《控制工程基础》课程教学改革的探索

　　1 《控制工程基础》课程目前存在的主要问题

　　《控制工程基础》是机械设计制造及其自动化专业的一门主要的基础学科。该课程从时域、频域两个方面系统地对经典控制论的主要内容进行介绍，重点讲述了控制理论及控制系统的分析和设计，为专业课的学习打下了良好的基础，同时培养学生掌握科学地方法论，以此提高学生分析问题和解决问题的能力。我们在日常教学过程中，发现存在的以下问题，大大影响了对控制理论知识的掌握。

　　①课程所讲的控制理论相对比较抽象，教学推导过程相对复杂。在工程上如果讲述简化，就会让学生很难理解。

　　②因为学生对课程的重要性认识不深，就会失去学习的兴趣；但是因为它对实践有重要的指导意义，就需要引导学生进行学习。

　　③由于学生对相关学科的知识掌握不够扎实，做不到融会贯通，不能把这些相关的学科整合到一起进行问题解决。

　　针对上述这些问题，我们通过对近些年教学内容、教学方法和实践教学等几方面的教学改革和探索，达到良好的效果。

　　2 《控制工程基础》课程教学改革的探索

　　2.1 教学内容的调整

　　考虑到河北建筑工程学院学生的主要问题就是基础知识不太扎实，而毕业生大多数都将到生产一线进行工作，因此在大学阶段的时候，学校就应该有针对性的对学生进行培养，要以扎实学生基础为前提，强化学生能力和素质为辅导，使学生毕业后能够成为适应能力强的应用型工程技术人才。因此在课程内容的取舍上要突出应用性和工程性，并且要跳过繁杂的教学推导，将内容给学生讲解明白，做到有所为和有所不为。比如在讲授控制系统稳定的充要条件时，可以略去推导过程，只讲解结论就可。在介绍Naquist稳定判据时，不必讲授判据的来由，理解稳定判据并能够正确使用就行。

　　由于机械专业没有安排《信号与系统》和《积分变换》课程，那么就需要教授在讲课的时候要能够补充相应的知识，让学生能够融会贯通。有些概念是在《信号与系统》课程里定义的，但是本专业课程只是简单阐述或者根本不讲，比如：激励和响应，只要求理解不讲准确定义。《积分变换》中详细介绍了拉氏变换的内容，因而必须将拉氏变换补充进该课程。

　　在授课过程中，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与探索。

　　2.2 教学方法的改革

　　在教课过程中，我们始终围绕着学生容易理解和掌握的原则和目的来进行组织教学内容，教学方法多样只是手段。整个讲授中，围绕“自动控制系统”这一中心，抓住一根主线，即系统建模→系统分析→系统校正。

　　比如系统建模有数学描述的微分方程、传递函数和频率特性函数等，还有图示方法的系统框图和信号流图等；在进行系统分析的时候，我们同样有时域和频域的代数方式、Naquist图和Bode图的图示方法；校正分析同样有解析方法和图示方法。整个教学过程中逐步深化学生对课程内容的整体把握。

　　课堂教学中，教师可以随时把自己对相关知识的理解和感悟及时传达给学生，比如控制理论中的“反馈”，可以结合学生课堂上的表现或作业中的问题，介绍学生传递给教师的反馈信号，以及教师根据教学任务和反馈信号如何及时调整授课内容和方法等，最终提高教学效果和学生的学习效果。教师还可以把控制理论发展历程中科学家的故事穿插其中，将大大激发学生学习控制理论的兴趣。

　　为了调动学生的积极性，教师还要将传统的板书教学与多媒体教学手段有机结合起来，并充分发挥这两种教学手段的优势，这样才能在课堂教学中与学生进行良好的互动。也能够及时了解学生的学习状态和对知识的理解和掌握程度，便于能够积极调动学生学习的主观能动性，根据学生情况调整课堂节奏还要布置一定量的典型课后作业，并有针对性地对课程教学的重点知识进行巩固，还要能够及时改正作业中的错误之处。

　　2.3 实践教学环节的充分利用

　　2.3.1 改革传统实验，增设计算机仿真实验

　　目前，《控制工程基础》课程实验主要是验证性实验，而实验课主要是依附于理论教学。我们应该围绕实验的教学目标，按照基本知识实验、综合性实验、设计性实验三个层次组织实验教学，改革传统实验，增设计算机仿真实验。而实验内容的选择则是整个实验教学设计中最重要的一个环节，也是当前实验教学改革的重点和突破口。

　　MATLAB的控制系统工具箱主要处理的就是以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的问题。该工具箱主要是对控制系统的建模、分析和设计提供相对完整的解决方案，我们还可以利用该软件的现代功能，开设典型系统的时间响应和稳定性分析、控制系统的频率特性分析等项目的仿真实验，上机实验指导书可以根据教学多年的教学经验，并结合教学大纲的要求和教材的内容进行编写。而计算机仿真实验的开发，既能够节省投入资金，又可以拓展实验项目。只有通过计算机仿真实验的开设，才能够激发起学生的学习兴趣，增强学生对本课程的感性认识，才能调动起学生的积极性，培养学生的创造能力。

　　2.3.2 利用实习的机会，学习控制理论

　　开设本课程期间，学生有外出实习的机会。尤其对于机电产品比如高层住宅中运行的电梯、啤酒生产线、混凝土搅拌站等，多观察，勤思考，学习信号的检测、传递与系统自动控制的实现等。用所学理论能够解释或解决实际问题，将会给学生带来很大的成就感和满足感，也必将提升学习兴趣。

　　2.3.3 毕业设计是控制理论应用的最好时机

　　毕业设计，是学生将在学校所学的理论知识与实践很好结合的一个平台，也能够鼓励学生动手实践；近些年，学生完成的相关毕业设计题目如：粮食水分测试仪的研发、塔式起重机的遥控设计、粮食自动称重系统和单片机控制输液装置等，极好地锻炼了学生的动手能力，以及对机电结合产品中控制工程理论应用的思考。

　　2.3.4 鼓励和支持学生参与各种形式的科技实践活动

　　河北省高等院校组织的“大学生实践创新设计大赛”，有经费支持和老师指导，学生可以积极参与；国家组织的各种机器人大赛，师生都可以观摩学习；还可以参与老师的科研课题，这些都会促使学生的能力得到更好地锻炼。而且这些活动都会让学生能够更加深刻的领悟到控制工程的理论知识。

　　3 结束语

　　本课程阶段性的学习主要就是在数理基础课和专业课程之间架起一座桥梁，使两者能够有效相结合。而教师要想提高教学质量，就要对教学内容、教学方法以及实践教学等环节进行深入大胆的探索。这就需要教师在课前认真准备自己所要讲课的内容，参阅多个版本的教材，并选出学生能够接受的讲解方法，以此提高讲课效果，并充实自己的理论知识，为学生的后续专业课的学习创造良好的条件；并将理论性实验与设计型、综合型、研究性实验相结合的实践教学思路，加强对学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养，并融合到课堂与实践教学环节中。

　　当然，教师的专业知识结构与先进的教学水平也是决定教学结果的关键所在。因此，在教学和科研过程中，教师积累经验的同时，还要不断吸取新知识和技能，可通过参加学术研讨、观摩教学、听取学生的反馈意见等活动来提高自己的教育教学水平，以此培养出适合时代发展需要的具有创新能力的合格人才。

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