应用型本科“控制工程基础”课程的教学改革与实践研究*

张磊　王树臣　张建化（徐州工程学院机电学院，江苏徐州221018）



应用型本科“控制工程基础”课程的教学改革与实践研究*

张磊王树臣张建化
（徐州工程学院机电学院，江苏徐州221018）

摘要：分析了“控制工程基础”课程的特点和教学现状，阐述了应用型本科院校机电类专业“控制工程基础”课程的教改思路，介绍了徐州工程学院机电学院“控制工程基础”课程教学改革的实施经验。

关键词：控制工程基础；应用型本科；教学改革

Abstract:Based on the characteristics of the curriculum "Introduction to Control Engineering" and its present teaching situation, the teaching reform thinking of this curriculum towards the mechanical and electrical engineering in application-oriented colleges is proposed and the implementation experiences in the mechanical and electrical engineering school, Xuzhou Institute of Technology, are introduced.

Keywords:Introduction to Control Engineering; application-oriented undergraduate; teaching reform

进入21世纪，我国高教界跟随国际潮流，开始重视实践教学，强化应用型人才培养，在全国范围内明确了一批以培养“应用型人才”为目标的本科院校。经过十余年的发展，2014年3月，教育部进一步明确高等教育的改革方向：全国1200余所高校将有超过600所高校逐步向应用技术型大学转变。由此，我国高等教育的办学格局渐趋明朗，应用型本科教育将与传统学术型本科教育并驾齐驱。于是，围绕新兴应用型本科教育的课程教学改革和实践教学体系改革成为教育界，尤其是应用型本科办学高校探讨的热点。

“控制工程基础”课程是机械仪表类、电子信息类、动力工程类等工科专业的专业基础课，它以控制理论为基础，研究在工程实践基础之上抽象出来的用于设计与分析控制系统的共性问题，在整个理工科专业知识体系中起到重要的承前启后作用，对工程实践具有重要的指导意义。在当前各学科积极探索应用型本科教学改革之路的背景下，如何围绕应用型人才培养目标，改革“控制工程基础”课程原有的体系结构和教学模式，使之适应应用型人才培养的要求，与时俱进，是该课程要面对的首要问题，一大批一线教师展开了积极探索。徐州工程学院（以下简称“我校”）从升本建校之初，就明确提出以培养应用型本科人才为办学目标，文章将结合在我校机电学院实行“控制工程基础”课程教学改革的实际情况，探讨该课程的教改实施问题。

一、“控制工程基础”课程的特点及教学现状

“控制工程基础”课程对于机电学院的学生来说是一门比较抽象的专业基础课，它紧密围绕工业生产装备控制自动化的发展趋势，将种类繁多的各类控制机械、设备、装置的本质原理抽象出来，形成数学公式化的语言，讲述分析综合、设计调整控制系统的基本方法。课程在大三开设，紧密联系学生在大一、大二所学的多门课程，如高等数学、大学物理、电工电子、线性代数等。这些已学课程的学习难度本来就很大，而到了“控制工程基础”这门课程的学习时则需要学生综合运用所学的上述知识来分析和解决实际工业控制问题，因此，学习难度将进一步加大；同时，该课程又是一门实践性很强的课程，需要充分体现该课程的理论性与工程性交叉。

故由上述分析可见，“控制工程基础”具有学习内容难、跨度大、讲解繁、知识活等特点，这给教师授课带来很大困难，同时也对教师的业务素质提出很高要求。传统学术型本科教育，对该课程的体系框架和教学模式的思维多在本学科内单项进行，在课程内容组织上，为强调知识的完备性和系统性，常采用多课时（64课时左右）系统性讲解，要求学生全面掌握问题的提出、建模、简化、求解、推导、证明、引申等过程。而应用型本科教育，理论教学课时需要向实践教学课时让位，多数高校都将该课程压缩到40-48课时教学，学时短而任务重，必须对教学内容合理取舍、灵活改进教学方法，若仍采用传统教学模式讲授，常常令学生不堪重负，丧失专业学习兴趣和信心，严重时甚至会波及后续专业课程的学习，使学生丢掉学习主动性。

二、应用型本科“控制工程基础”课程教学改革的基本思路

针对“控制工程基础”课程的特点和教学现状，结合应用型本科办学的要求，我校机电学院“控制工程基础”课程教学团队的五位教师统一思想，认真讨论，形成以下几条课程教改的基本思路：

1.修订教学大纲：使之在新学时要求下与专业培养要求相适应。

2.选取合适教材：所选教材章节应尽量与大纲要求、课堂讲授顺序匹配。

3.优化理论教学内容：遵循由浅入深的原则，优先保证基础、核心知识的讲解；保留简单的推理论证环节，舍弃繁冗深奥的证明过程；推崇实例教学，多讲针对性强的例题。

4.改进教学方法：将现代教学手段与传统教学方法有机结合。

5.加强实验教学：选择锻炼学生动手、动脑的实验；引入MATLAB仿真。

三、应用型本科“控制工程基础”课程教学改革的实施

（一）修订教学大纲

对应专业培养目标，将课程教学内容和学时（40学时）做如表1分配。在教学内容选择上，重点讲解数学模型、时域分析、根轨迹法和频域分析四个章节；舍弃控制系统的分析与校正、线性离散控制等内容；在时域分析、根轨迹法和频域分析3个体现经典控制理论特色的章节中，精选3个实验促进学生对知识的理解吸收。

