控制类课程工程化教学模式的探讨

余 雷，王富东，杨歆豪，费树岷

(1.苏州大学机电工程学院，江苏苏州215021;2.东南大学自动化学院，江苏南京 210096)

大学工程教育的核心问题就是实践能力和创新能力的培养与训练［1－3］。电气工程及其自动化专业作为实践性和综合性都很强的专业，其中许多控制类专业课程之前重理论、轻实践，重知识、轻能力的教学模式，使培养出来的大多数学生缺乏创造性、缺乏分析问题和解决问题的工作能力。随着自动控制技术、计算机技术等高科技产业发展，我们应注重培养基础知识扎实和基本技能良好的应用型人才。

本文针对电气工程及其自动化专业控制类课程原有的教学体系较为陈旧的现状，全面修订这类课程的教学计划和教学大纲，系统地将课堂的理论学习、Matlab仿真验证与课外实践教学环节相结合，并将学生参加控制类课程相关的课外科研项目、卓越工程师计划和大学生创新项目。通过工程化教学模式的探索，开展自主学习、研究性学习和对实践教学的改革，提高学生的学习和研究兴趣，培养学生动手能力和创新精神，进而提高学生的综合素质。

1 优化课堂教学方法

电气工程及其自动化专业控制类课程具有实践性较强，涉及的相关概念较多，与前续课程内容联系紧密等特点。同时，许多专业课程在内容设置上偏重于理论分析，从而制约了学生应用该课程知识的能力，出现了大部分学生在学完该课程后仍无法完成相关控制系统的设计、安装和调试工作的现象［4］。因此，研究教师在课堂上如何组织教学的各个环节，使学生确实掌握好本课程知识具有非常重要的意义。我们采用如下的具体优化的教学方法。

(1)优化课程教学内容;“自动控制原理”课程可以通过讲解无人驾驶汽车和智能机器人等控制原理，提高学生的认知水平和能力;

(2)知识的有机组合:根据电气工程及其自动化专业控制类课程教学内容的相关性，在每次教学过程中，将分散在各个控制类专业课相关内容按知识衔接的先后顺序有机组合，使得理论学习、方法训练和实践应用融为一体;

(3)综合应用各种教学方式:综合运用启发式、探索式、互动式和学术沙龙方式，提倡学生探讨问题和发现问题，将课堂教学转化为多样化培养模式。

上述优化的课堂教学方法转变了教学观念，改革了教学方法、教学手段和单一的课堂教学培养模式，重视学生在学习活动中的主体地位，切实调动了学生的积极性和主动性［5，6］。

2 改革实验教学

我们对实验教学内容进行了如下改革。

(1)自主实验:以“自动控制原理”实验为例，利用实验室器材和设备，指导学生自己动手，进行开发性创新实验(比如依据图纸方案来设计恒温控制装置等);为学生开放现有实验室，为自主学习和独立思考留出足够的时间和空间，使课堂内与课堂外、校内与校外的教学活动形成有机的整体。

(2)加强工程实践:以“过程控制”课程实验为例，通过课程设计、Matlab仿真实验和实验室实物对象控制验证等环节使学生受到工程和基本科研能力的培养。

3 加强科研创新能力的培养

针对学科学术型人才培养，鼓励学生结合本专业有关研究项目和研究方向，由学生独立开展与控制类课程相关的研究课题，这不仅使学生了解学科优势和发展方向，同时使学生对自身能力的培养目标更加明确，进而提高学生的科研素养与综合素质。

以“电气控制技术”实践课程为例，可以引导本科生参与实践课程相关的国家级、省级和校级“大学生创新项目”活动。设立开放科研实验室，辅助和指导学生自主选题，从兴趣的激发到开展实际问题的探索尝试，使学生将学到的控制类学科知识综合应用到实践探索中。

4 培养社会实践与工程实践能力

(1)充分利用课程设计、生产实习、毕业设计等实践教学环节，理论联系实际、学用结合，培养学生综合利用所学知识，来提高动手实践能力。

(2)给颇具个性的学生展示个人才华的空间和机会，有组织有计划地引导他们参与科技竞赛等活动，在工程实践的过程中注重糅合现代科学思想、方法，提高实践能力和创新素质。以“单片机控制原理”实践课程为例，可以指导优秀学生参与国家级、省级、市级电子设计大赛，通过竞赛方式锻炼学生的实践能力。

(3)剖析实际工程应用案例进行实践教学。以“计算机控制技术”课程为例，学生会发现掌握了控制算法后，能体会到理论知识与实际生活对象是紧密地联系的。

(4)以培养学生利用所学知识解决实际工程问题的综合应用能力和创新能力为目标，构建由课内实践、工程实验、系列工程实习和系列工程设计及社会实践五个子系列构成的使理论与实践紧密结合的实践教学体系。

(5)学校与企业共建教学实习基地与研究生企业工作站等校企合作平台，充分发挥校企双方优势，提升学生的专业兴趣，进而开拓应用性工科人才培养的新渠道［7，8］。

5 结语

我们对“计算机控制技术”课程进行了如下卓有成效的改革:①课堂教学上，通过剖析智能机器人及飞行器等设备的控制原理，以提高学生的认知水平、能力和兴趣;②实验教学上，通过PID控制课程设计、Matlab仿真实验和实验室实物对象控制验证等环节使学生受到工程和基本科研能力的培养;③建立开放性实验平台，设计开发性创新实验(比如依据图纸方案来设计电机恒速控制装置等);④组织学生参与导师的部分课题并引导学生申请主持各级别的大学生创新基金项目，以及组织学生参加国家级省级电子设计大赛、飞思卡尔电子大赛及机器人大赛等;⑤学生参与卓越工程师计划，利用寒暑假在大型科技型企业实习、学习和参与工程项目等，取得许多工程实践经验。

［1］李培根.工程教育需要大工程观［J］.武汉，高等工程教育研究，2011(3):1－3.

［2］刘润华，刘广孚.突出自主性学习的创新能力培养模式研究［J］.南京，电气电子教学学报，2012，34(6):3－5.

［3］刘吉臻.工程教育课程改革的思维转向:工程化的视角［J］.武汉，高等工程教育研究，2006(4):80－83.

［4］赵婷婷，雷庆.课程综合化:中国高等工程教育改革亟待解决的问题［J］.武汉，高等工程教育研究，2005(2):32－36.

［5］王育红，沈为民，余向东，龚华平，徐苏楠.注重学生个性发挥的综合设计实验改革［J］.南京，电气电子教学学报，2012，34(5):86-88.

［6］哈斯乌力吉，吕志伟，何伟明，曲法义，白雪.研究型大学本科生创新培养体系的研究［J］.南京，电气电子教学学报，2013，35(1):69-70.

［7］李俊，薄翠梅，王鑫国，张广明.卓越工程师培养创新实验平台建设［J］.南京，电气电子教学学报，2012，34(3):81-83.

［8］张士文，张峰，殳国华，郑益慧.工程实践与科技创新系列课程的实践［J］.南京，电气电子教学学报，2012，34(3):61-63.