车辆工程专业《控制工程基础》教学改革路径探讨

禹文涛

摘要：车辆工程专业的《控制工程基础》授课围绕的核心内容是加强与该专业的联系、加强与学生的合作、加强与学生的沟通等方面，提出了控制工程類课程教学的改革方案。并在本文对教学内容密切联系专业、课下课堂对接、理论教学与实验教学的结合、改变教学方式和方法等路径进行探讨。

关键词：控制工程;教学改革;车辆工程

0  引言

国际教育界在车辆工程专业授课中开展了无数次的教学形式改革，试图进一步扩大该专业教学的内容范围，改善该专业教学的整体效果。在车辆工程专业，《控制工程基础》是学生必修的基础课程，其中涉及机械设计制造和机械自动化运行控制，工程车辆控制系统设计及制造，生产过程设备及其控制工程等方面基础知识。在《控制工程基础》授课中，要为学生非常清晰的讲解结合专业应用方面的知识，因此在授课时应更加重视将现有控制工程技术结合于控制工程系统中，并且深入研究如何实施新的课程方法才能更好的培养学生这方面的能力。

1  课程的性质与特点

《控制工程基础》首先是一门专业基础课程，该课程具有涵盖大量的基础理论及核心概念，涉及广泛的专业知识等特点。该课程的设置目的在于引导学生如何分析和建立系统动力学模型，其中核心目的是引导学生在车辆工程系统中，领悟控制工程学的核心理论，掌握详细且准确分析方法。该课程要解决的核心问题是如何从《控制工程基础》的课堂内容出发，结合车辆工程专业的实际应用，建立最原始的设计模型。通过相关软件建立数学模型，将车辆控制工程系统的实际功能与之相互匹配，使之实现良好的控制效果。该课程内容还要从工程技术的范畴对软件系统的整个动态过程进行研究。整个过程最终由系统实现的高层思维的主要特征决定，从系统的某些初始状态开始，延伸到系统控制信号实时的输入与输出。该课程首先要解决系统分析问题，即在系统软件已经确定，并且输入已经确定时，用输出的变动研究分析系统功能的准确性、速度性和稳定性问题;其次要解决最佳的设计问题，即系统软件已定，且输入确定后，系统最终输出基本满足最佳设计的要求。控制工程基础课程中，有许多公式、定义定理、判据，涉及时域、频域和复数域，因此本课程的内容是非常单调的。《控制工程基础》实际上涉及的专业知识内容非常丰富，甚至需要认真学习和掌握电工学、电子工程学，车辆工程动力学，液压设备与系统控制等相关课程的内容后，才能降低理解这门课程内容的难度[1]。在学与教的过程中，学习内容的数量与学习时间之间存在矛盾和冲突。学校的课堂教学内容较多，但是在有限的实验中仅取得很少的实验结果，造成学生不能从实践中较好的吸收知识点和巩固重点内容，更无法掌握关键点内容。综合所述车辆工程专业的教育者们应针对专业教学给出理想的改革方案。

2  控制工程基础课程教学改革的路径

2019年底，通过问卷形式调查了控制工程基础课程中车辆工程专业的学生，列举了11个问题，并把回收的59份有效的问卷在老师和学生之间进行了充分的交流。问卷从学习方法、授课形式、师生沟通交流形式、教学难点等角度进行调查研究，从而整理和收集有关课程内容和教学方式的信息。从收集的信息的内容分析并得出的最终结果来看，控制工程基础教学中需要解答几方面的问题：学习的专业课程与未来研究或就业的关系;如何引导学生积极学习专业教学的所含内容;没有典型的应用实例;作业任务过多;课上分析解读严重不足;学生在线自学和分析总结能力不足;频域章节的困难繁多[2]。

2.1 专业课程内容与实际应用相结合

在上面收集的信息中，能够体现出学生们注重学习专业课程与专业应用的关系，注重通过学习更深入的掌握自己选择的专业知识的愿望。在过去的30年中，车辆电子控制技术有了质的提升，在车辆底盘系统、车辆动力驱动系统，车辆辅助系统等领域有许多具体实例。例如，在控制工程基础课程中的发动机电控燃油喷射、车辆废气循环系统、车辆自动变速箱系统、车辆制动防抱死系统、车辆巡航控制系统、四轮驱动和转向系统等。学生在充分掌握控制工程基础课程的专业知识的基础上，还可以从车辆生命安全保障、节能高效、生态环保等多个层面选择适合的控制系统内容，融入到本课程的专业教学中。从现有较为复杂的控制工程系统转换为合适的教学应用实例，需要教师耐心的尝试和匹配[3]。在教学过程中，利用其他与车辆控制工程专业相关的实例，例如车辆制动防抱死系统，车辆怠速停车控制系统，以及车辆悬架控制系统，来简要说明车辆结构和基本原理，并将以上实例与该专业的课程教学改革方案结合，培养学生把车辆控制的系统应用于实际车辆工程的能力，为车辆控制系统的优化设计和系统改进奠定成功的基础。

