基于机械类本科专业能力培养的控制工程课程教学研究

靳伟 张学军 姜彦武 鄢金山 朱兴亮

[摘 要]应用型本科人才培养环境下教学核心是培养服务于社会经济发展，能开展、参与技术服务或技术应用创新的人才。教学团队以机械类本科专业能力培养为目标，探索控制工程课程教学新理念、新结构、新模式、新质量和新体系，提升学生自主创新及工程实践应用能力，主动服务国家创新驱动发展、“一带一路”等重大战略实施。

[关键词]机械;能力培养;控制工程;教学体系

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2020）12-0084-03

随着国家“双一流”建设高校名单公布和相应的重大教育项目的实施，关于应用型本科院校发展的问题再次凸显出来。教育部一直在推动我国高等教育的分类发展，明确将高校划分为研究型、应用型和技能型三类，研究型高校以“双一流”高校为主，培养学术研究型人才，强调理论研究与创新;技能型高校以高职院校为主，培养生产管理一线的技能型人才;非研究型的本科院校属于应用型，培养服务于社会经济发展，能开展、参与技术服务或技术应用创新型的人才。应用型本科教育是一种注重能力培养的新教育类型，其以解决区域现实问题为目标，培养突出地方本质特征和特色、能力和素质全面协调发展，面向社会生产、建设、管理、服务一线的高级应用型人才[1-2]。

依据专业建设服务行业发展、质量价值体现经济行业性的发展理念，2015年新疆农业大学（以下简称“我校”）农业机械化及其自动化专业构建基于专业认证的教学新体系，修订课程教学大纲，将学生能力培养效果作为检测教学质量的手段，实现区域特色经济发展和应用型本科人才培养协调发展。学科团队不断加强教学、科研和技术推广的联系，促进产、学、研、推的结合，开发新产品，建设科技创新基地，形成以社会服务项目为引领、基地为载体、项目为纽带、提升校企全方位融合为目标的稳定机制，向企业提供人才、技术和产品服务，确保区域农业经济可持续发展、农业增产农民增收。

根据学院现有的教学、实验条件，结合控制工程基础课程内容和学生的学前基础情况，为了使课程理论知识与实际工程实例有机结合，笔者对课程的教学和实验内容、教学方法、考核评价方式等环节进行改革与研究，力求使学生博通与精专并举、突出工程实践专业能力的培养，满足区域经济发展对应用型本科人才的需求[3]。

一、基于能力培养的控制工程教学内容改革

近年来，随着国家对大数据工程技术发展的重视，各种新的控制策略、方法不断更新变化，为了适应国家现代农业发展对大数据研究与应用的需求，本课程对教学内容进行了增减，删除陈旧的系统控制方法，增加了部分新的实验、实践内容和控制系统评价标准等。在课程内容的设置过程中，选拔学生代表积极参与教学内容的选择，通过问卷调查、座谈等方式，及时了解学生的学习动态、调整教学内容和方法，重点讲授学生感兴趣的内容、与控制工程相关的社会热点问题，激发学生的学习潜力、调动学生的学习热情[4]。例如在2018年的教学中增加了温度控制系统，以冰箱温度智能化控制为例，进行深入分析和总结，让学生接触真实的控制工程案例，拉近学生与控制工程课程的距离，培养学生探索控制系统的兴趣，彻底改变以前学生学习控制工程基础课程的状况。