表1　课程授课内容与学时分配

（二）编制适合应用型本科教学的教材

教材是学生的重要学习工具，作为学生课前预习和课后复习的重要参考资料。因此，教材的优劣一定程度上影响学生的学习效果。选择教材要与学生的学习能力和教师的讲授顺序、知识要点相匹配，还要根据不同的专业和学时，选择不同的教材。

在教材选择上，我校机电学院一直选用清华大学出版社董景新教授主编的《控制工程基础》第三版教材，该书编写细致，习题丰富，可供学习利用的网络资源较多，是学习控制理论的经典教材之一。但对于学时短的应用型本科教学而言，该教材适用性并不强。具体使用中，根据教学大纲，学院只能摘选部分章节进行教学，容易给学生造成教学顺序混乱的印象，并带来复习不便的问题。针对这一问题，经过数年教学经验的积累，我们组织一线教师自己编制了适合本校师生使用的“控制工程基础”教材，并联系西电出版社出版。该教材根据应用型本科学生的学习基础和学习能力，精简内容，整合章节，摘选了大量例题分析，简明扼要地阐述了经典控制理论的主要内容，在使用中受到了学生的好评。

（三）改进教学方法

如今大学课堂，教师讲课几乎全部采用多媒体进行，字迹清晰，方便快捷，增加声音动画吸引学生兴趣，教师备课也变得轻松惬意。然而，这种教学方法同时也让学生放弃了纸笔的记录和写画，从参与教学变成旁观教学，新授知识从眼前闪过却难以历久弥新；教师放弃传统的黑板粉笔，得到教学速度的同时却失去了令学生加深印象、咀嚼新知识的机会。故多媒体教学和传统的黑板粉笔教学各有利弊。

对于“控制工程基础”课程教学而言，大量的公式图表若都采用“放电影”式的讲解，极易令学生麻木疲惫，一节课下来仿佛学到很多却毫无头绪；而采用黑板粉笔固然能加深印象，却不能满足教学进度的要求。我们敏锐地注意到了现代教学方法和传统教学方法的差异和优劣，在教改中强调扬长避短，每位教师都要注意教学方法，努力实现二者的有机结合。

（四）网络教学平台的构建与应用

课堂教学完成以后，从我们的经验看，由于学生基础弱，完全掌握消化课堂讲授知识还需要课后必要的复习和练习；而且在课堂教学中教师是主体，不能因材施教，同时对学生自主思维能力的培养也较少。在教改中，我们注意到这一点，提出构建网络教学平台来弥补课堂教学的不足。利用学校的“天空教室”公共平台，我们构建了“控制工程基础”网络教学平台。它包含了教师课堂授课的各种教学资料，同时还提供问题讨论、教师在线答疑、测试等功能。学生进入后可以根据个人情况，自主选择学习时间、学习内容和学习方法，较好地培养了学生的自主思维能力。

（五）灵活运用MATLAB

控制系统的数学模型可以使用MATLAB辅助分析计算、绘图仿真，这给学生的学习带来了趣味。举例来说，在讲解根轨迹法时，伊凡斯的绘图方法讲完后，学生普遍对徒手绘制根轨迹图畏手畏脚，担心绘制的不正确、不精确。在引入简单的几条MATLAB命令后，正确的根轨迹图清晰地呈现在电脑屏幕上，这令学生惊喜不已，同时对照电脑上根轨迹图的功能可以印证和加深伊凡斯所提的绘图方法，较好地辅助了学生的理解。类似地，在讲解时域分析和频域分析时适时引入MATLAB命令，令学生都会有惊喜发现，从而激发学生的课程学习兴趣。

四、结束语

“控制工程基础”课程的教学改革与实践在我校机电学院实施已经有近一年时间，这中间也出现了一些教改问题，如舍弃了“控制系统的分析与校正”章节后，整个经典控制理论从讲述结构上显得不太完整，学生在使用网络教学平台时尚有许多不便的地方，这些都值得我们后续总结和改进；然而教改总体呈现出了良好的整体效果，回访学生发现，学生感觉教改实施后，学习负担较轻，教师讲课与教材章节契合度高，条理性强，引入MATLAB提高了学习兴趣，使用网络教学平台感觉课后复习有了可供依靠的后盾。这些反馈信息初步证明上述我们的教改是可行的，是适合学校发展定位的，同时也为其他应用型本科院校开展“控制工程基础”的教学改革提供了有益的参考和借鉴。

参考文献

[1]王伟，申爱明.《控制工程基础》课程教学改革研究与探索[J].安徽师范大学学报，2007，30（2）：139-141.

[2]陈雪艳.机械专业《控制工程基础》教学改革探讨[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2015，4：301-302.

[3]戴晓春，王宏祥，尚锐，等.MATLAB在机械控制工程基础课教学中的应用[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2013，4：134-136.

作者简介：张磊（1978-），男，汉族，江苏省徐州人，博士，副教授，研究方向：机械制造质量控制。王树臣（1967-），男，满族，黑龙江省佳木斯人，硕士，教授，研究方向：工程装备机电控制。张建化（1979-），男，汉族，河南省灵宝人，博士，讲师，研究方向：机器人控制。

*基金项目：文章系徐州工程学院科教基金项目的阶段性研究成果（编号：YGJ1446），（时间：2014年5月-2015年12月）。

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）09-0127-02