和創(chuàng)新能力進行有意識的培養(yǎng)，而不是一味地向?qū)W生灌輸書本上的理論知識。第三，優(yōu)化考核方案?？己耸求w現(xiàn)教學價值的重要手段，科學靈活的考核方法對教師教學和學生學習的效果起到重要的促進作用。傳統(tǒng)的考核方法有很大的局限性，必須改變，將考核貫穿于教學過程中。我們從課堂學習態(tài)度、平時作業(yè)與出勤率（20%）、實驗參與度（10%）和結(jié)課考試（70%）等方面對學生的成績進行綜合評定，這樣的成績更能客觀地反映學生課程的學習狀況。所謂課堂表現(xiàn)，是教師每次講新課前，占用5～10分鐘對上次課程進行回顧，并對新課內(nèi)容進行簡單的口頭概括。為提高學生的聽課效率，將該環(huán)節(jié)交由學生完成。實驗參與度是指學生在實驗過程中真正參與到設(shè)計和創(chuàng)新活動的程度，是對學生創(chuàng)新思維、獨立分析問題和解決問題能力的一個判定。結(jié)課考試的命題是以教學大綱為依據(jù)，不僅考查學生的基礎(chǔ)理論知識，更重要的是考查學生理論聯(lián)系實際的能力。這種考核模式的變革，一方面是為修正過去學生平時不努力，考前突擊也能得高分的習慣做法；另一方面提高學生的動手能力和解決實際問題的能力，為將來就業(yè)時與企業(yè)快速對接打下堅實的基礎(chǔ)。

三結(jié)束語

作為機電專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，控制工程基礎(chǔ)在培養(yǎng)學生對專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力、動手能力和創(chuàng)新能力中占有重要的地位。通過對課程教學內(nèi)容及方式和考核方式的改革，初步解決了學時少、內(nèi)容多的瓶頸問題，使教學內(nèi)容更加貼近工程應(yīng)用實際需要，在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和綜合應(yīng)用能力方面都取得了良好的成效。

作者：徐莉萍 項楠 李健 單位：河南科技大學機電學院