《控制工程基础》课程的教学改革实践

赵转哲　许德章　裴九芳　王海　陈玉

摘 要：针对目前《控制工程基础》在教学方面存在的问题，从满足培养应用型工程技术人才的需要出发，该文在教学内容、教学方式、实验内容、信息反馈平台以及考核方式等方面，对《控制工程基础》课程的教学改革实践内容作了详细介绍。

关键词：控制工程基础 教学改革 实践

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-0-02

《控制工程基础》是该校测控技术与仪器、车辆工程、机械设计制造及其自动化、过程装备与控制工程等专业的一门核心课程，其主要运用控制论的基本原理及基本思想方法，分析研究机械工程中有关信息的传递、反馈及控制等有关方面的内容，让学生学会信息处理和系统分析与综合的基本方法。由于所研究的问题带有普遍性，对工程实践具有重要的指导意义[1]。

该课程在整个知识结构框架中起着承前启后的作用，是联系机械与电气技术、液压技术以及动力工程等技术的纽带，是基础理论学习到专业知识学习的桥梁，为设计机电控制系统及进一步研究学习控制理论打下坚实的基础。

同时，由于《控制工程基础》是一门理论性与综合性很强的交叉学科，且与数学学科联系紧密，课程内容较为抽象，具有作图和计算多的特点，在实际的教学实践中，形成了“教师难教、学生难学”的问题，因此有必要对传统的教学模式进行思索和总结，探讨在新的教学模式体系下，如何提高教育质量和更好的培养学生。

1 目前课程教学中存在的问题

1.1 具体来讲，有以下几个方面的问题

（1）内容多，学时少

本课程是一门较为开放的学科，涉及的数学知识、电子技术等其他学科的内容越来越多，尤其是随着计算机的发展，新内容不断涌入，控制论的知识越来越丰富，然而在教学过程中，学时却被一再压缩，目前已减少至38～40学时（其中还有4个学时的实验内容），教学内容多、课时少的矛盾越来越

突出。

（2）实验单一，理论与实践脱节

实验是理论教学的不可或缺的有益补充，同时也是提升学生主动学习的积极性和原动力的主要方面，然而，目前由于近几年招生规模的扩大，实验室设备明显不足，通常采用三、四个学生一组的方式，就造成学生没有动手的机会，更给缺乏学习主动性的部分学生提供不做实验的借口，而且实验室所开设的实验大都是验证性实验，缺少综合性、设计性和创新性实验，造成学生理论与实验、实践环节脱节，根本无法满足不同学习层次的学生的需要。

（3）教学方式单一

在传统的教学模式中，教师和教科书是信息传递的主要媒介，还有黑板、粉笔、挂图、模型、仪器等，虽然有教师采用多媒体教学，但仍停留在以PowerPoint演示文稿为载体，照搬教材文字和内容进行教学的方式，起不到应有的教学效果，这已大大不适应信息社会对《控制工程基础》教学的要求。

（4）考核方式单一

在中国传统教育中，考试作为评价学生学习过程和教师教学活动的唯一标准和方式[2]，抹杀了个别学生的个性发展，这种考核方式不对学生的创新能力进行评价，必然导致部分学生在学习该课程时，过分追求考试结果而忽视学习过程，忘记了学习的本质，丧失了学习的动力，同时教师也缺乏进行教学内容和方法创新的动力。

2 课程教学改革的若干方法与实践

为适应高等教育改革进一步发展的趋势，满足培养应用型机械工程技术人才的需要，我们课题组全体教师对《控制工程基础》课程进行了一些有益的改革和实践，具体如下。

（1）优化教学内容

根据控制理论的学科的发展趋势，结合我校对机械类工科学生的人才培养的整体要求，教研室全体教师集体讨论，在既注重强调基础训练、抽象思维能力及综合应用能力的培养又符合时代特色和学科自身发展规律的基础之上，制定新的教学大纲，优选合适的教材，优化整合教学内容：增加了实际工程中经常用到的根轨迹法和现代控制论的初步内容，强化MATLAB软件在控制领域的应用内容，删去一些不够典型且已陈旧的例题和习题，取而代之的是与工程应用结合紧密、具有代表性的习题和例题，精简了一些要求过高的内容，比如高阶系统的时间响应分析、信号流图和Mason公式以及赫尔维茨判据内容，既减轻学生的负担，又能保证对控制论整体知识的理解和掌握。

