張磊　王樹臣　張建化（徐州工程學(xué)院機(jī)電學(xué)院，江蘇徐州221018）

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應(yīng)用型本科“控制工程基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐研究*

張磊王樹臣張建化
（徐州工程學(xué)院機(jī)電學(xué)院，江蘇徐州221018）

摘要：分析了“控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，闡述了應(yīng)用型本科院校機(jī)電類專業(yè)“控制工程基礎(chǔ)”課程的教改思路，介紹了徐州工程學(xué)院機(jī)電學(xué)院“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：控制工程基礎(chǔ)；應(yīng)用型本科；教學(xué)改革

Abstract:Based on the characteristics of the curriculum "Introduction to Control Engineering" and its present teaching situation, the teaching reform thinking of this curriculum towards the mechanical and electrical engineering in application-oriented colleges is proposed and the implementation experiences in the mechanical and electrical engineering school, Xuzhou Institute of Technology, are introduced.

Keywords:Introduction to Control Engineering; application-oriented undergraduate; teaching reform

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)高教界跟隨國(guó)際潮流，開始重視實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)化應(yīng)用型人才培養(yǎng)，在全國(guó)范圍內(nèi)明確了一批以培養(yǎng)“應(yīng)用型人才”為目標(biāo)的本科院校。經(jīng)過十余年的發(fā)展，2014年3月，教育部進(jìn)一步明確高等教育的改革方向：全國(guó)1200余所高校將有超過600所高校逐步向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)變。由此，我國(guó)高等教育的辦學(xué)格局漸趨明朗，應(yīng)用型本科教育將與傳統(tǒng)學(xué)術(shù)型本科教育并駕齊驅(qū)。于是，圍繞新興應(yīng)用型本科教育的課程教學(xué)改革和實(shí)踐教學(xué)體系改革成為教育界，尤其是應(yīng)用型本科辦學(xué)高校探討的熱點(diǎn)。

“控制工程基礎(chǔ)”課程是機(jī)械儀表類、電子信息類、動(dòng)力工程類等工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，它以控制理論為基礎(chǔ)，研究在工程實(shí)踐基礎(chǔ)之上抽象出來的用于設(shè)計(jì)與分析控制系統(tǒng)的共性問題，在整個(gè)理工科專業(yè)知識(shí)體系中起到重要的承前啟后作用，對(duì)工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義。在當(dāng)前各學(xué)科積極探索應(yīng)用型本科教學(xué)改革之路的背景下，如何圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，改革“控制工程基礎(chǔ)”課程原有的體系結(jié)構(gòu)和教學(xué)模式，使之適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，與時(shí)俱進(jìn)，是該課程要面對(duì)的首要問題，一大批一線教師展開了積極探索。徐州工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我校”）從升本建校之初，就明確提出以培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才為辦學(xué)目標(biāo)，文章將結(jié)合在我校機(jī)電學(xué)院實(shí)行“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的實(shí)際情況，探討該課程的教改實(shí)施問題。

一、“控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

“控制工程基礎(chǔ)”課程對(duì)于機(jī)電學(xué)院的學(xué)生來說是一門比較抽象的專業(yè)基礎(chǔ)課，它緊密圍繞工業(yè)生產(chǎn)裝備控制自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，將種類繁多的各類控制機(jī)械、設(shè)備、裝置的本質(zhì)原理抽象出來，形成數(shù)學(xué)公式化的語言，講述分析綜合、設(shè)計(jì)調(diào)整控制系統(tǒng)的基本方法。課程在大三開設(shè)，緊密聯(lián)系學(xué)生在大一、大二所學(xué)的多門課程，如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電工電子、線性代數(shù)等。這些已學(xué)課程的學(xué)習(xí)難度本來就很大，而到了“控制工程基礎(chǔ)”這門課程的學(xué)習(xí)時(shí)則需要學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的上述知識(shí)來分析和解決實(shí)際工業(yè)控制問題，因此，學(xué)習(xí)難度將進(jìn)一步加大；同時(shí)，該課程又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要充分體現(xiàn)該課程的理論性與工程性交叉。

