控制工程基礎課程教學改革實踐論文
（一）
一、目前課程教學中存在的問題
1.1具體來講，有以下幾個方面的問題
（1）內容多，學時少
本課程是一門較為開放的學科，涉及的數學知識、電子技術等其他學科的內容越來越多，尤其是隨著計算機的發展，新內容不斷涌入，控制論的知識越來越豐富，然而在教學過程中，學時卻被一再壓縮，目前已減少至38～40學時（其中還有4個學時的實驗內容），教學內容多、課時少的矛盾越來越突出。
�。�2）實驗單一，理論與實踐脫節
實驗是理論教學的不可或缺的有益補充，同時也是提升學生主動學習的積極性和原動力的主要方面，然而，目前由于近幾年招生規模的擴大，實驗室設備明顯不足，通常采用三、四個學生一組的方式，就造成學生沒有動手的機會，更給缺乏學習主動性的部分學生提供不做實驗的借口，而且實驗室所開設的實驗大都是驗證性實驗，缺少綜合性、設計性和創新性實驗，造成學生理論與實驗、實踐環節脫節，根本無法滿足不同學習層次的學生的需要。
（3）教學方式單一
在傳統的教學模式中，教師和教科書是信息傳遞的主要媒介，還有黑板、粉筆、掛圖、模型、儀器等，雖然有教師采用多媒體教學，但仍停留在以PowerPoint演示文稿為載體，照搬教材文字和內容進行教學的方式，起不到應有的教學效果，這已大大不適應信息社會對《控制工程基礎》教學的要求。
�。�4）考核方式單一
在中國傳統教育中，考試作為評價學生學習過程和教師教學活動的唯一標準和方式，抹殺了個別學生的個性發展，這種考核方式不對學生的創新能力進行評價，必然導致部分學生在學習該課程時，過分追求考試結果而忽視學習過程，忘記了學習的本質，喪失了學習的動力，同時教師也缺乏進行教學內容和方法創新的動力。
二、課程教學改革的若干方法與實踐
為適應高等教育改革進一步發展的趨勢，滿足培養應用型機械工程技術人才的需要，我們課題組全體教師對《控制工程基礎》課程進行了一些有益的改革和實踐，具體如下。
�。�1）優化教學內容
根據控制理論的學科的發展趨勢，結合我校對機械類工科學生的人才培養的整體要求，教研室全體教師集體討論，在既注重強調基礎訓練、抽象思維能力及綜合應用能力的培養又符合時代特色和學科自身發展規律的基礎之上，制定新的教學大綱，優選合適的教材，優化整合教學內容：增加了實際工程中經常用到的根軌跡法和現代控制論的初步內容，強化MATLAB軟件在控制領域的應用內容，刪去一些不夠典型且已陳舊的例題和習題，取而代之的是與工程應用結合緊密、具有代表性的習題和例題，精簡了一些要求過高的內容，比如高階系統的時間響應分析、信號流圖和Mason公式以及赫爾維茨判據內容，既減輕學生的負擔，又能保證對控制論整體知識的理解和掌握。
�。�2）加強實驗教學
注重理論教學和實驗教學的結合，針對以往實驗教學過程中的不足，在實驗內容設計時，正確處理課程內容的技術性、綜合性和探索性的關系，以驗證性實驗為基礎，加大綜合性、設計性和創新性實驗的比例，在已有2個實驗的基礎上增加了系統的頻率特性測試及校正、PID調節器設計等實驗，這些內容突破傳統的實驗模式，既有實物的實驗，也有計算機軟件模擬仿真的實驗，例如我們在針對一階系統、二階系統的典型輸入信號的時域響應的實驗時，我們只給出實驗目的和實驗原理，讓學生自己設計實驗方案，一種是在實驗室搭建真正的電路，另一種是采用計算機仿真軟件如MATLAB或MULTISIM實現，或者讓二者結合，互相驗證，從而使學生發揮自己的主觀能動性和創造力，結合自己的興趣點，完成實驗內容，達到實驗教學的目的。
