機電類控制工程課程教學過程思考分析

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[摘要]分析機電類控制工程基礎教育中出現的問題，針對此類問題，通過在教學內容、教學方案設計、教學方法等方面的分析，設計對應的解決方案，并在教學中進行積極的實踐，取得了良好的效果。

[關鍵詞]機電類控制工程課程；教學；基礎教育

控制工程基礎技術作為自動化技術的重要組成部分，在現代工業生產過程中，正在為實現各種最優技術經濟指標、提高經濟效益和社會效益、提高勞動生產率、節約能源、改善勞動條件、保護環境衛生、提高市場競爭能力等方面起著越來越巨大的作用。《控制工程基礎》（有的專業稱為自動控制原理）是研究自動控制共同規律的技術科學，是工科高等院校機電類、控制類、機械類等專業的一門主干專業基礎課程，該課程是一門與實際工業過程控制系統聯系十分密切的課程。該課程重在使學生掌握與自動控制原理相關的專業知識和綜合應用能力，培養自動控制系統分析與設計、自動控制系統調試與維護方面實際問題的能力，這種能力正是機電類學生的核心競爭力，是機電類學生相比較其他專業學生的最大優勢所在。《控制工程基礎》課程研究控制系統分析與設計的基礎知識，包括線性控制系統的建模，時域分析法（主要研究系統的穩定性、穩態特性和動態特性），根軌跡分析法，頻率分析法三種分析法以及系統的校正與計算機輔助分析；非線性控制系統的分析法；現代控制理論中的狀態空間描述，時域分析以及系統可控可觀性判斷。通過對該課程的學習，使學生了解并掌握分析、設計自動控制系統的基本理論和基本方法，為相關后續課程和今后的工作奠定堅實的基礎。近年來隨著本科生教學總體學時數的消減，本課程的總體學時/學分為48/3。課程的內容雖然在不斷地修訂，新版教材也引入了新技術、新產品，但仍然存在較多急需解決的問題，主要表現在：教學體系、教學內容相對落后，跟不上技術發展的步伐；教學體系、教學內容地調整、更新缺乏系統性、合理性；理論和實踐不能很好地結合。學生從學理論到用理論指導實踐還有很大差距，實踐能力較差，不能學以致用。如何在學時少、內容多的情況下，妥善處理好打基礎與跟蹤學科發展方向之間的關系、培養實用性人才，是我們教學工作的中心與重點。本文針對上述問題，結合筆者在控制工程基礎教育教學中的個人探索，總結了幾點有關機電類控制工程基礎的教學經驗如下。

1教學內容

根據控制工程基礎課程性質的要求，每一部分理論知識都應先介紹工程應用背景案例。教師講授以注重基本思想、基本理論、基本技能為主線，以工程實際中的案例為引導，采用啟發講授與課堂討論相結合方法激發學生的學習興趣與積極性；實驗中鼓勵學生根據教學內容自己提出方案，通過實驗來領會所學知識。課程內容設置以設計滿足工業控制實際要求為目標，既重視打基礎和拓寬知識面，又重視工程素質、工程實踐能力和創新設計能力，建立綜合此前學過的各門學科知識為一體的課程新體系。根據這一體系，進行本課程的教學內容和實踐性教學環節的整合、協調和優化。從而明確本課程的分工和定位，避免與其他相關課程之間的不必要的重復和大的脫節。采用主講教師講授的啟發式、課堂上師生互動式相結合的教學方法。采用這種方法的關鍵在于主講教師要做好充分準備，要能提出問題，引起學生的興趣和積極思維，只要學生能積極思維，就可以向老師提出問題，這樣才能達到互動目的，也才能提高課堂教學效果；根據每次講授內容，教師要能提出有關工程實際案例，以工程應用背景的案例來激發學生的學習興趣，以提高學習效果；采用Matlab、LabVIEW結合Flash、PowerPoint等應用軟件平臺設計開發的電子教案進行教學，使教學內容豐富，表現形式多樣，變粉筆黑板式教學為現代電子教學，變粉筆黑板式教學為典型控制系統展示，使過去因對被控過程只是空洞的描述，改變為具體而生動演示；采用驗證性實驗與研究性實驗相結合的教學實驗方法，使原先單純參數整定的原理驗證性實驗為與現代控制系統設計相結合的綜合性實驗；由于過程控制工程課程涉及到的實驗的裝置比較復雜，成本較高，我校實驗室的實驗裝置遠遠不能滿足教學要求，可利用虛擬實驗平臺來實現對實際裝置的替代，使學生更容易理解教學內容。鼓勵學生參加教師或企業的科研項目，培養學生的實際動手能力和工程應用能力。