故由上述分析可見，“控制工程基礎(chǔ)”具有學(xué)習(xí)內(nèi)容難、跨度大、講解繁、知識(shí)活等特點(diǎn)，這給教師授課帶來很大困難，同時(shí)也對(duì)教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)提出很高要求。傳統(tǒng)學(xué)術(shù)型本科教育，對(duì)該課程的體系框架和教學(xué)模式的思維多在本學(xué)科內(nèi)單項(xiàng)進(jìn)行，在課程內(nèi)容組織上，為強(qiáng)調(diào)知識(shí)的完備性和系統(tǒng)性，常采用多課時(shí)（64課時(shí)左右）系統(tǒng)性講解，要求學(xué)生全面掌握問題的提出、建模、簡(jiǎn)化、求解、推導(dǎo)、證明、引申等過程。而應(yīng)用型本科教育，理論教學(xué)課時(shí)需要向?qū)嵺`教學(xué)課時(shí)讓位，多數(shù)高校都將該課程壓縮到40-48課時(shí)教學(xué)，學(xué)時(shí)短而任務(wù)重，必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容合理取舍、靈活改進(jìn)教學(xué)方法，若仍采用傳統(tǒng)教學(xué)模式講授，常常令學(xué)生不堪重負(fù)，喪失專業(yè)學(xué)習(xí)興趣和信心，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)昂罄m(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生丟掉學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

二、應(yīng)用型本科“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的基本思路

針對(duì)“控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合應(yīng)用型本科辦學(xué)的要求，我校機(jī)電學(xué)院“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的五位教師統(tǒng)一思想，認(rèn)真討論，形成以下幾條課程教改的基本思路：

1.修訂教學(xué)大綱：使之在新學(xué)時(shí)要求下與專業(yè)培養(yǎng)要求相適應(yīng)。

2.選取合適教材：所選教材章節(jié)應(yīng)盡量與大綱要求、課堂講授順序匹配。

3.優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容：遵循由淺入深的原則，優(yōu)先保證基礎(chǔ)、核心知識(shí)的講解；保留簡(jiǎn)單的推理論證環(huán)節(jié)，舍棄繁冗深?yuàn)W的證明過程；推崇實(shí)例教學(xué)，多講針對(duì)性強(qiáng)的例題。

4.改進(jìn)教學(xué)方法：將現(xiàn)代教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合。

5.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)：選擇鍛煉學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦的實(shí)驗(yàn)；引入MATLAB仿真。

三、應(yīng)用型本科“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的實(shí)施

（一）修訂教學(xué)大綱

對(duì)應(yīng)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，將課程教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)（40學(xué)時(shí)）做如表1分配。在教學(xué)內(nèi)容選擇上，重點(diǎn)講解數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析、根軌跡法和頻域分析四個(gè)章節(jié)；舍棄控制系統(tǒng)的分析與校正、線性離散控制等內(nèi)容；在時(shí)域分析、根軌跡法和頻域分析3個(gè)體現(xiàn)經(jīng)典控制理論特色的章節(jié)中，精選3個(gè)實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解吸收。

表1　課程授課內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配

（二）編制適合應(yīng)用型本科教學(xué)的教材

教材是學(xué)生的重要學(xué)習(xí)工具，作為學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的重要參考資料。因此，教材的優(yōu)劣一定程度上影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。選擇教材要與學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和教師的講授順序、知識(shí)要點(diǎn)相匹配，還要根據(jù)不同的專業(yè)和學(xué)時(shí)，選擇不同的教材。

在教材選擇上，我校機(jī)電學(xué)院一直選用清華大學(xué)出版社董景新教授主編的《控制工程基礎(chǔ)》第三版教材，該書編寫細(xì)致，習(xí)題豐富，可供學(xué)習(xí)利用的網(wǎng)絡(luò)資源較多，是學(xué)習(xí)控制理論的經(jīng)典教材之一。但對(duì)于學(xué)時(shí)短的應(yīng)用型本科教學(xué)而言，該教材適用性并不強(qiáng)。具體使用中，根據(jù)教學(xué)大綱，學(xué)院只能摘選部分章節(jié)進(jìn)行教學(xué)，容易給學(xué)生造成教學(xué)順序混亂的印象，并帶來復(fù)習(xí)不便的問題。針對(duì)這一問題，經(jīng)過數(shù)年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累，我們組織一線教師自己編制了適合本校師生使用的“控制工程基礎(chǔ)”教材，并聯(lián)系西電出版社出版。該教材根據(jù)應(yīng)用型本科學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力，精簡(jiǎn)內(nèi)容，整合章節(jié)，摘選了大量例題分析，簡(jiǎn)明扼要地闡述了經(jīng)典控制理論的主要內(nèi)容，在使用中受到了學(xué)生的好評(píng)。

（三）改進(jìn)教學(xué)方法

如今大學(xué)課堂，教師講課幾乎全部采用多媒體進(jìn)行，字跡清晰，方便快捷，增加聲音動(dòng)畫吸引學(xué)生興趣，教師備課也變得輕松愜意。然而，這種教學(xué)方法同時(shí)也讓學(xué)生放棄了紙筆的記錄和寫畫，從參與教學(xué)變成旁觀教學(xué)，新授知識(shí)從眼前閃過卻難以歷久彌新；教師放棄傳統(tǒng)的黑板粉筆，得到教學(xué)速度的同時(shí)卻失去了令學(xué)生加深印象、咀嚼新知識(shí)的機(jī)會(huì)。故多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)的黑板粉筆教學(xué)各有利弊。