（2）加强实验教学

注重理论教学和实验教学的结合，针对以往实验教学过程中的不足，在实验内容设计时，正确处理课程内容的技术性、综合性和探索性的关系，以验证性实验为基础，加大综合性、设计性和创新性实验的比例，在已有2个实验的基础上增加了系统的频率特性测试及校正、PID调节器设计等实验[3]，这些内容突破传统的实验模式，既有实物的实验，也有计算机软件模拟仿真的实验，例如我们在针对一阶系统、二阶系统的典型输入信号的时域响应的实验时，我们只给出实验目的和实验原理，让学生自己设计实验方案，一种是在实验室搭建真正的电路，另一種是采用计算机仿真软件如MATLAB或MULTISIM实现，或者让二者结合，互相验证，从而使学生发挥自己的主观能动性和创造力，结合自己的兴趣点，完成实验内容，达到实验教学的目的。

（3）教学手段多样化

将多媒体教学与传统教学科学合理地有机结合，有效提高课堂教学效率。对于多媒体课件，一定要精心组织内容，绝对不作教材内容的“搬运工”。课件将工程实践中与教学相关的图片、视频等形象、直观地向学生展示，信息量大，且时常更新，做到短时间内传递大量信息，抽象的理论与具体的工程实物结合[4]，有效地弥补了教材的不足，使学生的理解、体会更加深刻，顺利地突破这些教学重点和难点。在使用多媒体课件授课时，绝对不局限于仅仅做一个幻灯片的播放者，不能一味地依赖课件，一定要结合黑板板书等传统的授课形式，或者做一些简单的推导和证明，注意学生课堂上的反应，对学生进行启发，调动学生积极参与课堂讨论，既做到在有限的课堂提供给学生尽量多的信息，又尽可能地留给学生做笔记的时间和思考问题的空间，加深学生对问题的理解运用，使教学效率及效果得到真正意义上的

提高。

（4）建立信息反馈平台，教学相长

教师向学生传授知识的过程，从控制论的角度来说，理想状态应该是一个带有信息反馈的过程，该过程可用图1所示的方框图来表示[5]。所以，如果要达到理想的教学目的，在教学实践中，有效的信息反馈平台必不可少，我们采用利用网络、QQ群、课外学习小组、课后作业、课后答疑、平时测试、课堂提问等多种方式，有效地和学生建立了学习情况的反馈机制，通过这个平台，根据教师可以根据学生对已学知识的掌握情况，及时研究和调整教学方法，适时改变教学进度和节奏，教学相长，把教师和学生这两个不同的主体紧密的联系起来，使得教师应传授的知识与学生实际掌握的知识的误差趋近于零。

（5）丰富考核方式

根据控制工程基础对理论性和实践性要求都比较强的特点，在课程考核方面，我们尝试采取理论考核、实验考核和平时考核三者结合起来进行综合评价，合理分配三者之间的比例，其中平时考核占20%，主要由平时上课出勤情况、作业完成情况、课堂回答问题情况等组成，实验考核占30%，主要从实验态度、动手能力、创新能力、完成情况、实验报告等组成，考试占50%，采用开卷和闭卷相结合的靈活方式，对于常识性、客观性的内容采用闭卷形式，开卷主要以主观应用型题目为主，避免学生花大量时间死记硬背公式，着重考核学生对知识的深入理解和灵活应用能力（图1）。

3 结语

《控制工程基础》作为工科机械类专业中的一门核心课程，对学生的工程能力的培养是具有重要意义的。教学改革的目的是提高教学效果，培养学生学习的主动性和积极性，从而培养学生在工程实践中的创新意识和创新能力。多年来，我们教研室全体教师一直以此为目标，不断更新教育观念，积极尝试进行教学的改革和探索，初步形成具有校院自身特色的教学模式，达到了较满意的教学效果，教学质量得到了持续改善，适应对工程应用型人才的培养需求。

参考文献

[1] 张若青，罗学科，王民.控制工程基础及MATLAB实践[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 蔡文伯.改革考试制度培养创新人才[J].教育发展研究，2000（12）：47-49.

[3] 宋小娜，乔文生，孙帅.机械控制工程虚拟实验平台的开发研究[J].机械工程与自动化，2008（5）：54-56.

[4] 李欣.多媒体教学的利与弊[J].电力职业技术学刊，2009（4）：43-44.

[5] 卢继霞.对“控制工程基础”课程教学的思索[J].考试周刊，2012（15）：172-173.