军队院校背景下的“机械工程控制基础”课程优化探索

摘" 要：“机械工程控制基础”是一门理论抽象又与实践结合紧密的课程，如何让学员在课程学习过程中掌握控制的理论内涵，将其应用于工程实践一直是学习的难点。面对新工科教育对军队院校课程建设发展提出的新要求，首先通过课程分析和学情分析探讨课程学习的难点，然后从教学设计、教学方法、实践内容、线上资源、考核手段、课程思政等方面，介绍课程开展的线上线下混合式教学改革优化探索，通过改革旨在培养学员发现问题、分析问题、解决问题的工程实践能力和创新精神。

关键词：军队院校；机械工程控制基础；课程改革；工程思维

中图分类号：G420" " 文献标识码：A" " 文章编号：1673-7164（2025）02-0143-04

军队院校是培养军事人才的重要基地，随着新时代战争形态的改变，以及新工科教育的持续推进和深入发展，对强军新工科的专业建设发展提出了新要求。强军新工科专业建设的概念内涵要求军队院校教育要为战育人，以“面向未来军事人才岗位需求、学科建设与专业建设同时开展”为根本遵循，重点围绕新型学科、领域和专业建设，主要体现在理念、标准、模式等方面的更新上。［1-2］机械工程控制基础作为军队院校机械工程专业的一门必修课程，在基础课和专业课之间发挥着桥梁作用。课程以经典控制理论为基础，以机械工程系统为对象，在锻炼学员提升机械工程技术、控制理论、高等数学和系统工程等知识交叉互相融合能力的同时，帮助学员掌握相关控制理论的研究与应用，为提高学员的工程实践能力，培养一般性抽象创新思维奠定基础。［3-4］随着新工科人才培养的要求不断提升，对课程的创新性提出了更高的要求。

一、课程面临的新问题

课程内涵抽象使课程学习具有了较高的挑战度。“机械工程控制基础”课程通常开设在第六学期，呈现理论体系强、应用范围广的特点，上承工程数学和建模，下接工程测试技术和故障诊断与检测等，理论与实践紧密结合。课程的对象是机械工程中实际的元器件，解决实物之间内在的控制逻辑问题，既抽象又难懂。对于刚入大三的学员来说，其很难在课程学习中真实地感受到控制的内涵和精要以及它又是如何对机械工程元器件的相关作用施加影响。

课程目前面临的问题主要表现在：一是课程缩减带来的理解之难。大部分学员没有深入学习复变函数以及拉普拉斯变换等控制工程的数学基础知识，而“机械工程控制基础”这门课程恰恰需要学生具备对这些知识的灵活应用，课程本身难以理解，加上枯燥乏味的公式推导，学员对课程的学习兴趣不高。二是工程思维构建之难。课程中需要用数学思维逻辑去理解工程问题，涉及诸多理论推导，如传递函数，及其零点、极点和放大系数的求解；拉普拉斯变换及其逆变换和Routh、Nyquist、Bode稳定判据还有Nyquist图和Bode图的绘制等。课程针对详细的机械系统建立微分方程，但后续的时域分析、频域分析、稳定性分析和系统校正大多从理论的角度展开分析，重视对高等数学公式的推导和应用，容易让学员产生在学习数学的错觉，忽略了对应用工程的学习训练，使得学员难以构建工程思维，达不到课程对学员的学习目标要求。三是重视理论分析带来的实践之难。课程通过先对机械工程系统构建模型，然后进行理论分析来指导实际的生产生活实践。目前的实验实践项目大多采用验证性实验或虚拟实验，偏向于对Matlab等软件的学习和应用，学员在面对工程实践时无从下手，无法将理论分析与实际问题联系起来，难以达到应用型工科人才的培养目标。［5］

二、学员学习能力方面

军校大学生具备新时代青年的优异特点，经过大学的强化训练和集体生活，养成了学生良好的课堂纪律，学员之间保持良好的学习状态，学习氛围浓厚。同时由于日常训练任务繁重，身体疲累，课堂的活跃性和内在动力调动存在不足。一是面对课程上枯燥的数学公式和推导过程，学员上课更容易走神，不利于学生对课堂知识的准确掌握。二是自由学习时间相对较少带来的活跃度不足，主要是学员难以在课外投入大量的精力到课程的理论知识学习以及扩展知识的了解上。这就需要教员优化课程教学内容，调动学员课堂积极性、主动性，提高学生兴趣，让学员主动强化对控制的认识和理解，提升课程的学习效果。

