控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)改革初探

彭滔 張蓮

【摘要】本文首先分析了控制工程基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容和授課專業(yè)定位對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量的影響，闡述了本課程教學(xué)改革的必要性。然后，針對(duì)當(dāng)前教學(xué)中存在的問題，從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、優(yōu)化考評(píng)三個(gè)方面探討了對(duì)控制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革方案。

【關(guān)鍵詞】控制工程基礎(chǔ) 教學(xué)改革 教學(xué)質(zhì)量

【基金項(xiàng)目】重慶理工大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金（0107130955），重慶理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)提升計(jì)劃項(xiàng)目。

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）12-0235-01

控制工程基礎(chǔ)是高校機(jī)械類專業(yè)中理論性和工程實(shí)踐性均很強(qiáng)的基礎(chǔ)課、必修課。該課程用數(shù)理原理抽象、提煉以及分析機(jī)電類工程系統(tǒng)中的一般控制概念、原理和方法，具有邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)性強(qiáng)的顯著特點(diǎn)；培養(yǎng)學(xué)生對(duì)抽象、分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的能力為教學(xué)目標(biāo)，煅煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力；使之具備解決控制系統(tǒng)的分析、調(diào)試、維護(hù)、改進(jìn)、設(shè)計(jì)等方面實(shí)際問題的能力[1]。

1.當(dāng)前教學(xué)中存在的問題

1.1教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)狀

控制工程基礎(chǔ)的主要教學(xué)內(nèi)容是講解用數(shù)學(xué)公式和圖表的方式研究控制系統(tǒng)中狀態(tài)的變化規(guī)律和改變這種變化規(guī)律的可能性和實(shí)施方法，揭示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和性能間的定性和定量關(guān)系[1]。

這些內(nèi)容數(shù)學(xué)味較濃、抽象性強(qiáng)、推導(dǎo)過程繁雜。若學(xué)生對(duì)相關(guān)數(shù)理知識(shí)掌握不扎實(shí)，則難以統(tǒng)一在機(jī)電這個(gè)大學(xué)科背景下系統(tǒng)的考慮問題，難以理解各課程間的內(nèi)在交叉聯(lián)系和邏輯關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致學(xué)生只是背概念、抄筆記、記公式，而無法體會(huì)數(shù)學(xué)公式所反映的內(nèi)在物理含義。且機(jī)械類專業(yè)，對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)、復(fù)變函數(shù)、電路分析等與自控理論相關(guān)課程開設(shè)較少。無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)熱情不高，厭學(xué)情緒較重，這給教與學(xué)都帶來困難和挑戰(zhàn)[2][3]。

1.2專業(yè)定位的影響

機(jī)械類專業(yè)重在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)電類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加工制造，強(qiáng)度設(shè)計(jì)、工藝分析以及相應(yīng)的軟件和設(shè)備的使用等方面的能力。因此，學(xué)生不像其它那些直接給予結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析等課程那么受重視。

用人單位在招聘中也不太考查學(xué)生系統(tǒng)分析、控制設(shè)計(jì)等方面的能力。因此更加重了學(xué)生認(rèn)為控制工程是一門次要的課程，不實(shí)用，湊學(xué)分，應(yīng)付了事即可的心態(tài)。只有部分考研和對(duì)自己要求比較高的學(xué)生，還有些學(xué)習(xí)的積極性。

從上面兩個(gè)方面的分析，可以看出現(xiàn)行的機(jī)械類控制工程基礎(chǔ)課程是有必要進(jìn)行教學(xué)改革的。我們將從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、考試與評(píng)價(jià)三個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革探討。

2.教學(xué)改革措施

2.1理論教學(xué)

（1）精煉課堂教學(xué)內(nèi)容：在保證課程內(nèi)容的嚴(yán)謹(jǐn)性、系統(tǒng)性和完整性的前提下，精選教學(xué)內(nèi)容。為方便學(xué)生更好的消化、吸收和應(yīng)用課程知識(shí)，重點(diǎn)概念、原理和方法講深講透，略講或不講了解性內(nèi)容和使用較少的內(nèi)容。教學(xué)過程中重點(diǎn)講思路、結(jié)論和應(yīng)用，弱化數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明，重在展示該工程化的一面。并將當(dāng)前機(jī)電領(lǐng)域中最新應(yīng)用的自動(dòng)化技術(shù)和科研成果以及發(fā)展動(dòng)態(tài)和趨勢更新到教學(xué)中。不斷豐富課堂教學(xué)的例子，生動(dòng)課堂，開闊學(xué)生的視野，以至保持本課程教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。強(qiáng)化控制思想，讓學(xué)生自己在控制器設(shè)計(jì)時(shí)，靈活運(yùn)用，提高分析和設(shè)計(jì)能力[4]。

