应用型本科“控制工程基础”教学改革与实践

李辉，姜一波，鄢煜力，叶凡，段鹏飞，夏璇

(常州工学院电气与光电工程学院，江苏 常州 213032)

“控制工程基础”是测控技术与仪器专业一门重要的专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基本理论和基本技能，了解自动控制技术在国民经济各领域中的地位和作用，为学生将来进行理论研究和从事工业控制系统设计奠定坚实的基础[1-3]。“控制工程基础”是前期基础课程向后续专业课程过渡的桥梁，为专业课程的有效开展提供知识准备。“控制工程基础”课程知识面广、信息量大、知识更新快，具有理论知识抽象、工程实践性强、习题难度大等特点[4-5]。应用型本科院校如何在该课程学时被压缩的情况下提高教学质量，是课程教学改革要解决的关键问题。

1 “控制工程基础”教学中存在的问题

在应用型本科院校，测控技术与仪器专业培养方案中明确要求强化“控制工程基础”课程的实践性和工程应用。“控制工程基础”课程由理论教学与实践教学组成,通常总学时为30～60学时，其中实践教学环节占10学时[6-9]，因此该课程理论教学难以超过50学时。在理论教学中，主要涉及自动控制系统的基本概念、数学描述方法、时域分析法、根轨迹法、频率分析法以及控制系统的校正方法等内容，教学重点是将课程中的基本概念、基本理论、建模方法、分析方法、解题思路教授给学生。在实践教学中，主要涉及典型环节的电路模拟与软件仿真、典型非线性环节的静态特性、线性定常系统的瞬态响应和稳态误差、典型环节和系统频率特性的测量以及线性定常系统的串联校正等内容，教学重点是指导学生将学过的理论应用于相关工程实践，培养学生的动手能力和创新能力。该课程理论知识抽象，学习难度大，既存在理论教学学时少以及课程信息量大与学生接受能力弱之间的矛盾，又存在教学模式单一与学生主动思考、主动探索能力差之间的矛盾。

1.1 学生前期课程基础薄弱

“控制工程基础”涉及很多通识课程的知识，如高等数学、电工基础、模拟电子技术、数字电子技术、信号分析与处理等。而应用型本科院校的学生对于理论性较强的通识课程学习热情不高，学习态度不端正，从而导致对“控制工程基础”课程的学习难度增大。

1.2 教学方法和手段单一

目前应用型本科院校对于“控制工程基础”课程的教学还停留在传统的教学模式上，教师主要通过多媒体进行教学，对课程中涉及的概念和知识点进行讲授，学生虽然能在较短的时间内记住各种公式、定理或概念，但是对于公式以及定理在实际工况中的应用方法却难以直观了解。单一的教学模式限制了学生的发散思维，难以开阔学生的视野，更难提高学生对理论知识的应用能力。

1.3 实践教学内容不完善

“控制工程基础”课程教学大纲中，限定了实践教学环节不超过10学时，而理论教学所讲授的知识内容又十分丰富，10学时的实践教学环节难以对理论教学形成良好的支撑。同时，所开设的课内实验主要是对课堂教学中的知识点或理论原理进行验证，缺少综合性、设计性、创新性和研究性实验(这些实验需要高端实验设备)。由于应用型本科院校对于高端实验设备投入经费较少，制约了实践教学的发展，对培养学生的创新实践能力造成一定程度的影响。

1.4 优质生源匮乏

近几年，测控技术与仪器专业招收到的本科生调剂比例在80%以上。同时，应用型本科院校大多没有硕士点，这在一定程度上限制了应用型高级人才的培养和输出。优质生源的匮乏成为制约测控技术与仪器专业快速发展的瓶颈，生源整体质量的下滑对专业系科研的快速发展以及优秀教学成果的产出造成巨大阻碍。

