應(yīng)用型獨(dú)立院校中《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)體會(huì)談

王博+張陽(yáng)+梁建農(nóng)

摘 要：《控制工程基礎(chǔ)》課程是機(jī)械類及相關(guān)專業(yè)的主干課程，具有涉及的知識(shí)面廣、學(xué)習(xí)難度大、理論性強(qiáng)等特點(diǎn)。本文針對(duì)獨(dú)立院校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討了與傳統(tǒng)教學(xué)模式比教學(xué)思想、方法和內(nèi)容的變化。

關(guān)鍵詞：控制工程；應(yīng)用型；課程教學(xué)

獨(dú)立學(xué)院是按照新的辦學(xué)機(jī)制和培養(yǎng)模式舉辦的本科層次的高等院校，其中采用培養(yǎng)模式最多的是應(yīng)用型。應(yīng)用型是高等教育發(fā)展到一定階段的必然取向，尤其是大眾化和普及化的到來(lái)，整個(gè)高等教育從學(xué)術(shù)型和研究型轉(zhuǎn)向應(yīng)用型已是大勢(shì)所趨。應(yīng)用型人才的核心是“用”，本質(zhì)是學(xué)以致用，“用”的基礎(chǔ)是掌握知識(shí)與能力，“用”的對(duì)象是社會(huì)實(shí)踐，“用”的目的是滿足社會(huì)需求，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。

《控制工程基礎(chǔ)》是機(jī)械類及相關(guān)專業(yè)的主干課程，課程的主要內(nèi)容是根據(jù)控制論的理論基礎(chǔ)，以機(jī)械工程系統(tǒng)為研究對(duì)象的廣義系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和科學(xué)方法論。該課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式下被認(rèn)為是理論性極強(qiáng)、難度極高、綜合知識(shí)程度很高的一門課程；甚至有些老師和同學(xué)認(rèn)為：控制工程基礎(chǔ)課程是門純粹理論的課程，完全沒(méi)有必要在應(yīng)用型本科院校里開設(shè)這么高難度的理論課程。針對(duì)應(yīng)用型獨(dú)立學(xué)院，筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)談一下該課程的教學(xué)體會(huì)。

一、 課程開設(shè)基本情況分析

在筆者學(xué)校，該課程開設(shè)學(xué)時(shí)為32，課堂學(xué)時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及內(nèi)容不多，講授全部?jī)?nèi)容難度比較大，而且要求學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)消化所學(xué)內(nèi)容并應(yīng)用，尤其對(duì)一些難點(diǎn)、重點(diǎn)內(nèi)容，掌握起來(lái)難度很大。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，該課程多注重理論知識(shí)的講授，學(xué)生很難將所學(xué)的知識(shí)理解到應(yīng)用的層次上，更談不上應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。因此，應(yīng)用型獨(dú)立學(xué)院中講授該課程必然要進(jìn)行一些變化，注重知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合。

二、 應(yīng)用型獨(dú)立學(xué)院中教學(xué)基本思想

（一） 前期知識(shí)的準(zhǔn)備

由于課程特點(diǎn)，對(duì)先行課程相關(guān)知識(shí)聯(lián)系緊密，有必要在緒論中增加一部分前期課程知識(shí)的復(fù)習(xí)，使學(xué)生理解和學(xué)習(xí)起來(lái)更加流暢。比如所涉及的工程力學(xué)、電工學(xué)、大學(xué)物理，尤其是高等數(shù)學(xué)等課程，可以提前說(shuō)明課程要運(yùn)用到哪些知識(shí)，督促學(xué)生在課余時(shí)間有針對(duì)性的復(fù)習(xí)。

（二） 教材的選擇

傳統(tǒng)教學(xué)和培養(yǎng)模式中，該課程注重理論學(xué)習(xí)，所使用的教材深度和難度都極大，比如：華中科技大學(xué)出版社，楊叔子主編的《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》；而且對(duì)于獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)起來(lái)難度很大。因此，適用應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的教材，必須要將理論知識(shí)簡(jiǎn)化，并附有一定應(yīng)用實(shí)例。筆者學(xué)校就參與主編針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的教材，知識(shí)點(diǎn)全而簡(jiǎn)單，而且配合實(shí)例講授，學(xué)生更加容易理解。

