机电类控制工程课程教学过程思考分析

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[摘要]分析机电类控制工程基础教育中出现的问题，针对此类问题，通过在教学内容、教学方案设计、教学方法等方面的分析，设计对应的解决方案，并在教学中进行积极的实践，取得了良好的效果。

[关键词]机电类控制工程课程；教学；基础教育

控制工程基础技术作为自动化技术的重要组成部分，在现代工业生产过程中，正在为实现各种最优技术经济指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争能力等方面起着越来越巨大的作用。《控制工程基础》（有的专业称为自动控制原理）是研究自动控制共同规律的技术科学，是工科高等院校机电类、控制类、机械类等专业的一门主干专业基础课程，该课程是一门与实际工业过程控制系统联系十分密切的课程。该课程重在使学生掌握与自动控制原理相关的专业知识和综合应用能力，培养自动控制系统分析与设计、自动控制系统调试与维护方面实际问题的能力，这种能力正是机电类学生的核心竞争力，是机电类学生相比较其他专业学生的最大优势所在。《控制工程基础》课程研究控制系统分析与设计的基础知识，包括线性控制系统的建模，时域分析法（主要研究系统的稳定性、稳态特性和动态特性），根轨迹分析法，频率分析法三种分析法以及系统的校正与计算机辅助分析；非线性控制系统的分析法；现代控制理论中的状态空间描述，时域分析以及系统可控可观性判断。通过对该课程的学习，使学生了解并掌握分析、设计自动控制系统的基本理论和基本方法，为相关后续课程和今后的工作奠定坚实的基础。近年来随着本科生教学总体学时数的消减，本课程的总体学时/学分为48/3。课程的内容虽然在不断地修订，新版教材也引入了新技术、新产品，但仍然存在较多急需解决的问题，主要表现在：教学体系、教学内容相对落后，跟不上技术发展的步伐；教学体系、教学内容地调整、更新缺乏系统性、合理性；理论和实践不能很好地结合。学生从学理论到用理论指导实践还有很大差距，实践能力较差，不能学以致用。如何在学时少、内容多的情况下，妥善处理好打基础与跟踪学科发展方向之间的关系、培养实用性人才，是我们教学工作的中心与重点。本文针对上述问题，结合笔者在控制工程基础教育教学中的个人探索，总结了几点有关机电类控制工程基础的教学经验如下。

1教学内容

根据控制工程基础课程性质的要求，每一部分理论知识都应先介绍工程应用背景案例。教师讲授以注重基本思想、基本理论、基本技能为主线，以工程实际中的案例为引导，采用启发讲授与课堂讨论相结合方法激发学生的学习兴趣与积极性；实验中鼓励学生根据教学内容自己提出方案，通过实验来领会所学知识。课程内容设置以设计满足工业控制实际要求为目标，既重视打基础和拓宽知识面，又重视工程素质、工程实践能力和创新设计能力，建立综合此前学过的各门学科知识为一体的课程新体系。根据这一体系，进行本课程的教学内容和实践性教学环节的整合、协调和优化。从而明确本课程的分工和定位，避免与其他相关课程之间的不必要的重复和大的脱节。采用主讲教师讲授的启发式、课堂上师生互动式相结合的教学方法。采用这种方法的关键在于主讲教师要做好充分准备，要能提出问题，引起学生的兴趣和积极思维，只要学生能积极思维，就可以向老师提出问题，这样才能达到互动目的，也才能提高课堂教学效果；根据每次讲授内容，教师要能提出有关工程实际案例，以工程应用背景的案例来激发学生的学习兴趣，以提高学习效果；采用Matlab、LabVIEW结合Flash、PowerPoint等应用软件平台设计开发的电子教案进行教学，使教学内容丰富，表现形式多样，变粉笔黑板式教学为现代电子教学，变粉笔黑板式教学为典型控制系统展示，使过去因对被控过程只是空洞的描述，改变为具体而生动演示；采用验证性实验与研究性实验相结合的教学实验方法，使原先单纯参数整定的原理验证性实验为与现代控制系统设计相结合的综合性实验；由于过程控制工程课程涉及到的实验的装置比较复杂，成本较高，我校实验室的实验装置远远不能满足教学要求，可利用虚拟实验平台来实现对实际装置的替代，使学生更容易理解教学内容。鼓励学生参加教师或企业的科研项目，培养学生的实际动手能力和工程应用能力。