�。�3）教學手段多樣化
將多媒體教學與傳統教學科學合理地有機結合，有效提高課堂教學效率。對于多媒體課件，一定要精心組織內容，絕對不作教材內容的“搬運工”。課件將工程實踐中與教學相關的圖片、視頻等形象、直觀地向學生展示，信息量大，且時常更新，做到短時間內傳遞大量信息，抽象的理論與具體的工程實物結合，有效地彌補了教材的不足，使學生的理解、體會更加深刻，順利地突破這些教學重點和難點。在使用多媒體課件授課時，絕對不局限于僅僅做一個幻燈片的播放者，不能一味地依賴課件，一定要結合黑板板書等傳統的授課形式，或者做一些簡單的推導和證明，注意學生課堂上的反應，對學生進行啟發，調動學生積極參與課堂討論，既做到在有限的課堂提供給學生盡量多的信息，又盡可能地留給學生做筆記的時間和思考問題的空間，加深學生對問題的理解運用，使教學效率及效果得到真正意義上的提高。
�。�4）建立信息反饋平臺，教學相長
教師向學生傳授知識的過程，從控制論的角度來說，理想狀態應該是一個帶有信息反饋的過程。所以，如果要達到理想的教學目的，在教學實踐中，有效的信息反饋平臺必不可少，我們采用利用網絡、QQ群、課外學習小組、課后作業、課后答疑、平時測試、課堂提問等多種方式，有效地和學生建立了學習情況的反饋機制，通過這個平臺，根據教師可以根據學生對已學知識的掌握情況，及時研究和調整教學方法，適時改變教學進度和節奏，教學相長，把教師和學生這兩個不同的主體緊密的聯系起來，使得教師應傳授的知識與學生實際掌握的知識的誤差趨近于零。
�。�5）豐富考核方式
根據控制工程基礎對理論性和實踐性要求都比較強的特點，在課程考核方面，我們嘗試采取理論考核、實驗考核和平時考核三者結合起來進行綜合評價，合理分配三者之間的比例，其中平時考核占20%，主要由平時上課出勤情況、作業完成情況、課堂回答問題情況等組成，實驗考核占30%，主要從實驗態度、動手能力、創新能力、完成情況、實驗報告等組成，考試占50%，采用開卷和閉卷相結合的靈活方式，對于常識性、客觀性的內容采用閉卷形式，開卷主要以主觀應用型題目為主，避免學生花大量時間死記硬背公式，著重考核學生對知識的深入理解和靈活應用能力。
三、結語
《控制工程基礎》作為工科機械類專業中的一門核心課程，對學生的工程能力的培養是具有重要意義的。教學改革的目的是提高教學效果，培養學生學習的主動性和積極性，從而培養學生在工程實踐中的創新意識和創新能力。多年來，我們教研室全體教師一直以此為目標，不斷更新教育觀念，積極嘗試進行教學的改革和探索，初步形成具有校院自身特色的教學模式，達到了較滿意的教學效果，教學質量得到了持續改善，適應對工程應用型人才的培養需求。
作者：趙轉哲 許德章 裴九芳 王海 陳玉 單位：安徽工程大學機械與汽車工程學院
（二）
一、傳統教學方法中存在的問題
1.傳統理論授課分析
本課程傳統課堂授課過程中，主要以教師為主，學生只是被動接受知識。授課教師從傳遞函數講起，引出時域分析方法和頻域分析方法，然后講解根軌跡和控制系統的綜合校正方法。這個授課過程和步驟比較適合于基礎較好的學生，蘇州科技學院（以下簡稱“本�！保┍緦I主要為本二及本三的學生開設，學生相對基礎較弱。不僅如此，機械專業先修課程中的“復變函數”一課是考查課，不作為考試課，因此學生們對知識理解不夠深入，對于空間的概念、變換的概念也沒有完全建立起來。在這樣的條件下，進行“控制工程基礎”的理論授課，講拉氏變換，講空間，講頻域變換，學生們就普遍反映課程難學，聽不懂。由此，上課睡覺的情況也逐漸增多，課堂紀律無法保證。面對這樣的問題，針對本專業學生基礎和特點，改革傳統的授課方法及授課內容，迫在眉睫。