基于能力培养的控制工程课程注重实践训练，我校开设虚拟实验软件仿真和硬件控制系统仿真课程，增加工程实训项目，以项目的形式让学生完成课程内容的学习和拓展。另外，我校积极与企业沟通交流，将课堂理论教学与企业工程实践有机融合，探索校企合作教学模式。由于控制工程课程的特殊性，对于没有丝毫工程背景和工程基础薄弱的学生来说，学习此课程的难度系数较高，课程要求学生具有较强的运算能力和计算机基础知识。在这种情况下，亟须对课程进行教学实践、探索与研究。可以利用新疆农业大学机电工程学院虚拟实验室和MATLAB虚拟仿真软件搭建虚拟实验平台和EL-AT-III型硬件平台，以丰富教学内容、改善教学方法;可以通过开设工程实际案例实验课程，培养学生自主学习、自主创新的能力。编写实验案例虚拟模拟控制理论和策略，理论与虚拟仿真相结合，以检测理论计算是否正确，通过这样的方式加深学生对课堂知识点的掌握程度，让学生学会合理分析、评价大数据工程实践和复杂工程问题解决方案。在有限的时间内使学生掌握理论知识，让学生能够熟练将所学知识运用到实际工程中，以解决具体的工程问题，通过这样的方式来提升新工科应用型本科人才的培养质量。

二、控制工程课程教学方法改革与研究

（一）引导性内容教学研究与实践

目前，新教育环境下控制工程基础课程教学实践与应用研究水平较低，不能充分调动学生的主观能动性、不能很好地弥补教师课堂讲授的不足，学生学习控制工程基础课程的兴趣不浓厚、理论知识掌握不扎实、动手操作和工程实践能力较薄弱。为了改变控制工程基础教学现状，提升學生学习、探索的兴趣，降低挂科率，教学团队对其教学方法进行了改革与实践。控制工程课程教学方法采用引导性内容教学，由导向式预习题、系统性课堂讲授和实验教学构成，充分调动学生的主观能动性，帮助学生建立完整的知识体系。在课堂讲授的过程中，每一章节均设置有教学内容导入环节，导入内容和学生的生活、学习息息相关，均为社会热点问题，这能使学生眼前一亮、脑海里充满疑问。然后教师再通过导入内容深入到课本内容，提升学生思考解决问题的方案、探索结论的兴趣，让学生主动参与课堂教学。

例如在讲授第二章数学模型的过程中，在讲授控制工程的运动微分方程之前，设置汽车液压减振器为导入内容，以汽车液压减振器为例，讲解机械平移系统的控制分析方法、列写微分方程的步骤、系统的设计及校正等内容，为讲授机械旋转系统、流体系统等微分方程的列写奠定基础。通过多媒体展示汽车液压减振器的实物照片及视频、观看底盘调校实验室的减振器阻尼曲线测试台视频资料，测出减振器速度特性曲线以及功率特性曲线，验证理论分析的正确性，调整减振器关键部件的参数，提高减振器的工作性能。这对于那些没有丝毫工程背景和工程基础较薄弱的学生来说，他们也能听懂、学会控制工程的相关知识点，能够将理论知识应用到工程实例中，这能加深他们课堂知识点的掌握程度，让他们合理设计分析、评价大数据工程实践和复杂工程问题解决方案。

（二）项目导学法教学研究与实践

以实际工程实例为学习内容，能激发学生主动学习的兴趣，缩短学生知识转化、应用的周期，让学生提前适应企业控制工程项目的实施，提高学生的动手能力，让学生逐步摆脱教师和课本的束缚，充分发挥自己的主观能动性。在原有授课材料的基础上增加学生课前、课后提问、答疑、反馈问题等环节，以培养学生主动独立思考问题、解决问题的能力;增加课堂讨论，利用混合式教学方法鼓励学生发表自己的见解，能活跃课堂学习气氛。控制工程课程教学效果的好坏取决于师生之间的积极性和互动性，学生积极性的高低和教学效果的好坏息息相关。可以加强专业基础课程的拓展训练，使教学内容更具实用性和针对性，在教授理论知识的同时注重学生实践技能的提升。应在有限的时间内使学生掌握理论知识并让学生将这些知识熟练运用到实际工程中，解决具体的工程问题，这样才能培养掌握处理和解决大数据复杂工程问题的复合型人才，服务新疆经济和社会发展。

