基于多样化教学的控制工程基础教学改革探讨

庞晓旭 韩建海 邱明 仲志丹

摘 要 针对控制工程基础课程存在的理论基础强、内容抽象、学时短、涉及多学科知识且仅注重理论教学等特点，在分析如何让学生明白控制工程基础是干什么的，如何结合实际以及怎么学习的基础上，探讨以项目教学为主线，以案例教学为辅，引入控制技术前沿及科研技术难题，探索教—学互换教学模式的教学方法，提高教学质量，培养学生创新能力，提高学生综合素质，让学生具有国际竞争力。

关键词 控制工程基础；项目教学；案例教学；教学改革；教—学互换教学模式

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）12-0089-03

1 引言

控制工程基础是以经典控制理论为基础的专业技术基础课，其主要研究单输入、单输出和系统三者之间动态关系，是现代控制理论和智能控制理论的基础课。课程涉及高等数学、大学物理、理论力学、电工电子等，理论知识强且多，内容比较抽象且涉及面广等[1]，因此，学生学习起来非常困难。随着河南科技大学宽基础教学模式的改革，课程课时量减少，教师很难全面系统地对课程进行全方位讲授，且传统上只注重理论教学，实践环节相对占比重较少；甚至由于学时有限的原因，教师仅讲授公式定理，导致学生只知其然而不知其所以然，仅会使用公式进行考试。这就造成学生对课程的了解仅限于表面，不了解学习这门课的目的是什么，具体如何运用，更难以利用所学知识有效解决工程实际问题，因此大大减弱了学生学习的兴趣及参与度。

随着教育国际化的发展，加入工程教育国际互认《华盛顿协议》，不仅可以提高我国工程教育质量，而且有利于提高我国本科生在国际市场上的竞争力。河南科技大学机械设计制造及其自动化专业于2016年通过中国工程教育协会的认证，这标志着该专业的本科毕业生可以得到国际上的认可。为了与工程教育培养目标一致，满足工程教育的毕业要求，需对控制工程基础进行教学改革。本文以项目教学为主线，案例教学为辅，控制技术前沿及科研技术难题为引导，实施教—学互换教学模式，提高学生学习兴趣，增加学生参与度，进而达到提高学生综合素质的培养目的，增强学生国际竞争力。

2 加强绪论的讲授，激发学生学习兴趣

控制工程基础是一门理论基础课，很多学生接触到这门课的第一感觉是不知道它是干什么的，甚至学完后依然不明白其有何实际用处，因此会在茫然中开始学习，混沌中结束学习，当然不会有兴趣学习这门课[2]。在首次课讲授时，教师首先要让学生明白这门课是干什么的，有何实际用处，如何与工程实际相结合。这就要求教师必须重视绪论课的讲授，要重点突出控制在机械工程领域的重要性，可以通过由易到难工程实例、由低端设备到高端设备自动控制、由古到今控制理论的运用等方面和学生一起分享，让学生感受到控制的重要性及实际运用；同时可以列举国际控制技术前沿和科研难题以及国内还存在的差距等，以此来激发学生学习控制的激情，如可以讲授空调制冷系统控制、天宫一号的精准对接、机器人的快速反应、古代指南车发明等。通过绪论课的教授，要让学生明白这门课是干什么的，有何实际用处，作用的重要性，以及现在还存在什么样的难题亟待解决等，他们自然会提高学习这门课的兴趣及激情。

3 以项目教学为主线，增加学生参与度，提高团队协作及自学能力

项目教学就是以某个特定工程实际项目的研究贯穿于整个讲授过程，是基于項目的教与学的教学模式[3-4]。项目教学可以很好地实现理论和实践的有机紧密结合，课堂上以理论储备为主，课下用理论知识来解决工程实际项目。如针对机械设计制造及其自动化专业实施“直流电机闭环控制系统设计”项目教学，要求学生通过对项目的研究，学习直流电机速度和位置控制系统的建模方法、一阶系统分析、二阶系统分析、误差分析、频率响应分析，以及根据分析结果对系统进行校正设计。以该项目为主线，贯穿整个教学过程，学生可以根据教师教学进度进行项目研究，也可以根据自己情况通过自学进行项目研究。该项目教学主要培养学生解决复杂工程问题能力、团队协作能力、撰写报告能力以及表达能力等。

以河南科技大学机电工程学院机自卓越班为例，全班30人共分为六个小组，每个小组领取项目指导书。项目小组内人员分工由项目小组自行商定，根据项目指导书以团队协作形式进行项目研究。在项目进行过程中，指导教师对每个小组进行考核，考核内容包括研究报告撰写、PPT制作汇报、项目创新程度、团队协作等，并根据项目研究情况给出考核成绩，计入总成绩。通过项目教学，激发学生学习兴趣，增加学生参与度，进而提高学生综合素质。