2.傳統實驗環節分析
本課程的傳統實踐環節一般進行MATLAB軟件上機實驗。MATLAB軟件功能強大，可以進行控制系統相關的時域方法驗證、頻域方法驗證，同時還可以針對控制系統讓學生設計校正裝置，被許多學校采用作為課程的實驗環節軟件。然而，對于本專業學生，由于學生的基礎相對不好。經過2年的MATLAB上機實驗，兩屆學生都反映用該軟件上機效果不好，不夠直觀，雖然曲線做出來，是怎么回事還是不明白。學生反映就是在simulink里面用模塊搭來搭去，在MATLAB里不停的寫程序語言寫m文件，而又由于學生的c語言基礎不扎實，反而增加了學習的難度，降低了學習的興趣。因此，在實踐環節上，也需要構造和本專業學生契合的實踐環節。
3.傳統教學考核分析
傳統課程的考核以閉卷考試作為考核手段，學生往往在期末突擊復習。加上平時聽課效果不能保證，所以期末集中學習的效果并不好，大部分學生的考試成績總是集中在及格分數段，優秀的很少�；谶@一點，應該尋找加強學生平時學習的方法，改革平時考核和期末考核的方法手段，盡最大可能讓學生學到知識，考查學生的學習能力和對知識的掌握水平�；谝陨戏治�，針對本專業學生的特點，迫切需要尋找適合的理論教學方法、實踐教學方法和考核方式。
二、教學改革具體措施
經過筆者的探索，“控制工程基礎”課程的改革具體措施主要集中在以下幾個方面：課堂教學方法，將實例教學與理論教學緊密結合；實踐教學，將傳統的MATLAB軟件環境實驗改為實物實驗；將課程考核方式進行改革，不僅依靠期末卷面成績，還加入平時環節，更加適用于本專業學生，具體手段措施如下。
1.探索理論教學方法
本校機械設計制造及其自動化專業的“控制工程基礎”課程每周上4個課時，學期總的理論課時為64課時，實驗10課時。在理論授課中，課程大綱中刪掉了關于現代控制理論的一章內容。主要考慮到學生們理解能力有限，學習能力有限，面對內容繁多的經典控制理論的掌握不夠扎實，講解現代控制理論的內容，并不能起到為學生打造全局觀的目的，反而占用了本來不多的課時。經過3年的實施，筆者將有限的課時數全部放在經典控制理論中，給學生講清楚講明白，事實證明比之前的教學效果顯著。同時，在教案和多媒體課件制作的過程中，添加了很多機械專業相關的實例和實際生活的實例，課程的每一個知識點都以實例引出。例如在引入傳遞函數，講述控制系統的概念時候，由汽車駕駛方向盤轉動引出反饋的概念，再根據淋浴器燒水給學生加深反饋控制的概念。在教學中大量加入機械實例，離心調速機、機器人關節、數控機床、自動導引車、柔性制造系統等等，讓學生們認識到這門課不是空中樓閣似的理論，而是實實在在存在于專業中，存在于以后的工作中。授課的同時，鼓勵學生多觀察生活中的反饋控制應用實例，鼓勵學生思索。曾經有學生主動提出問題“正反饋與負反饋有什么區別”，正是由于加入了大量的實例，教學氛圍變好。同時注意隨時督促學生注意知識的連貫性，前后聯系，隨時復習前面的知識，把握整體。
2.實踐教學的改革
