控制類課程工程化教學模式的探討

余 雷，王富東，楊歆豪，費樹岷

(1.蘇州大學機電工程學院，江蘇蘇州215021;2.東南大學自動化學院，江蘇南京 210096)

大學工程教育的核心問題就是實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與訓練［1－3］。電氣工程及其自動化專業(yè)作為實踐性和綜合性都很強的專業(yè)，其中許多控制類專業(yè)課程之前重理論、輕實踐，重知識、輕能力的教學模式，使培養(yǎng)出來的大多數(shù)學生缺乏創(chuàng)造性、缺乏分析問題和解決問題的工作能力。隨著自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)等高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我們應注重培養(yǎng)基礎知識扎實和基本技能良好的應用型人才。

本文針對電氣工程及其自動化專業(yè)控制類課程原有的教學體系較為陳舊的現(xiàn)狀，全面修訂這類課程的教學計劃和教學大綱，系統(tǒng)地將課堂的理論學習、Matlab仿真驗證與課外實踐教學環(huán)節(jié)相結(jié)合，并將學生參加控制類課程相關(guān)的課外科研項目、卓越工程師計劃和大學生創(chuàng)新項目。通過工程化教學模式的探索，開展自主學習、研究性學習和對實踐教學的改革，提高學生的學習和研究興趣，培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新精神，進而提高學生的綜合素質(zhì)。

1 優(yōu)化課堂教學方法

電氣工程及其自動化專業(yè)控制類課程具有實踐性較強，涉及的相關(guān)概念較多，與前續(xù)課程內(nèi)容聯(lián)系緊密等特點。同時，許多專業(yè)課程在內(nèi)容設置上偏重于理論分析，從而制約了學生應用該課程知識的能力，出現(xiàn)了大部分學生在學完該課程后仍無法完成相關(guān)控制系統(tǒng)的設計、安裝和調(diào)試工作的現(xiàn)象［4］。因此，研究教師在課堂上如何組織教學的各個環(huán)節(jié)，使學生確實掌握好本課程知識具有非常重要的意義。我們采用如下的具體優(yōu)化的教學方法。

(1)優(yōu)化課程教學內(nèi)容;“自動控制原理”課程可以通過講解無人駕駛汽車和智能機器人等控制原理，提高學生的認知水平和能力;

(2)知識的有機組合:根據(jù)電氣工程及其自動化專業(yè)控制類課程教學內(nèi)容的相關(guān)性，在每次教學過程中，將分散在各個控制類專業(yè)課相關(guān)內(nèi)容按知識銜接的先后順序有機組合，使得理論學習、方法訓練和實踐應用融為一體;

(3)綜合應用各種教學方式:綜合運用啟發(fā)式、探索式、互動式和學術(shù)沙龍方式，提倡學生探討問題和發(fā)現(xiàn)問題，將課堂教學轉(zhuǎn)化為多樣化培養(yǎng)模式。

上述優(yōu)化的課堂教學方法轉(zhuǎn)變了教學觀念，改革了教學方法、教學手段和單一的課堂教學培養(yǎng)模式，重視學生在學習活動中的主體地位，切實調(diào)動了學生的積極性和主動性［5，6］。

2 改革實驗教學

我們對實驗教學內(nèi)容進行了如下改革。

(1)自主實驗:以“自動控制原理”實驗為例，利用實驗室器材和設備，指導學生自己動手，進行開發(fā)性創(chuàng)新實驗(比如依據(jù)圖紙方案來設計恒溫控制裝置等);為學生開放現(xiàn)有實驗室，為自主學習和獨立思考留出足夠的時間和空間，使課堂內(nèi)與課堂外、校內(nèi)與校外的教學活動形成有機的整體。

(2)加強工程實踐:以“過程控制”課程實驗為例，通過課程設計、Matlab仿真實驗和實驗室實物對象控制驗證等環(huán)節(jié)使學生受到工程和基本科研能力的培養(yǎng)。

3 加強科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

針對學科學術(shù)型人才培養(yǎng)，鼓勵學生結(jié)合本專業(yè)有關(guān)研究項目和研究方向，由學生獨立開展與控制類課程相關(guān)的研究課題，這不僅使學生了解學科優(yōu)勢和發(fā)展方向，同時使學生對自身能力的培養(yǎng)目標更加明確，進而提高學生的科研素養(yǎng)與綜合素質(zhì)。

