“测控原理”课程建设与教学实践

彭爱民

中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京 100083

人类社会已经进入知识经济时代[1]，而人才是这个时代的核心竞争力。高等院校作为培养人才的基地，深化教育教学改革，培养具有创新意识和实践能力的高素质的创新型人才，是新的历史时期的使命。以素质教育为核心的创新型人才的培养，不仅需要我们从思想上转变教育教学理念，建立以人为本的科学发展观，还需要对传统的教育教学方法进行改革和发展，在教育教学活动中贯彻素质教育的思想，加强对学生能力的培养。

“测控原理”课程涉及学科间的相互渗透，其理论性和综合性都很强。各院校在教学过程中侧重于理论教学，学生感觉抽象难学。针对教学过程中的问题，我们结合学校办学特色与实际条件，从课程结构与内容、教学方法与手段以及实验课程建设等方面，对该课程进行了教学改革与探索。

一、优化课程结构，整合教学内容

教学内容是开展教学活动的依据，是实现教学目的的保障。“测控原理”课程内容具有较强的理论性和综合性，涉及先修课程有电工电子学，工程数学，信号与系统等，并且与这些课程在内容上联系紧密，乃至有重合。比如，系统微分方程的建立以及系统函数等在信号与系统中就有较为详细的介绍。由于各课程的侧重点不同，任课教师也不同，为了避免讲授过的基础内容重复讲授，没讲授过的内容又缺乏交代，就需要整合课程结构和内容。通过新一轮专业培养方案的修订，我们适当调整了教学安排和教学内容，使课程间的衔接更紧密，教学内容间的过渡更紧凑，教学重点更突出。

教学的目的是充分发挥每个受教育者的潜能，而人的发展存在个体差异。为此我们按照基础，提高和拓展将教学内容分为不同的层次实施教学。基础知识部分是必须完成的基本教学任务，是要求学生掌握的本专业课程的必备知识，因而也是教学的重点内容。其他部分的内容则根据学生的学习能力有所取舍，这样既能满足对学科感兴趣以及学有余力的同学的学习诉求，又能使基础差的同学较好地掌握本学科的基本要素。

教材是配合教学内容，分为基本教材和参考教材。基本教材是教学的主要参考书，从各级重点教材以及经典的教科书中选择。通过基本教材的学习，学生掌握了本课程的基本理论和基本分析方法。参考教材则是教学的补充，侧重应用实例。通过补充教材的学习，培养学生理论联系实际的思维方式，锻炼学生运用理论知识解决实际问题的能力。

二、引入多元化的教学模式和教学手段

传统的课堂教学是由粉笔、黑板和教师组成，教学模式单调，基本是以教师为中心的满堂灌。在这样的教学过程中，学生处于被动接受知识的状态，难以发挥学生学习的主观能动性，形成教与学互动相长的局面，教学效果往往不尽如人意。另一方面，如果把大学四年的课程看作“课程链”的话，测控原理则位于“课程链”的顶部。部分学生到达这个链节点时已经有不同程度的“中毒”。而测控原理与先修课程在内容上联系紧密，课程理论性又强，内容枯燥，教学过程中容易出现疲劳状态，听课时一旦落下，学生会有很强的挫折感，产生畏难情绪，直接影响教学效果。

为此，我们以每次课为教学单元，根据每个教学单元不同的教学内容和教学目的，采取不同的教学方法。讲述时先用精练的语言让学生对基本理论有核心的把握，然后再由浅入深铺展开来。采用设问的方式，启发学生对问题本质的思考。鼓励学生参与教学环节中，如在课程开始的知识回顾以及结束之前的小结环节可以由学生完成。而要做好这两个环节的工作，一是要上课注意听讲，二是要及时复习学过的知识。学生因参与而变得主动，因主动而有积极性，学习效果自然提高。

以绪论课为例，先是引入控制的概念，然后让学生每人举出一个控制实例。这些实例可谓包罗万象，近到我们每日乘坐的电梯，远到导弹、神州飞船等。例子罗列出来了，接下来就是引导学生思考在这些实例中，我们需要测量和控制哪些物理量。简单的例子，如水位控制系统，学生很容易找到需要测量和控制的量，但对于复杂的系统，一时却无从下手。此时的学生处于跃跃欲试而未得的状态，启发他们从局部看整体，比如机械手臂的运动，先观察肘部运动和手部运动，然后是整个手臂的运动。在这一分解一点拨之间，学生学到了分析问题的方法，加深了对课程性质和重要性的认识，激发了学习热情。

在丰富课堂教学，活跃课堂气氛等方面，现代化的教学手段功不可没。多媒体课件灵活的表现手法，不仅使课堂教学变得形象生动，还有效增加了课堂的信息量。一些工具软件在课堂上的利用，更是提高了课堂的学习效率。例如在分析系统参数对系统稳定性的影响时，以往的讲解是推导数学方程的解并由解的形式分析其响应特点，学生看到的只是抽象的符号和公式。借助Matlab仿真软件和虚拟仪器实验平台，可以展示参数变化时系统的不同相应曲线，直观而且印象深刻，加深了学生对知识的理解，增强了学习的信心。

三、加强实验教学体系建设

实验教学是学生将理论知识和实际相联系的环节。通过动手实验，能够加深学生对基础知识的理解，提高学生运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力，在以小组为单位的实验中，还培养了学生团结协作的精神。

在实验课程改革之前，测控原理实验课为基于硬件电路的实验。由于实验箱的数量有限，配套软件也不尽完善，学生做实验时往往花费较多时间在搭建系统上，实验内容少，实验教学效果不理想。

我们通过实验课程改革与建设，分两个阶段建立了软硬件结合的实验课程体系，扩充了实验内容，提高了教学效果。第一阶段增加了基于Matlab的设计和仿真实验。Matlab 是美国Math Works 公司开发的矩阵实验室软件包，目前已成为控制领域最为流行的计算和仿真软件。第二阶段开发了基于Labview 的控制实验系统。通过这些实验，激发了学生学习的兴趣，在加深对理论知识理解的同时，还培养了学生运用工具语言学习专业知识和解决专业问题的能力，促进理论课程教学质量的提高。

现在高校中很多课程的实验课是“看”实验，学生做实验的积极性不高。为了有效锻炼学生的实践动手能力，在实验课前要求学生做好预习工作并检查预习工作。同时，在成绩评定环节，增加了实验环节的成绩，扩大了对学习过程和学习能力评定的比例。

从几个学期的教学实践看，通过上述几项方法措施，基本实现了此次教学改革与研究的目标。

[1]王训练，曾学鲁，杜升云，等.高等学校实施素质教育亟待解决的关键问题[J].中国地质教育，2000，（2），15-18.

[2]李志义.关于研究型大学本科教学的若干反思[J].中国大学教育，2011，（9）：9-12.

[3]潘懋元.高等教育学[M].福州：福建教育出版社，1995.