本課程對實踐教學環節進行改革，實驗不僅采用MATLAB軟件，同時將80%的實踐內容放在實物實驗中。學院為本課程購買了TKKL-4型控制理論/計算機控制技術實驗箱，該實驗箱上面包含有源電路、無源電路、電阻、電容等器件。學生根據指導手冊自己構造控制系統，進行實驗。因為有實際器件，相對于軟件實驗，學生普遍反映更加喜歡這種實驗形式。經過對比，20%的實驗環節采用MATLAB軟件讓學生在電腦上操作，80%的實驗環節采用TKKL-4實驗箱操作，學生們表示課堂學到的知識可以通過實際動手操作聯系起來，加深理解，更加喜歡實驗箱的實物形式。另一方面，以前的實驗不分節。有的實驗班級里優秀學生做好了，無事可做。其他學生偷懶直接拿u盤拷貝結果于電腦上，或者直接把實驗板上的線原封不動挪到自己的實驗板上，電氣線的顏色都一模一樣，以免抄錯。面對這樣的情況，筆者對實踐環節進行了改革。課程的題目設計遵循由簡到繁的原則，以此幫助學生一步一步提高。讓學生先解決簡單問題，然后進行復雜問題的處理，鍛煉學生分析問題解決問題的能力。同時增加實踐環節的開放性。在實驗設計的時候，一個實驗設計成幾個小實驗，給學生較為寬松的時間，先做完一個小實驗，給老師檢查，然后再做下一個小實驗，再交給老師檢查。小實驗中設計必做實驗和選做實驗，選做實驗給有能力的學生，發展他們的創造性。必做實驗滿足大部分學生的達標要求。評分標準既有一定的基本要求，也體現尊重學生的原則，這樣，在達到課程基本要求的同時有助于發揮學生的特點。同時，這樣的實驗設計能讓所有學生的實驗時間都充分利用起來，避免早早做完無事可做的現象。同時嚴禁學生實驗時帶u盤和手機等移動存儲設備，全部放講臺保管，大大降低抄襲現象。同時要充分照顧愿意學習，有能力學好的學生，將MATLAB軟件仿真的結果放到課堂上，在講授環節中加入利用MATLAB/simulink快速構建的模型進行分析和設計的例子。通過多媒體課件給學生講解系統的控制，加強學習的目的性，給愿意學習的學生以直觀的指導。
3.課程考核形式改革
本課程的考核形式采用平時成績+實踐成績+期末卷面成績綜合的形式，避免期末考試失誤而總評成績不好的情況。同時，加大平時成績的比值。上課的時候以提問的形式計算平時成績，取代以前以考勤和作業作為平時成績的做法。因為考勤并不能起到督促學生學習的作用，本專業學生有時候存在這樣的情況，雖然人坐在教室，但是上課睡覺根本不聽講。作業也是同樣，學生不認真學習，就會出現一次跟不上，次次跟不上的情況。然后作業抄襲，嚴重者一個班作業只有一個版本或兩個版本，根本起不到鞏固課堂知識的作用。采用提問的形式，學生必須面對站起來回答問題這一關，為了避免因答不上而平時成績為0的情況，大部分學生都會提高注意力，仔細聽講，比寫作業本要效果好。同時提問采取隨機提問的方式，不按學號順序，這樣由于無法估計誰回答提問，所以可以進一步督促學生到課及聽講。
三、課堂和實驗課教學效果
通過改革課堂的教學內容和實踐教學內容，經過3年的實施，學生們在課堂上表現出了較大的興趣，能夠積極主動地進行思考。課程的實例讓學生感到有興趣，學生們愿意聽，愿意做實驗，反過來促進課堂上氛圍，形成良性循環，實現“正反饋”。到目前為止，接受課程改革的3屆學生能夠在教師的引導下，主動構建實驗設計環節的實驗內容，鍛煉了動手能力和操作能力，能夠主動查閱參考書目自學。在實驗課上，形成了良好的競爭局面，學生們相互競爭，看誰更早做好選做實驗，學習比從前更加積極主動，真正由“要我學”轉變到“我要學”，改革效果顯著。總之，課程改革使學生在學習過程中極大地發揮了主體作用，提高了學生們的綜合分析能力和創新能力。