以“電氣控制技術(shù)”實踐課程為例，可以引導本科生參與實踐課程相關(guān)的國家級、省級和校級“大學生創(chuàng)新項目”活動。設立開放科研實驗室，輔助和指導學生自主選題，從興趣的激發(fā)到開展實際問題的探索嘗試，使學生將學到的控制類學科知識綜合應用到實踐探索中。

4 培養(yǎng)社會實踐與工程實踐能力

(1)充分利用課程設計、生產(chǎn)實習、畢業(yè)設計等實踐教學環(huán)節(jié)，理論聯(lián)系實際、學用結(jié)合，培養(yǎng)學生綜合利用所學知識，來提高動手實踐能力。

(2)給頗具個性的學生展示個人才華的空間和機會，有組織有計劃地引導他們參與科技競賽等活動，在工程實踐的過程中注重糅合現(xiàn)代科學思想、方法，提高實踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)。以“單片機控制原理”實踐課程為例，可以指導優(yōu)秀學生參與國家級、省級、市級電子設計大賽，通過競賽方式鍛煉學生的實踐能力。

(3)剖析實際工程應用案例進行實踐教學。以“計算機控制技術(shù)”課程為例，學生會發(fā)現(xiàn)掌握了控制算法后，能體會到理論知識與實際生活對象是緊密地聯(lián)系的。

(4)以培養(yǎng)學生利用所學知識解決實際工程問題的綜合應用能力和創(chuàng)新能力為目標，構(gòu)建由課內(nèi)實踐、工程實驗、系列工程實習和系列工程設計及社會實踐五個子系列構(gòu)成的使理論與實踐緊密結(jié)合的實踐教學體系。

(5)學校與企業(yè)共建教學實習基地與研究生企業(yè)工作站等校企合作平臺，充分發(fā)揮校企雙方優(yōu)勢，提升學生的專業(yè)興趣，進而開拓應用性工科人才培養(yǎng)的新渠道［7，8］。

5 結(jié)語

我們對“計算機控制技術(shù)”課程進行了如下卓有成效的改革:①課堂教學上，通過剖析智能機器人及飛行器等設備的控制原理，以提高學生的認知水平、能力和興趣;②實驗教學上，通過PID控制課程設計、Matlab仿真實驗和實驗室實物對象控制驗證等環(huán)節(jié)使學生受到工程和基本科研能力的培養(yǎng);③建立開放性實驗平臺，設計開發(fā)性創(chuàng)新實驗(比如依據(jù)圖紙方案來設計電機恒速控制裝置等);④組織學生參與導師的部分課題并引導學生申請主持各級別的大學生創(chuàng)新基金項目，以及組織學生參加國家級省級電子設計大賽、飛思卡爾電子大賽及機器人大賽等;⑤學生參與卓越工程師計劃，利用寒暑假在大型科技型企業(yè)實習、學習和參與工程項目等，取得許多工程實踐經(jīng)驗。

［1］李培根.工程教育需要大工程觀［J］.武漢，高等工程教育研究，2011(3):1－3.

［2］劉潤華，劉廣孚.突出自主性學習的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究［J］.南京，電氣電子教學學報，2012，34(6):3－5.

［3］劉吉臻.工程教育課程改革的思維轉(zhuǎn)向:工程化的視角［J］.武漢，高等工程教育研究，2006(4):80－83.

［4］趙婷婷，雷慶.課程綜合化:中國高等工程教育改革亟待解決的問題［J］.武漢，高等工程教育研究，2005(2):32－36.

［5］王育紅，沈為民，余向東，龔華平，徐蘇楠.注重學生個性發(fā)揮的綜合設計實驗改革［J］.南京，電氣電子教學學報，2012，34(5):86-88.

［6］哈斯烏力吉，呂志偉，何偉明，曲法義，白雪.研究型大學本科生創(chuàng)新培養(yǎng)體系的研究［J］.南京，電氣電子教學學報，2013，35(1):69-70.

［7］李俊，薄翠梅，王鑫國，張廣明.卓越工程師培養(yǎng)創(chuàng)新實驗平臺建設［J］.南京，電氣電子教學學報，2012，34(3):81-83.

［8］張士文，張峰，殳國華，鄭益慧.工程實踐與科技創(chuàng)新系列課程的實踐［J］.南京，電氣電子教學學報，2012，34(3):61-63.