1.5 教学团队结构不合理

合理的人员梯队(包括人员年龄结构、职称结构和学术水平等)是课程建设的前提。由于应用型本科院校前身主要为高职院校，因此普遍存在科研经费投入不足、基础设施落后、高层次人才匮乏等问题。随着地方经济结构转型和国家科技水平的不断提升，原有的办学机制、师资力量已经不能很好地适应人才培养的需要。

2 教学改革的主要措施与实践

2.1 人才培养模式改革

在人才培养方案的制订过程中，应该以地方产业为背景，由学校、政府和企业共同组建专业指导委员会。在充分考虑学生基础的同时，按照测控技术与仪器专业岗位群的需要，确定学生应具备的能力，明确培养目标。学校应组织专家组和督导组，依据培养目标设置课程内容，改进人才培养方案，并对是否达到预期要求进行考核。将企业对员工的岗前培训内容引入课堂教学，形成课堂教学与岗前培训相融合。将企业的人才需求引入学校的招生工作，加强招生过程中专业系对外宣传力度，吸引优质生源报考，使招生与招聘有效衔接。让学生能够实现“入校有门、就业有岗”，最终形成“校企联合、能力本位”的专业人才培养模式。

2.2 实验实践教学改革

首先在教学大纲中对实验或实践教学内容进行完善，明确实验或实践教学环节的教学目的和要求、实验或实践项目表、考核方式以及参考教材。其次，适当增加实验或实践教学环节的学分比例，建立开放实验室，突破传统的实验教学模式，让学生有机会提高动手能力和实践创新能力。最后，加大专业实验室的投入和建设，根据地方产业特色制订实验教学计划以及实验教学大纲，加大专业实验室的开放率和利用率，给学生提供方便的实验条件。同时，建立长期稳定的校外实习基地，确保实践性教学环节中的课程设计、生产实习、认识实习的教学需要。让学生更多地参与到企业的一线生产中去，让生产实习更接地气，同时培养学生的吃苦耐劳精神以及实事求是的科学态度。

2.3 强化课程组队伍建设

应充分考虑测控技术与仪器专业系现有教师的年龄结构、学历结构、职称结构、专业结构、双师结构，构建一支结构层次合理、具有较高学术水平和教学水平的“控制工程基础”课程组队伍。实行导师带徒制，由副高及以上职称教师担任青年教师导师，要求青年教师随堂全程听课，并对其执教能力和实践能力进行针对性培养。要求课程组教师积极参与学校举办的“专家课”“公开课”和“研修课”，通过学习教学名师等优秀教师的先进教学经验，提高教育教学水平。加强课程组教师实践能力的培养，定期安排到校外实践基地学习。对课程组青年教师应该进行专门训练，要求其到企业参加一线生产，在企业锻炼时间累积应达到2年以上，以增强实践经验，实现“控制工程基础”理论教学与生产实践相结合。加大课程组青年教师“双师型”比例，不断提升“双师型”青年教师水平。

2.4 整合教学内容

应当对“控制工程基础”课程的教学内容进行整合和优化，要兼顾学校办学定位与特色，充分考虑常州市地方产业经济对“控制工程基础”课程的要求，推进教学内容的改革。按照教学内容将教材分为教本教材和学本教材两类。教本教材要具有较强的逻辑性和系统性，通常难度较大，有利于教师吃透有关概念和理论；学本教材更注重学生的前期基础，依据学生的心理和认知规律由浅入深编排教材内容，更有利于学生自主学习。教学时应突出“控制工程基础”的工程背景，淡化理论证明，使教学内容能够为培养学生的创新思维和创造能力服务。与时俱进，通过课堂教学向学生介绍“控制工程基础”课程的前沿技术和发展动向，弥补教材内容的滞后。基于OBE教育理念，进一步优化整合教学内容，构建课程体系，确定教学策略，扩展课程知识体系，将“现代控制理论”和“计算机控制技术”等相关课程的知识点融入教学过程，强化课程之间的联系性。准确把握学生的学习轨迹，了解学生的基础和目标，有针对性地制订教学方案。通过多层次、多元化的评价标准，及时掌握学生的学习状态，为教师课堂教学的持续改进提供依据。