作者：李澤 楊歆豪 單位：蘇州科技學院電子與信息工程學院
（三）
一、現有教學模式存在的問題
隨著計算機技術和多媒體技術在教學中的普遍運用，現有的教學模式已經有了重大的改變并取得了長足的進步。例如，講解理論時結合多媒體演示工程實例，利用Matlab對時域分析、頻域分析及系統校正等各章節相關知識點進行模擬仿真等。但現有的教學模式仍然存在著不足，主要表現在：
1.學生基礎理論相對薄弱與課程需求之間的問題
我校是典型的應用型工科院校，學生的數學基礎相對薄弱，而傳統的教學模式要求學生具有較強的工程數學基礎，特別是復變函數課程中的拉氏變換部分。對于這種強調數學基礎的課程，如果不改變教學模式，將會使部分學生（特別是三表學生）失去學習的興趣和動力。同時，“控制工程基礎”這門課的預修課程較多，如機械設計、電工學、大學物理、理論力學等方面的知識。這就對學生學習本門課程提出了更高的要求：補習工程數學知識的同時，還要復習其他專業基礎知識。
2.理論知識與實際應用結合的問題
盡管“控制工程基礎”這門課程所涉及的知識面廣，對學生知識儲備要求高，但學時分配卻非常有限。為使學生更好地掌握理論知識，在教學過程中采用多種教學方法，引入工程實例并開設相關的實驗課程，但大部分實驗是基礎實驗，和工程實際結合不夠緊密，而且學生對實踐環節沒有足夠重視，缺乏動手能力，這就使學生在學完課程以后仍然不知道這門課程到底是做什么的，該怎樣用。因此，要在有限的學時內使學生盡快掌握理論知識，并能運用理論去思考、解決一些相關的工程實際問題，把理論和實際應用有機結合起來成為教學模式改革的關鍵。
3.課程知識點系統性強與學生缺乏系統認知的問題
實際上，“控制工程基礎”是一門系統性非常強的課程，而在以學習知識點為中心的教學中，學生只是掌握了一些孤立的知識點，卻很難將各知識點串起來，因而缺乏對機械工程控制系統的整體認知能力、系統分析與綜合設計的能力，不能很好地滿足企業對人才的需求。因此，在學習的過程中，應該使學生首先明確課程研究的對象是系統輸入、輸出及系統本身三者之間的關系。研究的主要任務是系統分析，即已知系統和系統輸入，求系統的輸出并分析系統。在分析系統時采用的兩個主要方法是時域法和頻域法，而分析內容則是控制系統的基本要求：穩定性、準確性和快速性。這樣就把整個課程的主要內容穿插起來，但這遠遠不夠，還需要通過其它方式進一步培養學生對系統的認知和理解。結合“控制工程基礎”課程現有教學模式存在的問題，本文提出引入“CDIO教學理念+案例教學”教學模式，使學生更好地理解理論知識的同時，提高學生動手能力和理論應用于實踐的能力。
二、“CDIO+案例教學”教學模式改革的實施
1.什么是“CDIO+案例教學”教學模式
CDIO工程教育模式是以美國麻省理工學院為首的全球幾十所著名大學倡導的現代工程教育框架，即構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運作（Operate）的縮寫。它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程的理論、技術與經驗。案例教學法被定義為“在課堂教學中以案例為中心，教師的教和學生的學通過案例的組織、分析、討論和總結把抽象的理論和呆板的法條與實際相結合，使普遍性的理論觀點和特殊的事實材料相統一，記憶性的知識學習和操作性的分析思考相統一。根據“控制工程基礎課程”自身的特點，本文提出授課時采用“CDIO+案例教學法”有機結合的新型教學模式，學生和老師一起設計和構思工程案例，把知識點和其它專業課的知識融入在工程實例中加以分析和驗證，這必定會充分調動學生學習的主動性和積極性，增強學生對系統的認知，提高學生理論應用于實踐的能力。