三、提升课程建设质量的措施

面对军校改革新的要求，针对机械工程控制基础课程教学存在的问题，要坚持结合学科发展趋势，突出“以学生为主体，以教师为主导，充分发挥学生的主观能动性”。［6］

（一）教学设计

强化从共性问题到个性问题的延伸。课程的抽象性在于分析系统时，研究对象不一定是某一个具体控制系统，而是将一般控制系统的规律抽象出来，得到相同或相似的数学模型，将个性问题转化为共性问题分析推导，得到描述系统的一般参量。［7］此过程具有严谨的数学理论推导分析，但缺乏对后续实际系统的对应，使得学员感觉学习的内容没有落脚点。甚至有时候教师上课过程中会淡化从某一个具体控制系统抽象化到一般控制系统的过程，学员在学习过程中难以有效明白其中的知识，既不知道问题从何而来，也不知道答案往哪里应用，学习过程较为迷茫。

采用“案例贯穿式”的模块划分，通过车辆悬架主动控制系统这一实例，将经典控制理论的数学建模、时域分析、频域分析、稳定性分析以及系统校正等知识点融入其中。［8］讲课过程中将该工程实例拆分成多个环节，随教学内容分步骤融入课堂，既让学员掌握经典控制理论的知识点，又能明白机械元器件与一般数学模型的抽象关系，建立通过数学模型分析解决实际设计问题的思路。让学员更多掌握控制理论“个性—共性—个性”的思维方式，获得对控制理论学习的出发点和落脚点。例如，数学建模作为控制系统分析和设计的开端，通过分析车辆悬架主动控制系统中的组成部分，并根据其依据的物理化学等规律运动方程，得到单个部分以及系统的微分方程。在时间响应分析中，将阶跃信号、脉冲信号等与实际的汽车行驶路况相对应，作用于系统后得到输出，从而得到描述系统的稳定性、快速性、准确性等指标，并以此指标描述汽车的不同驾驶性能。在频域分析中，可以采用同样的分析方式。在稳定性分析和系统校正环节，则分析如何通过改变悬架系统的实际物理量来改变校正环节得到的各项参数。

（二）教学方法

采用强化线上线下混合式教学。机械工程控制基础课程知识点多、理论性强、内容抽象，加之学员繁重的训练和不断压缩的课时，仅仅依靠传统的线下课程模式不足以应对课程教与学的矛盾问题。［9］雨课堂作为智慧教学平台，将信息技术手段与PowerPoint和微信相结合，在课外预习与课堂教学间架起沟通的桥梁，为开展智慧教学提供了良好的环境。因此可以借助雨课堂教学平台，丰富教学手段、优化教学方法、提升教学效果、把控“课前—课中—课后”的学习过程。［10］一是课前推送。教员根据课程教学计划和教学实际，在课前向学员推送预习内容，预习内容可以包括慕课视频、控制小知识、预习课件等内容。学员按时完成预习任务，并及时检验其预习结果，检验方式可以采用课前三分钟小测验、学员上讲台、小组打擂等方式进行，教员可根据反馈情况制订每次课的教学计划，教学更有侧重点。课程目前采用的教材为华中科技大学出版的《机械工程控制基础（第八版）》，教材在各个章节均印有二维码，学员可以通过扫描二维码直接观看网络视频进行预习和复习。二是课中互动。定制课程学习任务单，通过雨课堂提前发布，主要包含课前学习任务单、课中讨论议题以及课后复习测验重点等内容。在课堂组织过程中依据该任务单实施不同的教学方式，其中课前学习任务单主要是每一次课程的基本概念，可以采取翻转小课堂的形式进行，学生讲完后再进行补充，教员最后总结点评。课堂讨论议题则是每一章易混淆、需要进一步理解的概念，或者引导学生理解理论与实际工程的联系，该部分则通常采用小组讨论的研讨式教学方法。上课过程中，可以针对工程案例进行分析，穿插采用雨课堂。一方面进行随堂测验，掌握学员学习掌握情况，另一方面可将小组讨论内容以纸面形式实时传入雨课堂讨论区，方便课后进行交流。三是课后辅导。任务单中的课后复习测验重点通常以习题的方式，通过雨课堂发布每次课的课后测验，全面了解学员对课程的掌握，把握课程进度，对下次课的内容进行调整修改，及时查漏补缺。针对课后测验的主观习题录制微视频，在学员遇到不会问题时，可以将微视频及时推送到个人，保证快速解决学员疑惑。