2教学方案设计

2.1根据“三型”人才培养的目标和实践教学的要求，更新教学大纲内容

新的大纲要体现“创新型”的教学内容，注重学生的基础知识、基础理论和基本技能的培养，同时兼顾希望继续深造的学生的需求。

2.2例题、习题和思考题的内容选编和精心设计

《控制工程基础》课程的理论性很强，要充分地理解理论内容，必须辅以一定量的例题、习题和思考题，这些内容要能既能够体现理论内容，又能够结合工业的实际应用。

2.3不断更新教学内容，保持教学内容的前沿性和经典性

本课程教师队伍具有较强的科研背景，对教学内容保持前沿性起到了重要保障。当前，国内外自动化学科的发展速度加快，应不断总结和归纳学科重大成果和前沿方向，不断更新教学内容，保持教学内容的前沿性和时代感，保持并增强学生对本学科的兴趣度。

2.4开发动态虚拟实验平台

《控制工程基础》课程教学内容涉及面广，既有仪表原理的电路分析，又有控制算法理论分析，推理演绎较多，同时课程要求理论与实际相结合，为更好地推进课程教学内容的理解，丰富教学内容，有必要将现代化的教学手段引入到该课程教学中，搭建一个融合了课程内容和实践分析方法、静态与动态模式相结合的全方位立体综合教学平台，从而有效地将教学与实验相结合，促进学生创新意识的培养和创新能力的提高。

2.5开发多媒体课件，变抽象为具体

在《控制工程基础》理论课程教学中要用到许多图形，如系统方框图、阶跃响应曲线、频率相应曲线等。应用多媒体课件辅助教学，能生动的展示教学要点和应用技能，有利于学生接受和掌握所学知识。

3教学方法

对于课程重点、难点利用常规讲解加板书的教学手段进行教学，以加强学生的理解和掌握。在教学中引入以MATLAB、LABVIEW为平台的控制系统计算机辅助分析与设计的实时动态演示课件，使学生形象理解一些抽象的知识点，同时教学中提醒学生注意多媒体课件中内容的重要性。开展案例化、启发式教学。搭建学生课后讨论网络平台（如课程网站、课程QQ群等），丰富师生沟通渠道，增强教学效果反馈的实时性。

4教学方式

理论教学以常规课堂教学为主，穿插一定的习题课、讨论课，活跃学生思维，帮助学生掌握学习内容，并通过课外答疑、网站辅导等形式形成教与学的互动；对教学重点、难点，教师上课前通过讨论、试讲等形式重点备课；课程教学中以MATLAB为平台的计算机辅助分析与设计实时动态演示，重在使学生形象和深入理解课程内容，培养学生计算机辅助分析与设计的能力；课外的实践环节利用控制系统虚拟实验使学生开阔眼界，深入思考自动控制理论的内涵及其应用；采用多样化的考核与评价方式，实行考教分离，建立较为完善的试题库，设置课程大作业，采取答辩形式进行考核，成绩以一定比例记入课程最终成绩。

5结论

笔者在控制工程基础的教学过程中，针对机械电子工程专业采用了上述的教学内容、教学方案与教学方法进行了积极的实践。首先，吸收和借鉴国内自动控制原理精品课程的经验，以及国外知名高校的网络资源，整合和优化课程知识点，理顺各知识点间的衔接关系，及时补充和更新教学内容，形成较为完整的课程知识体系。其次，根据自动化专业核心能力对本课程的要求，积极开展教研教改活动，建设相应的教材，设立与课程教学内容向衔接的实践环节，构建课程实践教学体系，采用案例化、项目化等教学方法，提高课程教学效果，培养学生对知识的应用能力。最后，充分利用现有实验设施，以大学生科研立项、学科竞赛为载体，搭建校内课程实训平台，加强科研与教学的互动。通过这几个过程的进行，控制工程基础课程的教育教学取得了很好的效果，具体表现在以下几个方面：在对已毕业学生的调研中，在学生工作应用过程中，学生对于系统的理解较为深刻，而这正是控制工程基础课程最为强调的重点。我校我专业历年来报考研究生的人数较少，基本无人能够成功顺利升学，但在2020年毕业生的研究生入学考试中，我校有四人成功以控制工程基础为专业课取得很好的成绩，顺利通过了研究生的入学考试，获得了更高一级的深造机会。与我校过去的成绩相对比，采用了新的教学方式、方法后，取得了明显的进步为扩大本文中教学方法的影响，笔者在本校其他专业中的控制工程基础教育中进行了积极的推广，也取得较好的效果，其中某专业的学生在指导后，其研究生的入学考试中，控制工程基础课程的成绩取得了接近满分的成绩。综上所述，本文针对机电类控制工程基础教育中存在的基本问题，设计了对应的解决方案，并在教学中进行了积极的实践，取得了良好的效果。

作者：关宏伟 单位：宁波财经学院数字技术与工程学院