结合新疆农业大学机电工程学院控制工程领域已有的产品和设备，针对实际控制工程实例类别进行实践，如汽车减振器控制系统研究、冰箱温度控制系统的搭建与分析、全向小车控制系统设计等，学生可以根据自己的爱好和特长选择实际实践项目，通过项目导学法模拟控制系统的设计、分析过程，通过完成实践项目获得实践技能。此外，还可以多种形式（视频、日常生活问题等）设置课前导入，根据学生已有的知识，提出不同的观点并让学生参与讨论;通过搭建虚拟实验平台，将控制理论虚拟仿真实验设置为主要学习内容，改变教学评价方式，注重学生的自主学习过程，理论与仿真模拟实验相互结合、相互弥补。

针对农机化、机制专业的特点和培养要求，研究教学要点和教学特色，力求结构严谨、条理性强、丰富多彩;分析汽车液压减振器系统、冰箱温度控制系统、全向小车控制系统等案例，在课堂上让学生组成小组积极讨论，引发学生思索，调动学生学习的积极性。例如在2016级机化专业和机制专业中选拔15名学生，自由组成3队，分别针对各组选择的实践项目开展分析和研究工作，教师全程跟踪指导、答疑，指导学生顺利完成实践项目所要求的内容，最终召开控制工程实践项目总结报告会，师生分享经验、交流心得体会并对完成质量进行评价。

（三）校企合作教学模式研究与实践

目前，我校的学生创新能力较弱，培养的学生与企业需求类型不匹配，人才培养模式亟待完善。在这种情况下，开展以学生为中心的教育理念和教育模式研究迫在眉睫，应探索新工科视域下多学科交叉、应用型创新人才培养模式，以应对产业需求的变化。在学校操作与实践指导能力不足、企业理论性欠缺的背景下，只有加强校企合作才能更好地培养学生解决实际问题的能力。针对学生主动解决问题能力不足、企业与学校之间的管理理念存在差异等问题，应加强与企业的交流合作，积极与企业沟通交流，促进校企融合发展，探索人才培养体系、企业与学校的共同点，使学校与企业有机融合、联合教学，共同培养具备扎实实践能力的工程技术人才，为产业现代化发展培养应用型创新人才[5]。校企协同育人有效地实现了学生的个性化学习和发展，并能将学生努力学习的奋斗精神和精益求精的工匠精神纳入日常教学活动中。加强教学、科研和技术推广的联系，促进产、学、研、推的结合，形成以社会服务项目为引领、基地为载体、项目为纽带、提升校企全方位融合为目标的稳定运行机制，向企业提供人才、技术和产品服务，确保区域经济可持续发展，农业增产农民持续增收。

目前，机制164班和机化152班的部分学生在新疆机械研究院股份有限公司实习，参与企业生产与管理、玉米联合收获机、辣椒收获机等设备的研发，选择液压底盘控制系统、脱粒性能监测系统等项目。教师让学生结合控制工程基础课程内容进行实践，理论联系实际、教学结合生产，使学生的理论知识与企业生产实践相结合，拓展学生的实践操作能力，开发学生的创新思维，培养学生吃苦耐劳的精神，让学生接受精益求精的工匠精神熏陶。学生提前熟悉企业生产模式和管理思维，这样能培养学生综合分析问题的理性思维能力，为学生后期就业和创业创造有利条件。校企合作教学模式能够充分调动学生的积极性，让学生掌握企业对学生专业知识的需求，寻求课堂理论教学与企业实践教学的有机融合，因材施教、以学生为中心，关注行业发展现状与趋势，服务地方经济的发展。

（四）团队合作法教学研究与实践

应用型本科人才更加注重对学生大局意识、团队意识、合作交流能力的培养，让学生发挥各自特长，完成共同的目标和任务。学生组员之间互帮互助、作业互判，通过相互讨论初步提出解决问题的方案，学生间相互启发、相互激励、相互监督，充分发挥优秀学生的榜样作用，让优秀学生积极主动给其他学生讲他们解不懂的问题，这能让学习优秀者对知識点理解得更加透彻，还能更好地督促后进生按时完成作业，以此来鼓励学生踊跃参与课堂教学活动，让学生积极地投入到学习控制工程的课程中去，培养学生的团队意识和合作精神[6]。