對(duì)于“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)而言，大量的公式圖表若都采用“放電影”式的講解，極易令學(xué)生麻木疲憊，一節(jié)課下來仿佛學(xué)到很多卻毫無頭緒；而采用黑板粉筆固然能加深印象，卻不能滿足教學(xué)進(jìn)度的要求。我們敏銳地注意到了現(xiàn)代教學(xué)方法和傳統(tǒng)教學(xué)方法的差異和優(yōu)劣，在教改中強(qiáng)調(diào)揚(yáng)長(zhǎng)避短，每位教師都要注意教學(xué)方法，努力實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)結(jié)合。

（四）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建與應(yīng)用

課堂教學(xué)完成以后，從我們的經(jīng)驗(yàn)看，由于學(xué)生基礎(chǔ)弱，完全掌握消化課堂講授知識(shí)還需要課后必要的復(fù)習(xí)和練習(xí)；而且在課堂教學(xué)中教師是主體，不能因材施教，同時(shí)對(duì)學(xué)生自主思維能力的培養(yǎng)也較少。在教改中，我們注意到這一點(diǎn)，提出構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)來彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足。利用學(xué)校的“天空教室”公共平臺(tái)，我們構(gòu)建了“控制工程基礎(chǔ)”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。它包含了教師課堂授課的各種教學(xué)資料，同時(shí)還提供問題討論、教師在線答疑、測(cè)試等功能。學(xué)生進(jìn)入后可以根據(jù)個(gè)人情況，自主選擇學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，較好地培養(yǎng)了學(xué)生的自主思維能力。

（五）靈活運(yùn)用MATLAB

控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以使用MATLAB輔助分析計(jì)算、繪圖仿真，這給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了趣味。舉例來說，在講解根軌跡法時(shí)，伊凡斯的繪圖方法講完后，學(xué)生普遍對(duì)徒手繪制根軌跡圖畏手畏腳，擔(dān)心繪制的不正確、不精確。在引入簡(jiǎn)單的幾條MATLAB命令后，正確的根軌跡圖清晰地呈現(xiàn)在電腦屏幕上，這令學(xué)生驚喜不已，同時(shí)對(duì)照電腦上根軌跡圖的功能可以印證和加深伊凡斯所提的繪圖方法，較好地輔助了學(xué)生的理解。類似地，在講解時(shí)域分析和頻域分析時(shí)適時(shí)引入MATLAB命令，令學(xué)生都會(huì)有驚喜發(fā)現(xiàn)，從而激發(fā)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣。

四、結(jié)束語

“控制工程基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐在我校機(jī)電學(xué)院實(shí)施已經(jīng)有近一年時(shí)間，這中間也出現(xiàn)了一些教改問題，如舍棄了“控制系統(tǒng)的分析與校正”章節(jié)后，整個(gè)經(jīng)典控制理論從講述結(jié)構(gòu)上顯得不太完整，學(xué)生在使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)時(shí)尚有許多不便的地方，這些都值得我們后續(xù)總結(jié)和改進(jìn)；然而教改總體呈現(xiàn)出了良好的整體效果，回訪學(xué)生發(fā)現(xiàn)，學(xué)生感覺教改實(shí)施后，學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)較輕，教師講課與教材章節(jié)契合度高，條理性強(qiáng)，引入MATLAB提高了學(xué)習(xí)興趣，使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)感覺課后復(fù)習(xí)有了可供依靠的后盾。這些反饋信息初步證明上述我們的教改是可行的，是適合學(xué)校發(fā)展定位的，同時(shí)也為其他應(yīng)用型本科院校開展“控制工程基礎(chǔ)”的教學(xué)改革提供了有益的參考和借鑒。

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作者簡(jiǎn)介：張磊（1978-），男，漢族，江蘇省徐州人，博士，副教授，研究方向：機(jī)械制造質(zhì)量控制。王樹臣（1967-），男，滿族，黑龍江省佳木斯人，碩士，教授，研究方向：工程裝備機(jī)電控制。張建化（1979-），男，漢族，河南省靈寶人，博士，講師，研究方向：機(jī)器人控制。

*基金項(xiàng)目：文章系徐州工程學(xué)院科教基金項(xiàng)目的階段性研究成果（編號(hào)：YGJ1446），（時(shí)間：2014年5月-2015年12月）。

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-000X（2016）09-0127-02