2“.CDIO+案例教學”教學模式在“控制工程基礎”課程中的開展途徑
CDIO教學模式的核心思想是讓學生在“做中學”，以“工程項目”或“項目案例”為載體來組織整個學習過程，以過程中不同階段的知識需求為驅動來安排教學內容和方法。由于“控制工程基礎”這門課程主要內容包括建立系統數學模型，根據系統模型對系統進行時域分析、頻域分析（分析系統的快速性、準確性、穩定性）和系統校正，課程系統性強，適合通過案例結合CDIO模式進行教學。在教學過程中，本文提出的“CDIO+案例教學”教學模式分為兩條路線和四個過程：兩條路線包括教師路線和學生路線；四個過程是構思過程、設計過程、實踐過程和考核過程。首先，教師要對教學設計進行構思。一個好的教學設計可以激發學生的學習興趣，使枯燥的學習內容生動起來，呆板的學習過程活潑起來。其次，要對所講授的知識點進行設計，力爭把每堂課所要講授的主要知識點融入到具體實例中。在該環節里，可以把學生分成若干小組，給學生分配任務，針對所要學習的知識點，查閱資料，設計相關案例并進行分組討論，加深對知識的理解。再次，合理穿插前面學過的知識，設計綜合實驗并讓學生親自動手實踐，不能通過實踐驗證（沒有實驗條件）的綜合實驗可以通過模擬仿真加以驗證。特別需要注意的是，該階段主要是培養學生對實踐結果進行分析并總結歸納到相對應的理論知識點的能力。最后，改變原有“一次考試定乾坤”的考核方式，加大實踐部分的考核分值。根據學生的實驗態度、動手能力、創新能力等來綜合評分，這種考核方式更能體現出學生對知識的應用能力，同時具有較強的靈活性。具體的“CDIO+案例教學”教學模式開展途徑。
3“.控制工程基礎”課程實施“CDIO+案例教學”教學模式存在的困難
�。�1）短時間內制作出完善和全面的優秀案例存在困難。如果把每個知識點都穿插在好的案例中，是一個龐大的工程，這需要有經驗的教師經過長時間的思考、歸納和總結。
�。�2）課程計劃學時少與該教學模式所需教學學時較多的矛盾。由于實踐環節和學生討論環節的增多，整個教學過程所需學時必然會增加，針對這一困難，可以將某些案例討論的內容放在課下分組進行，老師批閱每個小組的討論結果并在課上進行總結，這樣就會大大縮短案例討論所占用的時間，而不影響學習效果。
三、結束語
以應用型人才培養目標為導向，提出了在理論教學中融入“CDIO理念+案例教學”，結合實驗室實驗和Matlab模擬仿真組成的新的“控制工程基礎”課程教學模式。改變現有“控制工程基礎”課程教學占主導的現狀，以“做中學”的形式培養學生創造能力及解決實際問題的能力，進而培養出具有扎實專業技術基礎、綜合工程系統能力和良好團隊協作能力的當代應用型人才。
【控制工程基礎課程教學改革實踐論文】相關文章：
水污染控制工程課程教學改革方法和舉措論文03-19
計算機基礎課程教學改革論文05-01
計算機基礎課程實踐教學改革12-01
教學改革下的控制工程論文03-19
管理學基礎課程教學改革研究論文02-14
字體設計課程教學改革與實踐論文03-18
字體設計課程教學改革與實踐分析論文11-23
高職基礎課實踐教學改革探索論文03-07
- 相關推薦