控制工程基礎教學內(nèi)容優(yōu)化及教材建設的實踐

王艷輝++席劍輝++姬曉飛

[摘 要]高校是人才培養(yǎng)的主陣地，課堂教學是影響人才培養(yǎng)質(zhì)量的關鍵因素，而教學內(nèi)容和教材則是決定教學效果優(yōu)劣的重要因素?？刂乒こ袒A課程教學團隊結合課程的特點、學生的實際和學校的特色，采取一系列策略優(yōu)化教學內(nèi)容并建成了立體化教材。經(jīng)過幾年實踐表明，教學內(nèi)容的優(yōu)化與教材的建設可以提高課堂教學的有效性。

[關鍵詞]教學內(nèi)容；優(yōu)化；立體化教材

[中圖分類號] G640 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）02-0007-02

現(xiàn)階段，高校學生獲取知識，發(fā)展素質(zhì)和提升能力主要依靠課堂教學。教學內(nèi)容作為課堂教學的重要組成要素，為實現(xiàn)教育教學目標而服務。通過優(yōu)化教學內(nèi)容和加強教材建設，可以有效地調(diào)動學生學習的積極性，把“教與學”的關系落到實處，起到提高教學效率，增加課堂教學有效性的效果。

控制工程基礎是我校非控制類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，在2009年被評為遼寧省省級精品課程。課程涉及多學科知識，理論性與綜合性很強，在教學中存在著“教師難教，學生難學”和“內(nèi)容多，學時少”兩個問題。多年來，教學團隊從多角度思考課程建設的問題，在優(yōu)化教學內(nèi)容和加強教材建設方面取得一些可喜的成果。

一、優(yōu)化教學內(nèi)容

教學內(nèi)容的優(yōu)化是完成教學目標，提高課堂教學的有效性和促進人才培養(yǎng)的重要途徑。本課程教學團隊對教學內(nèi)容進行了優(yōu)化，在教學內(nèi)容的組織上遵循循序漸進、逐步深化的原則，強調(diào)基本概念的理解和應用，注重學生的工程應用能力的培養(yǎng)。本課程對教學內(nèi)容進行優(yōu)化，采取的策略如下。

（一）采用模塊化的知識結構

采用模塊化的知識結構，有利于學生對控制理論的知識體系有一個整體上的把握。本課程總體分為基本知識、系統(tǒng)分析和系統(tǒng)校正三部分內(nèi)容?；局R部分包括控制理論的基本概念、控制系統(tǒng)的類型、控制系統(tǒng)的性能指標及控制系統(tǒng)的數(shù)學模型的建立幾方面的內(nèi)容。系統(tǒng)分析部分以三大分析方法為主線，明確如何利用時域分析、頻域分析和根軌跡分析方法，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性和快速性。系統(tǒng)校正部分闡述引入校正環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)的性能有怎樣的改善。

（二）體現(xiàn)專業(yè)和航空特色

教學內(nèi)容要充分考慮學生的專業(yè)特點和我校航空院校的特色，在控制理論應用于工程中的實例介紹中和系統(tǒng)性能講解過程中，除了機電系統(tǒng)外，還列舉一些航空航天領域中與專業(yè)相關的工程實例，這樣學生就會對所學的理論知識有直觀的理解，在參與問題分析和解決的學習活動中提高學習興趣。

（三）以夠用、必需為原則，力求精簡

過多過繁的理論推導過程不僅會使學生產(chǎn)生厭煩心理，而且不利于學生對知識點的把握，因此授課內(nèi)容要淡化理論推導過程，以提高學生獨立思考和綜合分析能力為目的，強化采用控制理論分析問題的能力培養(yǎng)。例如在介紹拉普拉斯變換的性質(zhì)時，僅僅給出結論，利用定義等所進行的性質(zhì)的證明過程就不予講解。

（四）恰當融合先修課程

本課程涉及數(shù)學、物理和電工學方面的知識，將已開設的大學物理、電工學和復變函數(shù)課程及未開設的積分變換課程的相關知識在系統(tǒng)建模的講授中恰當?shù)剡M行融合，以學生聽懂和學會為目的。

二、加強教材建設

針對本課程在理論學習時存在的枯燥、抽象和難理解的問題，建設了可以最大限度地滿足教學需要的立體化教材，包括授課主教材、實驗教材、電子教材、電子課件、學習光盤和輔助參考書。幾種內(nèi)容采用不同的編寫方式，它們之間既有重復、強調(diào)，又有交叉和補充，相互配合，形成一個有機的教學資源整體，可以克服以往教材形式單一的問題，滿足現(xiàn)代學習者個性化和自主性的要求。

（一）編寫并出版了授課主教材

控制工程基礎課程所選用的授課教材中存在如下問題：一是內(nèi)容多而授課學時不足的矛盾；二是沒有結合專業(yè)和實際的工程實例，使學生缺少學習興趣；三是沒有對各章知識點的引出和總結，使學生難以理解；四是習題數(shù)量相對較少，不利于學生鞏固所學知識。針對這些問題，教學團隊編寫了與教學大綱相配套、符合專業(yè)特色的控制工程基礎教材，教材具有如下特點：

1.結構合理，重點突出

刪除了一般教材中的離散控制系統(tǒng)部分內(nèi)容，精簡了各個知識點的內(nèi)容，重點突出基本原理。教材內(nèi)容由四部分組成：第一部分為預備知識部分，主要介紹控制理論的發(fā)展歷史、應用情況、控制系統(tǒng)的基本概念、控制系統(tǒng)分析時用到的數(shù)學工具——拉普拉斯變換及控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立；第二部分是系統(tǒng)分析部分，介紹了時域分析、根軌跡分析和頻域分析的原理及方法；第三部分為系統(tǒng)校正部分，介紹系統(tǒng)校正前后指標和性能的變化；第四部分為非線性系統(tǒng)分析部分，介紹非線性系統(tǒng)分析的相平面法和描述函數(shù)法。