2.5 提倡教学方法多样性

“控制工程基础”课程教学过程中，可以采用讲授、课堂讨论、提问等形式来提高教学质量，以讲授作为最基本的课堂教学方式。对于原理及概念较多的章节，如控制系统的数学模型和时域分析法，可以采用讲授的形式。由于线性系统的根轨迹法、频域分析法是“控制工程基础”课程的重点和难点，应采用结合板书讲授，放慢课堂教学节奏，将重点和难点细化，让学生更容易消化和吸收。对于综合性较强的教学内容，如线性系统的校正方法，可以采用课堂教学与实验教学相结合的方式，利用现场实验结果来验证校正方法，加深学生对知识的理解。此外，对于课堂例题、课后习题等可以采用课堂讨论和提问的形式，提高学生听课的主动性和积极性。将传统教学手段与现代教育技术相结合，采用多媒体教学手段可以加快课堂教学的进度，提高教学效率，采用微课或网络课程可以提高学生的自主学习能力。在课堂教学过程中还应根据学生的反馈及时调整教学内容和教学进度，为不同班级安排不同的教学内容和教学进度。教学过程中要注重理论与实践相结合，对于抽象的难以理解的知识点可以结合生产实际或常见的例子加以说明。针对不同学生群体的需求，采取不同的教学形式和方法，有利于培养学生的自主学习能力，也为优秀毕业生的培养和提高考研上线率奠定了基础。

3 结语

应用型本科院校测控技术与仪器专业的“控制工程基础”课程教学应突出学生的动手能力、应用能力以及自主创新能力培养。在课程教学过程中，应该把握正确的教学方向，将理论知识与生产实际相结合，以有效解决工程实际问题为目的，无需进行繁杂的理论教学。实践教学对于提高学生的动手能力和学习积极性具有十分重要的作用，应适当增加实践教学的学分比例，引导学生参与相关的大学生创新训练计划等实践性课题，鼓励学生积极参与毕业设计指导教师的科研项目，将“控制工程基础”课程相关知识应用到科研项目中去。通过对“控制工程基础”课程进行教学研究、探索和实践，阐明了应用型本科院校“控制工程基础”课程的改革措施，给出了提升学生动手能力、创新能力的教学方法，为提高测控技术与仪器专业教学质量、增强学生就业竞争力以及科研能力提供了参考。

[1]姜燕, 张燕, 闫艳燕, 等.《控制工程基础》教学方法浅析[J].科技视界, 2015(20):34.

[2]林海鹏, 王金波, 董金波, 等.《控制工程基础》课程的教学改革与实践探索[J].重庆科技学院学报(社会科学版),2011(8):182-183.

[3]冯钧.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[J].大学教育,2015(7):161-162.

[4]邹方利,肖莉.应用型工科院校《控制工程基础》课程教学方法探析[J].教育教学论坛,2014(36):48-49.

[5]王伟, 申爱明.《控制工程基础》课程教学改革研究与探索[J].安徽师范大学学报(自然科学版),2007,30(2):139-141.

[6]杨秀萍, 郭悦虹, 王收军.Matlab仿真在《控制工程基础》教学中的应用[J].制造业自动化,2011,33(7):58-60.

[7]王衍学,杨银银,蒋占四.《控制工程基础》课程教学改革若干思考[J].科技信息,2011(21):454.

[8]浦龙梅, 杨增强.基于LABVIEW软件开发的控制工程基础课程教学软件的研究[J].自动化与仪器仪表, 2007(1):82-85.

[9]郑明军, 刘希太, 王海花.《机械控制工程基础》课程教学改革研究与实践[J].中国科技信息,2009(6):257-258.