《机电控制工程基础》课程教学改革的探索和实践

王亚晓 王洪喜 候志敏

摘要：本文分析了机械电子专业《机电控制工程基础》课程教学中存在的问题及原因，结合课程本身的特点，从课堂教学环节入手，以学生为本，以激发学生的学习兴趣、全面提高学生能力为目标，探讨了教学改革的思路与措施。教学实践表明，改革后的教学方法效果良好。

关键词：机电控制工程基础；教学改革；课程体系

《机电控制工程基础》课程是机械电子专业一门专业基础课，通过该课程的学习使学生掌握控制系统分析和设计的基本方法，培养学生运用控制理论的思想解决机电系统中的控制问题，为进一步学习专业课以及毕业后从事专业工作打下良好的基础。该课程内容涉及数学、电子、机械等多门学科知识，加之理论性强、知识点多、学时少，学生很难在短时间内既掌握理论知识，又懂得如何把理论运用到实践中。因此，要利用有限的课时科学合理地安排教学内容，提高课堂教学质量，以适应当今社会对应用创新型人才的需求是困扰教师的难题[1]。

1、控制工程课程教学现状和存在问题

我校机械电子专业于2010年开始开设机电控制工程基础课程，作为非控制类的专业，教学内容是以经典控制理论为主，涉及控制系统模型的建立、系统分析和系统设计的理论。考虑到课程本身的特点，在课堂讲授时尽量强调基本概念和方法的讲解，并增加习题课和必要的实验[3]。但是，实际的教学效果并不理想，和大纲规定的培养目标仍有一定差距。

主要表现为：

a、课堂教学中学生互动不积极，对概念理解不深入，课堂学习效率低；

b、作业抄袭现象严重，没有达到加深和巩固学习内容的目的；

c、学生对实践环节的认识和重视度不高，实验课效率低，理论与实践不能有效结合；

d、为考试而学习的学生较多。

以上现象表明学生对课程兴趣不大，仔细分析原因：一是建立控制系统的数学模型涉及到复变函数和高数等知识，学生基础不扎实；二是课程本身理论性强，听课时感觉比较枯燥，导致听课效率较低；三是现有的实验设备和实验条件具有很大局限性，导致学生不能从本质上参与其中，难于感受到预期的实验效果；最后，学生不注重知识的理解，灵活应用知识的能力差。针对上述问题，本文主要从课堂教学环节入手，以学生为本，以调动其学习的积极性与主动性，提高课堂教学质量为目标，探索合适的教学方法与改革思路[2]。

2、教学改革的思路

以往的课程改革，主要是從知识传授方面进行，探讨如何更好的将课程的知识点传授给学生。随着控制科学的发展，课程的知识点逐渐增多，与学时的减少相矛盾。因此本文提出了新的改革思路，其目标不仅是改善知识传授，更重要的是全面的提升学生能力。

（1）优化教学内容，建立完善的课程体系

《机电控制工程基础》内容比较多而且也比较抽象，在规定的学时内很难讲授完全部内容，需要在教学大纲的基础上对教学内容进行统筹和优化，精选教学内容。但必须保证内容的严谨性、系统性和完整性以方便学生更好地消化、吸收和应用。在此基础上，构建控制工程基础课程体系，并在知识传授过程中不断强化课程内容体系。

（2）结合实际应用，使理论和实践相结合

《机电控制工程基础》课程应该体现机械电子专业特色，如机床加工工件时主轴的转速控制就用到控制工程的知识，再如现代高速列车上应用的自动化控制系统也是基于控制理论的，所以机电系统的控制离不开控制理论。在教学中应结合实际的工程应用做到理论与实践相结合，同时适应专业的发展，让学生了解该领域的前沿研究，扩大学生的视野，丰富学生的实践知识。

（3）改进教学方式、方法，提高教学质量

在讲授时利用多媒体和传统教学相结合课件，一方面可以使教学内容生动直观，增加了学生的感性认识，另一方面通过传统教学加深对理论的理解；在教学方法上坚持启发式的教学，在教学过程中增加互动环节，使教学质量得以提高。而对于实验课教学的改革，要加强学生的实践观念，除了使学生对机电控制工程的理论产生兴趣；还要培养学生对理论进行验证的欲望。因此需要将实验的内容根据理论讲授的需要整合，并加大设计性与综合性实验内容，引导学生发现、分析、解决问题，注重培养创新能力。

