應(yīng)用型本科“控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)改革與實(shí)踐

李輝，姜一波，鄢煜力，葉凡，段鵬飛，夏璇

(常州工學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院，江蘇 常州 213032)

“控制工程基礎(chǔ)”是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握自動(dòng)控制的基本理論和基本技能，了解自動(dòng)控制技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中的地位和作用，為學(xué)生將來(lái)進(jìn)行理論研究和從事工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1-3]?！翱刂乒こ袒A(chǔ)”是前期基礎(chǔ)課程向后續(xù)專業(yè)課程過(guò)渡的橋梁，為專業(yè)課程的有效開展提供知識(shí)準(zhǔn)備?！翱刂乒こ袒A(chǔ)”課程知識(shí)面廣、信息量大、知識(shí)更新快，具有理論知識(shí)抽象、工程實(shí)踐性強(qiáng)、習(xí)題難度大等特點(diǎn)[4-5]。應(yīng)用型本科院校如何在該課程學(xué)時(shí)被壓縮的情況下提高教學(xué)質(zhì)量，是課程教學(xué)改革要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 “控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)中存在的問(wèn)題

在應(yīng)用型本科院校，測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)方案中明確要求強(qiáng)化“控制工程基礎(chǔ)”課程的實(shí)踐性和工程應(yīng)用。“控制工程基礎(chǔ)”課程由理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)組成,通常總學(xué)時(shí)為30～60學(xué)時(shí)，其中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)占10學(xué)時(shí)[6-9]，因此該課程理論教學(xué)難以超過(guò)50學(xué)時(shí)。在理論教學(xué)中，主要涉及自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、數(shù)學(xué)描述方法、時(shí)域分析法、根軌跡法、頻率分析法以及控制系統(tǒng)的校正方法等內(nèi)容，教學(xué)重點(diǎn)是將課程中的基本概念、基本理論、建模方法、分析方法、解題思路教授給學(xué)生。在實(shí)踐教學(xué)中，主要涉及典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真、典型非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性、線性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差、典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測(cè)量以及線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)校正等內(nèi)容，教學(xué)重點(diǎn)是指導(dǎo)學(xué)生將學(xué)過(guò)的理論應(yīng)用于相關(guān)工程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。該課程理論知識(shí)抽象，學(xué)習(xí)難度大，既存在理論教學(xué)學(xué)時(shí)少以及課程信息量大與學(xué)生接受能力弱之間的矛盾，又存在教學(xué)模式單一與學(xué)生主動(dòng)思考、主動(dòng)探索能力差之間的矛盾。

1.1 學(xué)生前期課程基礎(chǔ)薄弱

“控制工程基礎(chǔ)”涉及很多通識(shí)課程的知識(shí)，如高等數(shù)學(xué)、電工基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號(hào)分析與處理等。而應(yīng)用型本科院校的學(xué)生對(duì)于理論性較強(qiáng)的通識(shí)課程學(xué)習(xí)熱情不高，學(xué)習(xí)態(tài)度不端正，從而導(dǎo)致對(duì)“控制工程基礎(chǔ)”課程的學(xué)習(xí)難度增大。

1.2 教學(xué)方法和手段單一

目前應(yīng)用型本科院校對(duì)于“控制工程基礎(chǔ)”課程的教學(xué)還停留在傳統(tǒng)的教學(xué)模式上，教師主要通過(guò)多媒體進(jìn)行教學(xué)，對(duì)課程中涉及的概念和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授，學(xué)生雖然能在較短的時(shí)間內(nèi)記住各種公式、定理或概念，但是對(duì)于公式以及定理在實(shí)際工況中的應(yīng)用方法卻難以直觀了解。單一的教學(xué)模式限制了學(xué)生的發(fā)散思維，難以開闊學(xué)生的視野，更難提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力。

1.3 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不完善

“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)大綱中，限定了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不超過(guò)10學(xué)時(shí)，而理論教學(xué)所講授的知識(shí)內(nèi)容又十分豐富，10學(xué)時(shí)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)難以對(duì)理論教學(xué)形成良好的支撐。同時(shí)，所開設(shè)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)課堂教學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)或理論原理進(jìn)行驗(yàn)證，缺少綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性和研究性實(shí)驗(yàn)(這些實(shí)驗(yàn)需要高端實(shí)驗(yàn)設(shè)備)。由于應(yīng)用型本科院校對(duì)于高端實(shí)驗(yàn)設(shè)備投入經(jīng)費(fèi)較少，制約了實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力造成一定程度的影響。

1.4 優(yōu)質(zhì)生源匱乏

近幾年，測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)招收到的本科生調(diào)劑比例在80%以上。同時(shí)，應(yīng)用型本科院校大多沒(méi)有碩士點(diǎn)，這在一定程度上限制了應(yīng)用型高級(jí)人才的培養(yǎng)和輸出。優(yōu)質(zhì)生源的匱乏成為制約測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)快速發(fā)展的瓶頸，生源整體質(zhì)量的下滑對(duì)專業(yè)系科研的快速發(fā)展以及優(yōu)秀教學(xué)成果的產(chǎn)出造成巨大阻礙。