在实践项目考核汇报环节，各小组以PPT的形式对项目实践方案制定、实施情况及完成结果进行汇报。在汇报的过程中，不仅组长要汇报，小组成员也必须全部参与其中。在答辩的过程中，每个小组成员都必须回答师生的提问。为保证每个小组成员对项目的实施情况了如指掌，每个小组成员应发挥各自特长参与实践项目的实施工作，融入团队、跟随团队成员一起努力奋斗，最大化地实现个人价值。团队合作的过程能提高学生的自信心，激发学生学习的动力，提升学生的管理能力和综合素质。

三、控制工程课程考核方法改革与研究

学生学习效果考核标准和方式是评价教学效果的标尺。传统实践课程常采用撰写实验报告或实验总结的形式进行考核，主要凭借实验报告的好坏来决定实践课程分数和等级的高低。项目导学教学实践和校企合作教学模式的宗旨是通过实践项目的训练，使学生掌握综合应用技能。项目导学教学实践的考核不能仅仅凭借实验报告的好坏来进行。项目导学教学实践主要是培养学生自主学习、获取知识、解决实际工程问题的能力;校企合作教学模式的考核主要依据企业给予学生的评价，以此来评定实践成绩。

参考文献资料、结合控制工程基础课程的特点，制定项目导学教学实践的考核标准，其效果评价考核应贯穿于项目导学教学模式实施的全过程，重点是过程考核。控制工程课程考核采用多方位成绩评价、建立项目导学模式学习效果评价体系：平时成绩的评定包含考勤情况、课堂互动情况、问题讨论及团队合作能力等多个模块，对学生能力进行全方位的综合评价;实践成绩的评定包含企业给予学生的评价等级、项目实践方案的制定和实施情况、团队合作情况、实验报告撰写情况、汇报交流能力等综合评价;考试成绩的评定依据闭卷考试成绩进行评价。

四、结语

应用型本科人才的核心是能力培养，应用型本科人才注重工程实践能力的锻炼。教师讲授的理论知识与实践课程相互补充、相互促进，工程控制实例可以吸引更多的学生爱上发明创造、爱上思考钻研、爱上学习新的理论知识，将新的创意运用到实践中去，这能培养学生的创新精神和团队合作能力。学生在实践中能获取实践技能、提升实践能力，学生只有亲自体验，才会有新的提升，勇于实践是大学生应具备的新技能。通过基于能力培养的控制工程课程教学改革研究，培养学生自主学习、获取知识、解决实际工程问题的能力，让学生接触真实的控制工程实践案例，拉近学生与控制工程课程的距离，彻底改变学生学习控制工程基础课程的状况。教学团队不断探索控制工程课程教学新理念、新结构、新模式、新质量和新体系，面向社会生产、建设、管理、服务一线持续输入高级应用型人才，以应对新一轮科技革命和产业变革的挑战。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 付泽民.材料成型及控制专业人才培养模式的探索与实践[J].大学教育，2019（7）：150-152.

[2] 张凤英，陈永楠，袁战伟，等.“新工科”背景下材料类创新型人才培养模式探索：以长安大学材料科学与工程学院为例[J].大学教育，2019（6）：28-30.

[3] 刘光明，李大平.基于校企合作平台探索应用型技术人才的培养途径[J].大学教育，2018（5）：166-168.

[4] 赵杨.主动学习教学策略在控制工程基础课程教学中的应用[J].大学教育，2017（7）：42-44.

[5] 朱荣涛，李海生.基于应用型创新人才培养的模块式实践教学体系构建：以过程装备与控制工程专业为例[J].大学教育，2016（9）：140-143.

[6] 单陇红，王凌浩，胡羽沫.基于MATLAB的教学改革研究：以“控制工程基礎”课程为例[J].工业和信息化教育，2019（8）：50-53.

[责任编辑：陈 明]