3、教学改革措施

（1）强调课程内容体系，优化教学内容

《机电控制工程基础》课程虽然理论性强，系统分析方法多，但其本身具有完整的课程体系，按照教学大纲要求，可绘出课程体系结构如图1所示。

显然，系统的分析和系统设计是该课程的两大任务，而对控制系统基本概念的准确理解是课程首要的要求，要实现这两个任务必需要有一个基本平台即建立系统数学模型，有了模型就可以研究模型和性能指标之间关系了，根据模型精确的计算性能指标就是系统分析，根据性能指标设计控制器校正系统就是系统设计，分析是认识系统，校正是改造系统。要进行分析和设计采用三大方法，分别是时域法、根轨迹法和频域分析法，这三种方法互相支撑，互相补充，构成了机电控制工程完整的体系结构。为了让学生有一个整体的概念，以便承上启下保证学生思维的连贯性，在学习每章内容开始和结束时，都要强调该内容体系，指出刚刚学完的内容或者即将要学的内容在课程体系中的地位。实践表明，一旦学生头脑中有了清晰的课程体系后会有意识地在比较和联系中学习。

而在课程内容的取舍上要突出应用性和工程性，结合课程体系结构及专业人才培养目标，我们把课程教学内容重点放在控制理论的基本概念、系统数学建模、时间响应分析、频率特性分析等几部分，而对根轨迹在授课过程中只作简单阐述。在教学内容的组织上，强调基本概念的理解和应用，淡化定理和公式的详细推导，强调结论的内涵和应用条件。如何做到把课程内容讲授的详略得当，一直是我们不懈的追求目标。

（2）采取循序渐进示例教学方法

为了使学生更系统地掌握控制理论，并且学会如何应用该理论一步一步解决实际控制问题，在《机电控制工程基础》课教学中，精心组织了具有鲜明专业特色的实例-机床主轴调速系统，采用循序渐进的教学方式，将它贯穿于各章教学的始终。通过这样一个完整的示例，将控制理论的基本概念、基本组成、时域与频域数学模型的建立、系统稳定性、快速性和准确性的分析、系统综合与校正等各部分理论知识与解决实际问题联系起来，一步一步揭示了如何进行控制系统的分析和设计。这有利于帮助学生对生涩的理论的深入理解，从而系统学习控制理论、建立系统工程概念，提高应用控制理论设计实际控制系统的能力。

（3）传统教学和多媒体教学结合为主，网络平台为辅的教学方式。

在教学手段方面，采用多媒体与传统的 “板书”结合，通过板书完成计算推导过程，除了加深对理论的理解，而且给学生留下了思考的时间；通过多媒体教学，可以将大量图片和更多与课程相关的的前沿知识及新成果展示给学生，激发学生的学习兴趣，提高感性认识，充分调动学生学习的主动性和积极性，从而使教学质量得以提高。

此外，为了加强学生与教师之间的紧密沟通，可利用多种网络技术辅助教学，例如教师和学生通过网络上建立微信群或群，一方面将每个章节的重点、难点、参考资料等发布在群上共享，以利于对重点、难点的理解；另一方面还可以进行网上答疑等交流。使用网络平台作为课堂教学的补充，极大地加强了师生之间的互动。

4、结束语

本文结合《机电控制工程基础》课程教学中存在的问题，从课堂教学环节入手以学生为本，以激发学生的学习兴趣、全面提高学生能力为目标，提出突出课程体系，循序渐进示例的教学方法，同时借助网络辅助教学手段，提高了学生的学习兴趣与主动性，学生愿意听愿意学，反过来又促进了课堂氛围，形成良性循环，真正在教学和学习中实现了“闭环负反馈控制”。经过两年的实践，本文所涉及的改革措施已取得一定效果，但是这些工作仅仅是我们的初步尝试，还有很多问题，需要进一步探索和实践。

参考文献：

[1]师惠超，梁永政，控制工程基础课程教学改革与实践[J]，2015.10，Vol.25，No，5，164，167

[2]彭小芳，方卫红，刘良兵，邬晓岚，“自动控制原理”课程教学改革实践[J]. 中国电力教育，2013，（266）：85-86

[3]林飞，徐春梅，杜欣，“自动控制原理”课程教学探索，电气电子教学学报[J]. 2015.8 Vol.37， No.4 29-31

基金项目：西安工业大学教学改革研究项目（16JGY08）

作者简介：王亚晓，1974年4月，女（汉族），陕西户县人，工学硕士，西安工业大学副教授，研究方向：机电系统设计与控制。