4 以案例教学为辅，拓展学生解决问题能力

创新意识及能力的培养并不一定要创造出新的事物等，更要求学生具有举一反三、触类旁通、综合知识运用的能力。在以项目教学为主线的情况下，同时进行多种案例教学，不仅可以拓展学生知识面，更可以提高学生分析解决问题的能力。只有见过并做过一定的设计实例，才能积累一定的经验和知识储备，这样学生才有更大更多的信心去创新。

案例教学（case-based teaching）是以工程实例讲授为辅助的教学法，有助于培养和提高学生主动参与课堂讨论[5]的兴趣。案例教学具有以下特点。

1）案例是为教学目标服务的，因此，案例应具有一定的代表性，具有触类旁通的作用；且应该来源于工程实际或科研课题等，要与所讲授的理论知识有直接的联系，加深学生对知识的理解，更好地培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。

2）案例教学要客观生动、图文并茂，具有吸引人的特点。控制工程基础是理论基础课，理论知识比较多，容易造成学生课堂上注意力不集中甚至玩手机或打瞌睡。因此，要求案例不仅仅是一堆数据罗列、公式推导等，要尽可能地采用动画、曲线、仿真模型等对案例进行生动分析和讨论，最好是经过教师认真编排的生动的工程实际案例。

3）案例应该多样化。案例教学旨在让学生加深对所学理论知识的理解，培养运用所学知识解决实际问题的能力。案例的多样化不仅可以增加学生的知识面，而且可以拓展学生的思维。

案例教学以其直观生动的特点，可以很大程度上调动学生积极性，同时可以实现教学相长，促进师生共同进步。如在教学过程中可以以市面上较多的平衡车为例，剖析平衡车的平衡原理，分析平衡车采用何种控制方法，采用何种校正方法进行系统校正，以及如何通过系统的校正来解决平衡车所涉及的控制工程基础中稳准快的特点。

5 让学生参与教学，实现教—学互换，提高综合素质

工程教育专业认证要求教学以学生为中心。传统上教学一般以教为主，其实教学是一种教师和学生的双边互动行为，双方要有及时的沟通和对话[6]。传道授业解惑是为学习而存在，更是为学习服务的，激发学生学习兴趣，让学生真正成为学习的主体。因此，改变传统以教师为主体的教学方式，让学生参与教学活动，实现一定程度的教—学互换，培养学生学习兴趣及主动性。

为此，教师可预先布置1～2个知识点、某个例题或者学生自己总结的案例等，如二阶系统瞬态响应的性能指标、方框图的简化方法或例题、伯德图的绘制方法或例题等，让学生自行学习，并将下次课的前10分钟留给学生，鼓励学生自己来讲授该知识点、例题或自己总结的案例等。教师对讲授的内容进行积极评判，对暴露的问题进行补充，激发学生积极思考、主动学习的兴趣，增强学生的成就感，进而提高控制工程基础的教学质量。

6 结语

控制工程基础理论性强，知识点多，具有多学科集成、联系实际紧密等特点。当今社会的快速发展对学生的综合素质教育提出更高更多的要求，这也就要求不断改革高等教育教学方法及教学手段，以适应社会的快速发展。面对新的形势，教师应该主动探索、积极改革，对教学内容进行统筹安排、凝练总结，理清课程知识结构体系，把握课程总体进度，循序渐进、积极引导，结合控制工程当前的前沿技术和科研技术难题，采用以项目教学为主，案例教学为辅，教—学互换教学模式穿插其中的教学方法，在丰富课堂教学方法和教学手段的同时，增加创新实践教学环节，提高学生学习兴趣及参与度。

通过教学改革，不仅可以提高教学质量，更有助于把学生培养成基础理论扎实、知识面宽、综合素质能力强、具有一定创新能力的高级技术人才，在工程教育国际化的形势下，也有助于学生参与国际竞争，提高学生的业务素质和就业竞争力，同时对促进高等教育综合素质的培养具有重要意义。

参考文献

[1]彭宝营，陈秀梅，黄民，等.机械控制工程案例教学研究[J].中国教育技术装备，2016（6）：11-13.

[2]景大雷.“机械控制工程基础”课程教学初探[J].科教导刊，2016（5）：112-113.

[3]王宁，姜虎强.职业教育课程项目化教学改革研究：以电气自动化技术专业为例[J].中国教育技术装备，2016（14）：100-101.

[4]戴金桥，俞阿龙，孙华军.项目驱动法在智能仪器设计课程教学中的应用[J].中国教育技术装备，2015（16）：83-85.

[5]肖细元.《大气污染控制工程》课程教学的思考與方法创新[J].西南师范大学学报：自然科学版，2014，39（2）：165-169.

[6]郑理，刘鸿.应用型本科院校《机电控制工程》课程教学探索实践[J].教育教学论坛，2015（47）：129-130.