（三）实践内容

机械工程控制基础课程具有概念抽象、理论深奥、计算繁杂等特点，学员学习过程中除了要面对复杂的数学公式外，其最大的难点是理论学习没有落脚点，学员难以将理论的推导分析与实践相结合。［11］实践是教学效果提升的较好手段，尤其是对于机械工程控制等原理性强的课程，更要加强实践教学工作。传统的实验教学采用模拟试验箱和Matlab仿真进行，操作步骤机械，学员虽然学习了一定的编程知识，提升了动手能力，但本质上操作的还是虚拟的数学公式或者电路，对于究竟怎么才算控制，改变一个参数究竟会对实际的物理系统产生怎样的改变没有直观的感受。为了更加直观地展示控制系统的各种特性，同时培养学员的设计能力和创新能力，实验室按照 “基础性实验—综合性实验—创新性实验”的模式开展多层级递进式实验教学。引入电机速度控制、水温控制和液面高度控制等，通过计算机显示系统的输入输出和参数等数据，让学员可以直接看到物理参数改变对系统带来的变化以及变化的过程，锻炼其编程能力和实验动手能力。在综合性试验中，主要借助于智能车开发平台，让学员进行智能车的设计、组装、调试等，在此过程中体会控制理论的应用，培养综合学员发现问题、分析问题、解决问题的工程实践能力，提升学员对知识的整体认识。创新性实验则围绕无人驾驶展开，结合视觉算法、智能避障、路径规划等知识，重点开展智能控制理论的了解和应用。

（四）线上资源

机械工程控制基础以经典控制理论在机械工程中的应用展开学习，经典控制理论作为现代控制理论和智能控制理论的基础，三者不可分割。［12］但现代控制理论和智能控制理论通常在研究生教育中才进行深入学习，而在军校院校中，大部分学员通常在本科学习后便面对实际的岗位工作，这使得学员对于控制理论在工程实践和科学研究中的重要作用缺乏直观的感受和实践认知。通过线上资源，向学员推荐控制小知识、最前沿控制技术以及控制理论的现状和发展等，可以让学员对控制理论在现代社会的重要作用有深刻的认知。另一方面，自身也可以依托线上资源进行课程的数字化资源积累。例如，建设课程课前引导的小视频，设置选择题或者疑问题等，在课前进行推送。搜集课程的常识资源，包括复变函数、拉普拉斯变换、车辆悬架系统等，这些都是课程学习过程中需要用到的知识。此外还有军事电子资源，将特种车辆中的复杂系统拆解开来，得到各个单独的系统，通过控制的知识对系统进行解释和描述。最后在课后习题的巩固方面，可以通过个人录制课题的求解过程，形成线上微课。每个微课只针对一道题目，形成独立的视频，当学员需要时，可以将其推送给学员。

（五）考核手段

课程现有的考核手段采用“终结性考核+形成性考核”的考核方式，其中终结性考核占课程考核总成绩的70%，并采用闭卷考试方式进行，考核方式单一，难以将多元化、全过程考核贯穿课程学习中。学员在学习过程中会将课程作为一项任务来完成，出现“考前突击，考后就忘”的问题，不利于学员全面掌握控制理论，并将其用于工程实践中。在教学过程中加大形成性考核的比重，除课后习题外，借助雨课堂的统计功能，还可以要求学员根据自己的理解编写课程内容的逻辑关系图，学员根据自己的理解独立创作，也可以与其他同学一起讨论完成后上传雨课堂，教员根据情况打分。对学生的课前预习、日常的推送视频以及课后测验进行数据统计，将其作为课程考核成绩的一部分，通过对学生学习行为数据的分析，为教学内容、方法和模式的改进提供数据支持，使考核结果能够客观详尽地反映出各项课程目标的达成情况。［13］