（三） 教學(xué)主線的明確

教學(xué)過(guò)程中一定要抓住“穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性”這條控制系統(tǒng)要求的主線。一般來(lái)說(shuō)，課程內(nèi)容主要講授6個(gè)章節(jié)，每個(gè)章節(jié)內(nèi)容其實(shí)都是相互關(guān)聯(lián)的，體現(xiàn)如下：

（1）緒論是讓學(xué)生對(duì)系統(tǒng)尤其是控制系統(tǒng)進(jìn)行整體認(rèn)識(shí)；（2）傳遞函數(shù)是研究控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；如何通過(guò)前期課程知識(shí)分析的微分方程，得到一個(gè)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)？（3）時(shí)域分析是研究控制系統(tǒng)性能的一種方法；怎么利用傳遞函數(shù)進(jìn)行時(shí)域分析？怎樣利用時(shí)域分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能？（4）頻域分析是研究控制系統(tǒng)性能的另外一種方法；怎么由實(shí)數(shù)域的傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)變成復(fù)數(shù)域的頻率特性？怎么利用頻率特性繪制奈奎斯特圖和Bode圖；奈奎斯特圖能體現(xiàn)系統(tǒng)哪些性能？Bode圖能體現(xiàn)系統(tǒng)哪些性能？（5）穩(wěn)定性是研究控制系統(tǒng)的一個(gè)目的。利用傳遞函數(shù)怎么判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性？利用奈奎斯特圖怎樣判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性？利用Bode圖，怎樣判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性？

（四） 教學(xué)方法及內(nèi)容的變化

有一位置隨動(dòng)系統(tǒng)，方框圖為圖a，Mp≤5%當(dāng)系統(tǒng)輸入單位階躍函數(shù)時(shí)，1）校核該系統(tǒng)的各參數(shù)是否滿足要求？2）在原系統(tǒng)中增加一微分負(fù)反饋，如圖b所示，求微分反饋的時(shí)間常數(shù)τ。

傳統(tǒng)的教學(xué)方法，注重理論講授，對(duì)于實(shí)踐及應(yīng)用的認(rèn)識(shí)和重視度不夠，導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。其實(shí)筆者調(diào)查了一部分學(xué)生，發(fā)現(xiàn)學(xué)生不是不想學(xué)習(xí)課程，而是覺(jué)得課程內(nèi)容太抽象，不知道在實(shí)際中有怎樣的應(yīng)用。因此，在課程教學(xué)的過(guò)程中，一定要強(qiáng)調(diào)理論應(yīng)用的實(shí)際意義，盡量結(jié)合現(xiàn)實(shí)中的例子。

如圖1例題是關(guān)于二階振蕩系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)性能指標(biāo)的常規(guī)題目。講授過(guò)程中可以將其引入到汽車懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題上。懸掛系統(tǒng)需要在汽車行駛過(guò)程中保持有效的抗震性能，也就是遇到顛簸時(shí)最大超調(diào)量不宜過(guò)大，否則乘客會(huì)感覺(jué)很不舒適。設(shè)計(jì)師先設(shè)計(jì)了a方案，通過(guò)計(jì)算檢驗(yàn)是否滿足要求；如果不滿足要求，增加怎樣的微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)，可以使設(shè)計(jì)的懸掛系統(tǒng)滿足要求。通過(guò)這種具體事例表述的方式，學(xué)生接受起來(lái)就容易的多。

三、 總結(jié)

對(duì)于應(yīng)用型獨(dú)立院校，怎樣培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才已經(jīng)成為迫在眉睫的問(wèn)題。解決培養(yǎng)問(wèn)題，就要抓住教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，盡可能將課程內(nèi)容和教學(xué)思路轉(zhuǎn)向應(yīng)用。筆者根據(jù)《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討了如何改變教學(xué)思想，將知識(shí)與事例結(jié)合，來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。

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