2.豐富了感性認識材料

為了加強學生的感性認識，緒論中除了介紹蒸汽機轉速控制系統(tǒng)之外，還介紹了工業(yè)過程控制領域中常見的液位控制系統(tǒng)和自動駕駛儀中的飛機俯仰角控制系統(tǒng)，使學生初步了解自動控制的實現(xiàn)過程。時域性能分析時以電子心率起搏器系統(tǒng)和某直升飛機簡化控制系統(tǒng)為例，使學生直觀了解控制理論的基本原理和方法的具體應用，豐富了感性認識材料，提高了學生的學習興趣。

3.符合學生認知規(guī)律

教材按照“為什么學—學什么—會什么”這一主線，每一章都是由引言、章節(jié)內(nèi)容、本章小結、思考題和習題組成，引言部分明確學習本章知識點原因和理論產(chǎn)生的背景；本章小結有利于學生抓住主線知識，明確重點內(nèi)容；思考題有利于促進和強化學生對基本概念和基本原理的掌握；習題能滿足學生多練習的需求，且列舉了一些系統(tǒng)實例，有助于學生分析實際控制系統(tǒng)。

4.適用面廣

教材符合教學要求，不僅可以作為機械、動力、飛行器等非控制類專業(yè)本科生的教材，還可以作為相關技術人員的參考書。

（二）更新并完善實驗教材

仿真實驗具有建模方法簡單、參數(shù)調(diào)整方便、結果可視性好等優(yōu)點，克服了常規(guī)實驗內(nèi)容單調(diào)、缺乏變化以及實驗設備易損壞等不足。實驗采用MATLAB仿真，逐年完善了實驗教材，考慮到一些專業(yè)學生沒有學習過MATLAB語言，指導書中介紹了常用的變量、數(shù)學函數(shù)和繪圖方法等，實驗內(nèi)容包括時域分析、頻域分析和根軌跡分析，設定的思考題不僅使學生能夠繪制響應曲線、頻率特性曲線和根軌跡，而且可以通過分析，進一步加深對基本理論的掌握。例如，根據(jù)時域響應曲線可以分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性；穩(wěn)定性可以通過求特征根來確定，也可以由奈奎斯穩(wěn)定性判據(jù)確定，還可以由伯德圖得出的穩(wěn)定裕量確定。

（三）制作了電子教材和電子課件

制作了與教材配套的電子教材和電子課件，詳細地介紹了基本原理和例題的求解過程，將此部分內(nèi)容共享到網(wǎng)站上，便于學生隨時隨地學習。電子課件以簡單清晰為原則，重點和主題突出，內(nèi)容逐行播放，畫面清晰生動，便于學生思考和對重點的掌握。

（四）制作了學習輔助光盤

學習輔助光盤是文字教材的拓展。學習輔助光盤按照“總—分”的順序給出各部分內(nèi)容，先以分支圖形式給出本門課程的要求、重點和難點，然后按章把學習內(nèi)容分成四個部分：第一部分是每章的學時分配、學習重點、難點和知識點；第二部分是例題，便于學生掌握解題方法；第三部分是測試，結合每章的知識點給出一些選擇題并附有答案，便于學生考查自己對于基本知識點的掌握情況，做到心中有數(shù)；第四部分是作業(yè)，通過完成此內(nèi)容可以使學生鞏固所學知識。

（五）出版了輔助教材

任課教師結合工程實踐經(jīng)驗編寫了輔助教材《微機測控系統(tǒng)原理與設計》，于2013年由高等教育出版社出版。書中介紹了控制系統(tǒng)的應用實例，可以使學生加深對自動控制系統(tǒng)的理解，掌握測控系統(tǒng)的設計方法，提高理論聯(lián)系實際的能力。

三、結束語

經(jīng)過幾年的教學實踐，教學團隊在教學內(nèi)容優(yōu)化和立體化教材建設研究方面取得了初步的成效，學生的學習積極性得到提高，及格率、優(yōu)良率的比例呈現(xiàn)上升的趨勢，成果包括：（1）結合我校人才培養(yǎng)目標、學生的專業(yè)特色、先修課程和學生的認知特點對教學內(nèi)容進行了優(yōu)化，取得了良好的教學效果。（2）建立了由主教材、實驗教材、電子教材、電子課件、學習光盤和輔助教材組成的多元立體化教材，能激發(fā)學生學習的積極性和主動性，滿足學生的學習需求。（3）主教材注重取長補短，借鑒了其他教材的優(yōu)點，分析了其他教材存在的不足，按照學生的認知規(guī)律組織了教材的內(nèi)容和次序。（4）主教材注重理論聯(lián)系實際，有航空航天特色。例題和習題中列舉了一些工程應用實例，有助于培養(yǎng)學生分析問題和解決問題等能力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 黃振菊.應用型課程教學內(nèi)容體系的重構與優(yōu)化[J].黑龍江高教研究，2012（8）：176-178.

[2] 李進才.優(yōu)化教學內(nèi)容的幾點思考[J].中國大學教學，2001（5）：11-13.

[3] 王海峰，嵇會祥，張以科.地方工科院校教材建設的思考[J].長春工程學院學報，2013（4）：123-125.

[4] 許世華，曹軍，譚會恒.關于校本教材建設的幾點思考[J].高教論壇，2012（3）：49-51.

[責任編輯：鐘 嵐]