（六）课程思政

军队院校教育秉持“立德树人，为战育人”的教学理念，将知识传授与价值引领相结合，把思想政治教育融入学习的全过程，培养符合部队需要的高素质专业化新型军事人才。结合课程思政建设目标，机械工程控制基础建立思政库，将职业道德、爱国主义、科学精神和敬业奉献等融入课程，根据课程内容讲思政，实现与课程知识体系的有机结合，避免知识思政“两张皮”。例如讲述控制理论的发展历程中融入钱学森先生“五年归国路”“十年两弹成”的攻坚克难精神、创新精神和爱国精神；讲述幅值裕度和相位裕度时引导学生做事时要做好充分准备，不打无准备之仗，遇到突发事件要保持沉着冷静；讲述系统的校正时，融入“吾日三省吾身”的警句。

四、结语

机械工程控制基础是一门理论深度高、实践应用性强的专业基础课程。本研究立足课程教学目标，在教学设计、教学方法、实践内容、线上资源、考核手段、课程思政等方面进行了优化，旨在探索新工科建设背景下培养应用型人才的课堂教学方法，培养学生的工程实践能力和创新精神。［14］课程的优化使得课程与工程实际联系更加紧密，课程更加重视学习的过程而不是闭卷考试成绩，信息量增加、自主学习内容增多对学员的自主学习能力提出更高要求，从而培养新型军事人才。

参考文献：

［1］ 江小平，汤俊. 强军新工科专业人才培养模式研究［J］. 高教学刊，2023，9（28）：151-155.

［2］ 黎湘. 紧贴强军实践加快建设世界一流高等教育院校［J］. 高等教育研究学报，2023，46（03）：1-5.

［3］ 胡月明，周鹏，柳飞，等. 机械工程控制基础一流课程建设探索［J］. 高教学刊，2023，9（24）：17-20.

［4］ 黎萍，潘奇明. 新工科背景下的自动控制原理课程教学改革［J］. 中国现代教育装备，2023（05）：91-93+96.

［5］ 马树军，王佳韵. PBL教学法在机械工程控制基础课程中的应用［J］. 中国现代教育装备，2021（17）：78-80.

［6］ 白圣建，李兴玮，曹聚亮，等. “自动控制原理”混合式教学改革实践［J］. 电气电子教学学报，2021，43（04）：6-8+22.

［7］ 张鵾，王东生，魏树国，等. 基于OBE理念的混合式教学研究与实践：以“机械工程控制基础”课程为例［J］. 职业技术，2023，22（10）：82-88.

［8］ 杨凯，李浩东. 机械工程控制基础混合式教学模式探索［J］. 中国教育技术装备，2021（24）：57-59+65.

［9］ 张允，胡议丹，李方竹，等. 新工科背景下应用型本科《自动控制原理》课程改革与实践［J］. 长春工程学院学报（社会科学版），2023，24（01）：105-110.

［10］ 黎萍，潘奇明. 新工科背景下的自动控制原理课程教学改革［J］. 中国现代教育装备，2023（05）：91-93+96.

［11］ 吕俊燕，杨瑞青，郑明辉. “理虚实”一体化教学模式在“机械工程控制基础”课程中的应用［J］. 装备制造技术，2022（09）：234-237.

［12］ 李峰，罗印升，俞洋，等. 基于雨课堂的智慧教学设计与应用：以“自动控制原理”课程为例［J］. 江苏理工学院学报，2022，28（04）：115-119.

［13］ 吕勇. MATLAB在《自动控制原理》课程教学中的应用探讨［J］. 现代计算机，2020（01）：72-74.

［14］ 张新荣. 工程教育认证背景下自动控制原理课课程思政教学探索与实践［J］. 高教学刊，2023，9（14）：189-192.

（责任编辑：陈华康）

基金项目：陕西省高等教育教学研究项目“适应实战化要求的装备维修保障人才培养体系研究与实践”（项目编号：19BY153）。

作者简介：赵冠（1990—），男，硕士，火箭军工程大学讲师，研究方向为装备维修保障的教学科研；袁晓静（1979—），男，博士，火箭军工程大学副教授，研究方向为装备维修保障的教学科研；罗伟蓬（1991—），男，博士，火箭军工程大学讲师，研究方向为装备维修保障的教学科研。