2教學方案設計

2.1根據“三型”人才培養的目標和實踐教學的要求，更新教學大綱內容

新的大綱要體現“創新型”的教學內容，注重學生的基礎知識、基礎理論和基本技能的培養，同時兼顧希望繼續深造的學生的需求。

2.2例題、習題和思考題的內容選編和精心設計

《控制工程基礎》課程的理論性很強，要充分地理解理論內容，必須輔以一定量的例題、習題和思考題，這些內容要能既能夠體現理論內容，又能夠結合工業的實際應用。

2.3不斷更新教學內容，保持教學內容的前沿性和經典性

本課程教師隊伍具有較強的科研背景，對教學內容保持前沿性起到了重要保障。當前，國內外自動化學科的發展速度加快，應不斷總結和歸納學科重大成果和前沿方向，不斷更新教學內容，保持教學內容的前沿性和時代感，保持并增強學生對本學科的興趣度。

2.4開發動態虛擬實驗平臺

《控制工程基礎》課程教學內容涉及面廣，既有儀表原理的電路分析，又有控制算法理論分析，推理演繹較多，同時課程要求理論與實際相結合，為更好地推進課程教學內容的理解，豐富教學內容，有必要將現代化的教學手段引入到該課程教學中，搭建一個融合了課程內容和實踐分析方法、靜態與動態模式相結合的全方位立體綜合教學平臺，從而有效地將教學與實驗相結合，促進學生創新意識的培養和創新能力的提高。

2.5開發多媒體課件，變抽象為具體

在《控制工程基礎》理論課程教學中要用到許多圖形，如系統方框圖、階躍響應曲線、頻率相應曲線等。應用多媒體課件輔助教學，能生動的展示教學要點和應用技能，有利于學生接受和掌握所學知識。

3教學方法

對于課程重點、難點利用常規講解加板書的教學手段進行教學，以加強學生的理解和掌握。在教學中引入以MATLAB、LABVIEW為平臺的控制系統計算機輔助分析與設計的實時動態演示課件，使學生形象理解一些抽象的知識點，同時教學中提醒學生注意多媒體課件中內容的重要性。開展案例化、啟發式教學。搭建學生課后討論網絡平臺（如課程網站、課程QQ群等），豐富師生溝通渠道，增強教學效果反饋的實時性。

4教學方式

理論教學以常規課堂教學為主，穿插一定的習題課、討論課，活躍學生思維，幫助學生掌握學習內容，并通過課外答疑、網站輔導等形式形成教與學的互動；對教學重點、難點，教師上課前通過討論、試講等形式重點備課；課程教學中以MATLAB為平臺的計算機輔助分析與設計實時動態演示，重在使學生形象和深入理解課程內容，培養學生計算機輔助分析與設計的能力；課外的實踐環節利用控制系統虛擬實驗使學生開闊眼界，深入思考自動控制理論的內涵及其應用；采用多樣化的考核與評價方式，實行考教分離，建立較為完善的試題庫，設置課程大作業，采取答辯形式進行考核，成績以一定比例記入課程最終成績。

5結論

筆者在控制工程基礎的教學過程中，針對機械電子工程專業采用了上述的教學內容、教學方案與教學方法進行了積極的實踐。首先，吸收和借鑒國內自動控制原理精品課程的經驗，以及國外知名高校的網絡資源，整合和優化課程知識點，理順各知識點間的銜接關系，及時補充和更新教學內容，形成較為完整的課程知識體系。其次，根據自動化專業核心能力對本課程的要求，積極開展教研教改活動，建設相應的教材，設立與課程教學內容向銜接的實踐環節，構建課程實踐教學體系，采用案例化、項目化等教學方法，提高課程教學效果，培養學生對知識的應用能力。最后，充分利用現有實驗設施，以大學生科研立項、學科競賽為載體，搭建校內課程實訓平臺，加強科研與教學的互動。通過這幾個過程的進行，控制工程基礎課程的教育教學取得了很好的效果，具體表現在以下幾個方面：在對已畢業學生的調研中，在學生工作應用過程中，學生對于系統的理解較為深刻，而這正是控制工程基礎課程最為強調的重點。我校我專業歷年來報考研究生的人數較少，基本無人能夠成功順利升學，但在2020年畢業生的研究生入學考試中，我校有四人成功以控制工程基礎為專業課取得很好的成績，順利通過了研究生的入學考試，獲得了更高一級的深造機會。與我校過去的成績相對比，采用了新的教學方式、方法后，取得了明顯的進步為擴大本文中教學方法的影響，筆者在本校其他專業中的控制工程基礎教育中進行了積極的推廣，也取得較好的效果，其中某專業的學生在指導后，其研究生的入學考試中，控制工程基礎課程的成績取得了接近滿分的成績。綜上所述，本文針對機電類控制工程基礎教育中存在的基本問題，設計了對應的解決方案，并在教學中進行了積極的實踐，取得了良好的效果。

作者：關宏偉 單位：寧波財經學院數字技術與工程學院