2.2 课上与课下有效结合

此外，控制工程基础课程内容中包含了大量的定理和法则，班级里只有少数学生能够在课堂教学中充分掌握这些内容。对于大多数学生而言，在过去的教学过程中，学生需要在课后花费大量的时间进行复习和准备考试。每个班级的学生都是在课后统一复习，长此以往，学生就不再注重课程上的学习，从而导致学生对课后复习产生了很强的依赖性，学生们没有积极主动的思考课堂上的学习内容，丧失了对知识的兴趣。为了调动学生学习的主动性，提高学生课后复习效果，教师可以从以下几个方面推进：一是对教材中的知识点进行再提取和综合分析，对于提炼出来的重点知识，加以巩固。例如基于软件系统性能稳定性的相关问题，可以通过振动软件的响应结果，判断出系统性能的稳定性。提升学生对系统稳定性标准的深刻理解。二是在给学生布置课后作业内容中加入以下复习内容：例如，让学生提前预习后面要学些的内容知识，比如在强正弦信号的作用下可以输出无源电网的主动响应，在频域分析这一章中，课后要预习下一章的内容，这样学生就可以在下一堂课中对自己不理解的知识进行巩固，提高学习质量。在分析和解释操作要求时，应让学生关注正弦信号的频率、幅度和相位三个主要内容。三是需要注意课后给学生安排的作业，内容至少要体现出其中一个关键知识要点，力求做到准确、完整，并对学生的错误进行纠正和详细讲解，帮助学生不断巩固知识要点，做到教学的有效性。

2.3 将理论与实验结合施教

在过去几年的教学中，始终要求将课本上的理论知识与实验教学相结合的教学方式，这种方式非常有利于学生对知识的理解和巩固。首先，在教学过程中，将学生进行分批、分组开展控制工程的实验;其次，利用模拟软件，让学生进行实验。开展实验教学的要控制好流程，在学习完理论基础知识后，为了验证理论试验的结果，通过控制工程实验工具，引导学生进行“二阶闭环系统的频率特性曲线”、“直流电机闭环调速”等实验，来增强学生对教科书理论知识点的理解，在教材内容上引入MATLAB软件，通过模拟软件系统模拟实际情况，并对其进行综合研究。如在控制系统的数学模型、系统时域分析、系统频域分析等知识内容中使用MATLAB中的SIMULINK模塊，更容易让学生知晓软件系统的搭建过程以及相关特性的分析手法。通过在课堂上的演示，同学们可以快速整理出非常复杂的结构模块图，知晓系统中的结构参数和系统特征之间的关系，如在讲授系统校正PID控制器效果时，利用MATLAB中PID设计框图，通过更改系统的数值，可以清晰地反映出每个数值对应的功能变化效果，并能够熟练的掌握执行器参数优化的方法。经过在课堂上开展建模和仿真教学，让学生能够更深刻的知道参数修改调节的每一个过程，使学生能够体验到计算机软件与实际工程结合带来的巨大优势，促进学生全面控制工程项目，以及对设计应用软件的学习[4]。

2.4 优化教学的方式和方法

当下常用的教学方式主要包括黑板板书和多媒体教学两种方式，其中黑板板书教学的特点为过程清晰、容易理解、信息量小;而多媒体教学的特点信息量要大很多，但问题是过程转化太快。在以前的课堂教学中，高水平理论课通常以讲台和黑板写作为主，这进一步促进了学生对内容的掌握。控制工程专业基础课程也是理论课程，在一项调查中显示，有71%的学生更喜欢黑板板书与多媒体结合教学的方式，认为这样的方式最有效，两者结合的教学方式充分体现了多媒体教学信息量大和黑板板书过程清晰的特点，学生在学习过程中更容易掌握和理解所学到的知识，除上述之外，还应积极探索在项目工程公共基础课程中采用启发式教学、讨论式教学和实践案例教学，例如侧重项目的交流与互动，师生在讨论问题时，学生可以直接的表达自己的观点和见解。鉴于这种方法，例如将实用车辆驾驶控制系统引入到教学内容中，让学生产生了浓厚的学习兴趣，因此学生在努力学习的同时，通过微电子控制系统模拟设计和生产过程，这样就能够让学生加深对知识的理解。对以往的评估方法进行改革，提高学生的平时成绩在期末总成绩的占分比例，进一步加强学生在平时学习中的重视程度，提高学生学习的积极性。

3  总结

综上所述，为了使课堂教学的效果达到最佳，保障教学质量，对控制工程基础课程的调查结果进行深入研究，对存在问题进行研讨，对课程教学采取改革措施，通过系统化、专业化改革，在课堂上将理论基础与实践有效的结合，从而实现教学方法和方式的转变。通过改变教学方式，调动了学生对学习知识的积极性，对知识的渴望，加强了学生对课堂知识的掌握程度。在未来的教学过程中，还可以进一步优化教学内容组织、教学考核方式、教学课程内容等，培养学生在车辆工程专业的具体实践中创新、突破。

参考文献：

[1]王英杰，杨树峰.《汽车电器与电子控制》课程实验教学探索[J].汽车实用技术，2019（24）：214-216.

[2]苏弘扬.人工智能背景下车辆工程专业教学体系的改革与创新研究[J].科技经济导刊，2019（24）：168.

[3]房占鹏，肖艳秋，侯俊剑，翟洪飞.“汽车电子控制技术”课程教学改革探索[J].科技视界，2019（18）：157-158.

[4]刘玺，何仁.基于翻转课堂的汽车电子控制技术课程教学改革探索[J].科教导刊（上旬刊），2018（11）：111-112.