1.5 教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)不合理

合理的人員梯隊(duì)(包括人員年齡結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)和學(xué)術(shù)水平等)是課程建設(shè)的前提。由于應(yīng)用型本科院校前身主要為高職院校，因此普遍存在科研經(jīng)費(fèi)投入不足、基礎(chǔ)設(shè)施落后、高層次人才匱乏等問(wèn)題。隨著地方經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和國(guó)家科技水平的不斷提升，原有的辦學(xué)機(jī)制、師資力量已經(jīng)不能很好地適應(yīng)人才培養(yǎng)的需要。

2 教學(xué)改革的主要措施與實(shí)踐

2.1 人才培養(yǎng)模式改革

在人才培養(yǎng)方案的制訂過(guò)程中，應(yīng)該以地方產(chǎn)業(yè)為背景，由學(xué)校、政府和企業(yè)共同組建專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)。在充分考慮學(xué)生基礎(chǔ)的同時(shí)，按照測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)崗位群的需要，確定學(xué)生應(yīng)具備的能力，明確培養(yǎng)目標(biāo)。學(xué)校應(yīng)組織專家組和督導(dǎo)組，依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)置課程內(nèi)容，改進(jìn)人才培養(yǎng)方案，并對(duì)是否達(dá)到預(yù)期要求進(jìn)行考核。將企業(yè)對(duì)員工的崗前培訓(xùn)內(nèi)容引入課堂教學(xué)，形成課堂教學(xué)與崗前培訓(xùn)相融合。將企業(yè)的人才需求引入學(xué)校的招生工作，加強(qiáng)招生過(guò)程中專業(yè)系對(duì)外宣傳力度，吸引優(yōu)質(zhì)生源報(bào)考，使招生與招聘有效銜接。讓學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)“入校有門、就業(yè)有崗”，最終形成“校企聯(lián)合、能力本位”的專業(yè)人才培養(yǎng)模式。

2.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革

首先在教學(xué)大綱中對(duì)實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行完善，明確實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)目的和要求、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`項(xiàng)目表、考核方式以及參考教材。其次，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)分比例，建立開放實(shí)驗(yàn)室，突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)提高動(dòng)手能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。最后，加大專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的投入和建設(shè)，根據(jù)地方產(chǎn)業(yè)特色制訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，加大專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的開放率和利用率，給學(xué)生提供方便的實(shí)驗(yàn)條件。同時(shí)，建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的校外實(shí)習(xí)基地，確保實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中的課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的教學(xué)需要。讓學(xué)生更多地參與到企業(yè)的一線生產(chǎn)中去，讓生產(chǎn)實(shí)習(xí)更接地氣，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的吃苦耐勞精神以及實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

2.3 強(qiáng)化課程組隊(duì)伍建設(shè)

應(yīng)充分考慮測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)系現(xiàn)有教師的年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)、專業(yè)結(jié)構(gòu)、雙師結(jié)構(gòu)，構(gòu)建一支結(jié)構(gòu)層次合理、具有較高學(xué)術(shù)水平和教學(xué)水平的“控制工程基礎(chǔ)”課程組隊(duì)伍。實(shí)行導(dǎo)師帶徒制，由副高及以上職稱教師擔(dān)任青年教師導(dǎo)師，要求青年教師隨堂全程聽課，并對(duì)其執(zhí)教能力和實(shí)踐能力進(jìn)行針對(duì)性培養(yǎng)。要求課程組教師積極參與學(xué)校舉辦的“專家課”“公開課”和“研修課”，通過(guò)學(xué)習(xí)教學(xué)名師等優(yōu)秀教師的先進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提高教育教學(xué)水平。加強(qiáng)課程組教師實(shí)踐能力的培養(yǎng)，定期安排到校外實(shí)踐基地學(xué)習(xí)。對(duì)課程組青年教師應(yīng)該進(jìn)行專門訓(xùn)練，要求其到企業(yè)參加一線生產(chǎn)，在企業(yè)鍛煉時(shí)間累積應(yīng)達(dá)到2年以上，以增強(qiáng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“控制工程基礎(chǔ)”理論教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。加大課程組青年教師“雙師型”比例，不斷提升“雙師型”青年教師水平。

