应用型本科院校“控制工程基础”课程教学的若干关键要点探究

2015-05-30冯钧

大学教育 2015年7期

冯钧

[摘要]应用型院校“控制工程基础”课程的教学改革从教学内容和体系、教学方法和手段以及考核方式等三个方面来看，需要在教学实践中通过整合和优化课程体系、引入现代教学手段和改革多样化考试方法来提高课堂教学质量和学生的积极性，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。应用型本科院校的“控制工程基础”课程教学需要学生将所学课程知识充分运用到实践中，以直接有效解决工程实际问题为目的，不进行大量枯燥乏味的理论教学，避免教学失去正确的方向。

[关键词]控制工程基础应用型人才教学改革

[中图分类号] G642.3[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）07-0161-02

近些年，为了快速推进高等教育大众化，高校根据自身情况进行合理定位，将办学目标定位为应用型人才培养的地方本科高校。这类高校主要面向地方，培养适应区域行业需求，具有较强动手能力的高技能型工程技术人才。这类人才的显著特征主要表现在：能在现场实际操作解决工程问题，因而也被冠以“现场工程师”的美誉。这就要求该类高校在教学过程中必须体现应用能力培养的理念。

“控制工程基础”课程是电气信息类、机械仪表类、动力工程类等工科类专业的学科基础课，具有涉及专业面宽广的特点。“控制工程基础”课程研究的是脱离于具体应用领域和对象的共性问题，具有通用指导性的意义。而本课程的传统教学普遍脱离实际，理念概念偏深，无法适应应用型人才的培养需求。学生在学习过程中容易感觉枯燥，主观能动性较差，实践教学内容设置和现场实际严重脱离，考核方式比较传统单一，学生的知识应用能力、问题的现场解决能力、校外科技创新能力方面有待提高。

我们从应用型本科院校的教学理念出发，以提高该门课程的教学质量为原则，从教学内容、教学方法、教学艺术、实践教学、考核方法等方面进行教学改革的对策研究和实践探索。

一、教学内容改革

“控制工程基础”课程属于技术基础课，在讲授的时间上处在学生刚学完通用基础课向专业课转换时，因此教学内容组织的好坏直接决定着学生学习的效果。“控制工程基础”课程教学内容组织的宗旨是讲清体系、讲清思想、讲清方法。

（一）经典控制和现代控制体系融合

“控制工程基础”中的经典控制和现代控制部分实际上是交替发展的，因而将这两部分内容联系起来，前后打通，结合讲授既符合科学理论内在的有机统一，又能取得更好的教学效果。这种教学体系使学生首先学会控制系统的各种数学模型，继而掌握系统的时域分析、根轨迹分析、频域分析等分析方法，最后学会系统的串联校正等设计方法，对控制理论分析有一个完整、系统的认识。

（二）精炼教学内容，强化工程实际，打通系统建模、分析和设计三部分内容

系统建模是系统分析和设计的基础，因此，加强建模部分的讲授是十分重要的，在此基础上介绍系统时域、根轨迹和频域分析，最后介绍系统设计，此三部分内容可以大量实际工程系统为例，涉及面要宽，包括日常生活、医疗仪器设备、交通、航空航天设备、机器人等方面。这样可将控制的客体表达清晰，给学生一个明晰的背景空间，帮助学生深入体会理论与实际的有机结合。以南京理工大学为例，教师在讲授过程中，以具有鲜明国防特色的火炮随动系统为例，将其建模、分析与设计贯穿于各个章节的教学过程，这些前沿性和具有实际背景的专业知识，实践经验以及科学研究的思路、方法，使课堂教学更加形象、生动，教学内容更加丰富，理论与实际联系更加紧密，学生大开眼界。

（三）改革实验教学内容，丰富项目工具教学

为了满足应用技能型本科人才培养目的，需要科学合理设置实验项目。改革实践教学内容，通过三个层次设置实验项目内容，包括：验证型基础实验、综合型分析实验和创新型设计实验。验证型基础实验主要让学生验证控制系统的基本知识和理论;综合型分析实验培养学生分析系统综合能力;创新型设计实验要求较高，要求学生创造性地自主设计实验方案，培养学生创新精神和解决问题的能力。根据上述思路组织实践教学内容：