（2）分層次教學(xué)：將課程內(nèi)容分為認(rèn)知性內(nèi)容、核心內(nèi)容認(rèn)知性內(nèi)容和重點(diǎn)難點(diǎn)拓展性內(nèi)容三個(gè)模塊。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)對(duì)象、專業(yè)層次的不同，可以優(yōu)化課時(shí)分布，掌握程度和要求不同進(jìn)行分層教學(xué)，以緩解其中的矛盾，達(dá)到熟悉認(rèn)知性內(nèi)容，掌握核心內(nèi)容，了解拓展性內(nèi)容。增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)熱情和自信心。

2.2實(shí)踐教學(xué)

（1）引入Matlab：Matlab是最好的控制系統(tǒng)仿真軟件，將它引入到教學(xué)中來，能運(yùn)用Matlab軟件作為實(shí)踐平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生驗(yàn)證教材中的理論知識(shí)，針對(duì)一些具體的控制系統(tǒng)，分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是給定性能指標(biāo)，讓學(xué)生自己獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，進(jìn)行控制單元設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算，畫出圖紙，編寫說明書，模擬工程設(shè)計(jì)的全過程，并用Matlab仿真檢驗(yàn)設(shè)計(jì)效果。這將大大加強(qiáng)學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，適當(dāng)結(jié)合一些具體控制裝置，搭建和調(diào)試系統(tǒng)，較大提高學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力[5]。

（2）以科研促進(jìn)教學(xué)：控制理論是工程實(shí)際與數(shù)學(xué)原理、計(jì)算機(jī)科學(xué)相互融合的結(jié)果。在教學(xué)過程中，教師可利用多媒體表現(xiàn)力強(qiáng)、圖文并茂的特點(diǎn)，用多媒體把一些簡單的控制系統(tǒng)用動(dòng)畫的形式展現(xiàn)給學(xué)生，以及適時(shí)地增加一些與當(dāng)前科研相關(guān)的重點(diǎn)、熱點(diǎn)問題，這能拓寬學(xué)生的知識(shí)面、了解學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)。這樣不僅能使學(xué)生加深對(duì)概念的理解，摸清控制系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)，明確認(rèn)識(shí)整個(gè)控制過程，還能極大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)求知欲望，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。若條件允許，挑選一些能力強(qiáng)，對(duì)科研有興趣的學(xué)生，參加教師的科研項(xiàng)目和一些科技競賽活動(dòng)，達(dá)到教學(xué)和科研相互促進(jìn)的效果[6]。

2.3優(yōu)化考評(píng)方式

控制工程基礎(chǔ)內(nèi)容多、涉及廣、原理抽象、計(jì)算繁雜，較難僅用試卷成績來評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)涵的掌握程度。即不能僅考查數(shù)學(xué)公式掌握，更應(yīng)關(guān)注學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)公式所表達(dá)的物理本質(zhì)內(nèi)涵的理解，和運(yùn)用基本的控制原理解決實(shí)際問題的分析設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手操作能力。

因此，需綜合考評(píng)課堂上和實(shí)踐環(huán)節(jié)中基礎(chǔ)理論、基本技能以及在融會(huì)貫通上分析和解決問題的能力及綜合素質(zhì)。這種加強(qiáng)平時(shí)考核，在各個(gè)環(huán)節(jié)上嚴(yán)格要求學(xué)生，改變一考定終身的考核制度，對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)提出了更高的要求。有助于引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，促進(jìn)形成好的學(xué)習(xí)風(fēng)氣，改善學(xué)生的成績。

3.結(jié)束語

為了激發(fā)學(xué)生對(duì)控制工程基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的素質(zhì)，達(dá)到學(xué)以致用的目的，我們提出從控制工程基礎(chǔ)課程的理論教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)、習(xí)題和考試等方面對(duì)控制工程基礎(chǔ)課程提出了教學(xué)改革，讓學(xué)生能夠更好地學(xué)習(xí)、掌握和應(yīng)用自動(dòng)化控制原理知識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔祥東，王益群.控制工程基礎(chǔ)（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]王衍學(xué)，楊銀銀，蔣占四.《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革若干思考[J].科技信息，2011.21：454.

[3]董海棠，馮中毅.“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].中國電力教育，2009.136：81-82.

[4]杜艷紅，劉源，于亞萍.淺談“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，10：193.

[5]王偉，申愛明，林順英，陳亞，王殿君.MATLAB在《控制工程基礎(chǔ)》課程中的應(yīng)用[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，34（2）：142-144.

[6]林劍輝，趙燕東，王海蘭.關(guān)于《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)的幾點(diǎn)探討[J].科技信息，2012，18：132.

作者簡介：

彭滔（1981.9-），男，漢族，湖南雙峰人，講師，博士，目前主要從非線性系統(tǒng)控制、智能控制、移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)控制的研究。