2.4 整合教學(xué)內(nèi)容

應(yīng)當(dāng)對(duì)“控制工程基礎(chǔ)”課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合和優(yōu)化，要兼顧學(xué)校辦學(xué)定位與特色，充分考慮常州市地方產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)對(duì)“控制工程基礎(chǔ)”課程的要求，推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的改革。按照教學(xué)內(nèi)容將教材分為教本教材和學(xué)本教材兩類。教本教材要具有較強(qiáng)的邏輯性和系統(tǒng)性，通常難度較大，有利于教師吃透有關(guān)概念和理論；學(xué)本教材更注重學(xué)生的前期基礎(chǔ)，依據(jù)學(xué)生的心理和認(rèn)知規(guī)律由淺入深編排教材內(nèi)容，更有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。教學(xué)時(shí)應(yīng)突出“控制工程基礎(chǔ)”的工程背景，淡化理論證明，使教學(xué)內(nèi)容能夠?yàn)榕囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力服務(wù)。與時(shí)俱進(jìn)，通過(guò)課堂教學(xué)向?qū)W生介紹“控制工程基礎(chǔ)”課程的前沿技術(shù)和發(fā)展動(dòng)向，彌補(bǔ)教材內(nèi)容的滯后。基于OBE教育理念，進(jìn)一步優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建課程體系，確定教學(xué)策略，擴(kuò)展課程知識(shí)體系，將“現(xiàn)代控制理論”和“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”等相關(guān)課程的知識(shí)點(diǎn)融入教學(xué)過(guò)程，強(qiáng)化課程之間的聯(lián)系性。準(zhǔn)確把握學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，了解學(xué)生的基礎(chǔ)和目標(biāo)，有針對(duì)性地制訂教學(xué)方案。通過(guò)多層次、多元化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，為教師課堂教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。

2.5 提倡教學(xué)方法多樣性

“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)過(guò)程中，可以采用講授、課堂討論、提問(wèn)等形式來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量，以講授作為最基本的課堂教學(xué)方式。對(duì)于原理及概念較多的章節(jié)，如控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和時(shí)域分析法，可以采用講授的形式。由于線性系統(tǒng)的根軌跡法、頻域分析法是“控制工程基礎(chǔ)”課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，應(yīng)采用結(jié)合板書講授，放慢課堂教學(xué)節(jié)奏，將重點(diǎn)和難點(diǎn)細(xì)化，讓學(xué)生更容易消化和吸收。對(duì)于綜合性較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，如線性系統(tǒng)的校正方法，可以采用課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方式，利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證校正方法，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。此外，對(duì)于課堂例題、課后習(xí)題等可以采用課堂討論和提問(wèn)的形式，提高學(xué)生聽課的主動(dòng)性和積極性。將傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合，采用多媒體教學(xué)手段可以加快課堂教學(xué)的進(jìn)度，提高教學(xué)效率，采用微課或網(wǎng)絡(luò)課程可以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在課堂教學(xué)過(guò)程中還應(yīng)根據(jù)學(xué)生的反饋及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度，為不同班級(jí)安排不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度。教學(xué)過(guò)程中要注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)于抽象的難以理解的知識(shí)點(diǎn)可以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際或常見的例子加以說(shuō)明。針對(duì)不同學(xué)生群體的需求，采取不同的教學(xué)形式和方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，也為優(yōu)秀畢業(yè)生的培養(yǎng)和提高考研上線率奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用型本科院校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)應(yīng)突出學(xué)生的動(dòng)手能力、應(yīng)用能力以及自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在課程教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該把握正確的教學(xué)方向，將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，以有效解決工程實(shí)際問(wèn)題為目的，無(wú)需進(jìn)行繁雜的理論教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)積極性具有十分重要的作用，應(yīng)適當(dāng)增加實(shí)踐教學(xué)的學(xué)分比例，引導(dǎo)學(xué)生參與相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃等實(shí)踐性課題，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師的科研項(xiàng)目，將“控制工程基礎(chǔ)”課程相關(guān)知識(shí)應(yīng)用到科研項(xiàng)目中去。通過(guò)對(duì)“控制工程基礎(chǔ)”課程進(jìn)行教學(xué)研究、探索和實(shí)踐，闡明了應(yīng)用型本科院?！翱刂乒こ袒A(chǔ)”課程的改革措施，給出了提升學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的教學(xué)方法，為提高測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)質(zhì)量、增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力以及科研能力提供了參考。

[1]姜燕, 張燕, 閆艷燕, 等.《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)方法淺析[J].科技視界, 2015(20):34.

[2]林海鵬, 王金波, 董金波, 等.《控制工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革與實(shí)踐探索[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2011(8):182-183.

[3]馮鈞.應(yīng)用型本科院校“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)的若干關(guān)鍵要點(diǎn)探究[J].大學(xué)教育,2015(7):161-162.

[4]鄒方利,肖莉.應(yīng)用型工科院?！犊刂乒こ袒A(chǔ)》課程教學(xué)方法探析[J].教育教學(xué)論壇,2014(36):48-49.

[5]王偉, 申愛(ài)明.《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革研究與探索[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,30(2):139-141.

[6]楊秀萍, 郭悅虹, 王收軍.Matlab仿真在《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2011,33(7):58-60.

[7]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.

[8]浦龍梅, 楊增強(qiáng).基于LABVIEW軟件開發(fā)的控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)軟件的研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表, 2007(1):82-85.

[9]鄭明軍, 劉希太, 王海花.《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].中國(guó)科技信息,2009(6):257-258.