1.系统建模

应用MATLAB / Simulink建立系统模型，掌握基于MATLAB / Simulink进行系统仿真的分析方法。

2.系统分析

熟悉三阶以下系统的时域和频域分析方法，掌握基于MATLAB / Simulink进行时域特性和频域特性分析的方法，运用劳斯稳定判据、奈奎斯特稳定判据和对数频率特性图稳定判据判断控制系统的稳定性。

3.系统设计

掌握系统设计和校正方法，掌握基于MATLAB / Simulink进行系统设计和校正的方法。

二、教学方法和手段改革

（一）凝练教学语言，在教学中有效运用控制思想

“控制工程基础”课程内容不能理论太深，应该注意增加若干在工程实际中已经有效的控制的例子。实际上，应用型本科学生只要掌握这些控制和系统的基本内容和知识，不需要过于追求理论的严谨和前沿内容。因此，应用型人才的本科教学应力求避免追求理论体系的严整、语言的艰涩难懂，注重从工程实际角度，通过列举大量典型的工程系统作为例子，例如国防科技系统、钢铁冶金系统、工业机器人控制系统等，以达到较好的教学效果。

（二）充分利用多媒体教学，丰富课堂教学形式

多媒体课件和课程建设网站是课堂教学的辅助工具，它在教学过程中发挥辅助性教学仪器的功能。我们可以自制多媒体课件，将课堂上教学所需的图、例题和习题根据自己的教学需要，合理组织和安排，组成一个素材库，使其在课堂教学中发挥更好的作用。我们同时还需要充分利用黑板板书的传统教学形式开展教学。这样既节省教学时间，同时又使教学内容简单直观，学生学习效果必然更好。

（三）充分利用MATLAB专业工具

“控制工程基础”课程的理论深，系统的原理方框图绘制复杂，运用传统的教学方式无法使学生轻易学懂，所以要将MATLAB专业工具有效引入教学活动中。教师在课堂上要熟练运用MATLAB工具，学生的作业也要反复练习运用MATLAB工具。例如：利用MATLAB软件求解系统响应，可以快速绘制得到系统的时域、频域和奈奎斯特响应曲线。除此之外，基于Simulink模块进行系统仿真的设计界面形象生动，使学生易于理解和接收。针对控制工程计算复杂和绘图量大的特点，运用MATLAB软件进行专业教学，可以收到事半功倍的教学效果。

三、课程考核手段和考试方法改革

“控制工程基础”课程的考核方法和考试评价机制也有待于进一步改革。在培养工程应用型人才的理念的指引下，单靠课程考试的笔试成绩来评价学生的学习情况是不合理的，平时上课的出勤率、课堂的听课认真程度、实验完成的情况都应在最终总评的成绩中占有一定比例。

基于上述存在的问题，对“控制工程基础”课程考核上进行有力的改革，使考核方式多元化，科学合理评价学生的学习过程与效果，改变学生的应试理念，将课程考核分为平时考勤率、作业完成情况、实验报告和期末考试成绩等多个方面。

1.平时考勤率占总分的10%，反映出学生平时的出勤率。

2.作业完成情况占总分的10%，反映出学生平时的学习态度和效果。

3.实验成绩占总分的10%，根据实验考勤、实验数据、创新能力和实验报告等来加权评定。

4.课程报告占总分的20%，课程报告针对一类实际系统，要求学生掌握系统建模、分析系统性能、系统校正设计的综合训练环节。

5.期末考试成绩占总分的50%，期末考试采用闭卷形式，试题以主观应用型题目为主，着重考核学生对知识点的掌握与综合应用能力。

实践结果表明：这种全面综合的考核方式不仅取得了比较好的效果，而且也符合教学检验的评价要求。

四、结束语

应用型本科院校的“控制工程基础”课程教学需要学生将所学课程知识充分运用到实践中，以直接有效解决工程实际问题为目的，不进行大量枯燥乏味的理论教学，避免教学失去正确的方向。通过几年的教学研究、探索和实践，应用型本科院校“控制工程基础”课程所进行的改革取得了较好的效果。

[ 参考文献 ]