《控制工程基礎》課程教學探討

[摘要]《控制工程基礎》是機械工程類專業本、專科生一門重要的專業基礎課，內容抽象、理論性較強。本文從教學內容、教學方法、教學手段、實驗環節、作業環節以及考核方式等方面進行研究，并探討教學建議。這為提高該課程教學效果，促進學生學習的積極性，培養學生創新能力起到一定推動作用。

[關鍵詞]控制工程基礎 課程教學 機械

隨著生產的發展和科學技術的進步，自動控制技術已廣泛地應用于工農業生產、交通運輸和國防、宇航等領域，并成為當今備受重視的高新技術之一。掌握和了解自動控制的基本理論和方法，對各專業的科學技術人員都是十分必要的。

《控制工程基礎》作為機械類及相近專業的一門主干專業基礎課程，是研究各類控制系統共性的一門技術基礎科學，研究的問題帶有普遍性，對工程實踐具有重要的指導意義。該課程的開設對培養學生運用控制原理的基本方法，提高分析和解決各種工程問題的能力奠定了扎實的理論基礎。

1.理論教學

《控制工程基礎》的理論教學部分以“經典控制理論”為教學內容，具有理論性強、知識點多等特點，學生一般感到枯燥乏味，因而缺乏學習興趣。另一方面，該課程對數學和物理要求較高，很多基礎差的學生根本無法學懂，致使本課程教學難度大。因此，該課程的理論教學可從以下幾個方面加以改革。

1.1 理清課程內容主線

可通過一個具體實例，理出一條課程內容的主線：“系統數學模型的建立——求解系統數學模型(時域分析和頻域分析)——系統校正和設計”。其中，系統數學模型的建立涉及系統運動微分方程的建立、傳遞函數定義和求解、系統方框圖簡化等內容，而拉普拉斯變化及反變換是其數學基礎；時域分析包括一階系統和二階系統的時間響應，并給出了性能指標，誤差的分析和計算是其中引出來的一個內容，頻域分析包括Nyquist和Bode的畫法，穩定性的問題可融入這一部分，包括代數判據和幾何判據；系統的校正和設計是最后綜合應用的內容。這樣的課程主線將知識點串接起來，增強了知識的條理性和邏輯性，有助于學生的學習和理解。

1.2 突出教學的重點和難點

教師應在教課時，清楚的指出本課程的重點和難點。重點部分，應該對基本概念、原理和方法講深講透，并通過實例講解，如系統運動微分方程建立、誤差計算、勞斯判據等。難點部分，應減少理論的推導，增大原理和應用的講解，如奈奎斯特判據的來由和應用等。

1.3 運用現代教學手段

《控制工程基石出》是一門理論性和實踐性較強的專業基礎課，不僅內容涉及的知識面廣，而且包含的信息量也較大，內容比較抽象，尤其涉及很多公式推導和圖形繪制，如采用傳統的教學模式，學生會感到難以理解，教師也很難系統全面講授。運用多媒體教學，并引入Maflab軟件，采用圖文并茂的投影顯示模式，使公式推導和圖形繪制等操作變得形象簡便，使原本枯燥、抽象的理論闡述變得形象和具體，這必將有利于學生的學習和掌握。

2.實驗環節

《控制工程基礎》課程學習的最終目的還是應用于實踐，在實際實驗不允許的情況下，可利用計算機MATLAB仿真實驗。通過本實驗，應該讓學生建立起控制系統的概念，掌握經典控制系統的主要分析方法，并從實驗結果理解控制系統的時域、頻域性能，理解幾種主要典型環節對于控制系統性能的影響，初步掌握改善和提高控制系統性能的方法。同時，掌握利用基于MATLAB軟件的PC機實驗平臺進行自動控制系統仿真研究的基本操作技能，為學習后續課程打下基礎。如果在經費、場地等許可的情況下，學校可購買一些控制理論實驗箱、倒立擺等虛擬或實際設備讓學生實際操作和編制程序，這必將提高學生的綜合和創新能力。

3.作業環節

《控制工程基礎》這門課程理論性強，對數學和物理要求高，因此課外作業是學習和掌握該門課程必不可少的環節。作業是學生對所學知識進行鞏固，獨立解決問題的重要途徑，是老師獲取學生學習情況的重要手段，是聯系每次課堂教學的重要紐帶，是改進教學方法的有效參考。

3.1 布置少而精的習題

教師應在每次課堂教學后布置與該次教學內容相關的習題，一般可在教材章節后的習題中挑選，挑選的原則是覆蓋講課內容，內容不重復，習題具有代表性和典型性，難度適中。

3.2 及時上交和批改

教師應盡量要求學生在布置作業后的下一課時交作業，并且對上交后的作業及時批改，這樣才能夠及時了解學生學習的效果，以便及時對接下來的教學進行調整。

3.3 及時講評

教師應盡可能的在上交作業的下一次課后給學生講解作業的情況，及時糾正學生錯誤，讓學生找到錯誤原因，并能夠自己動手改正。這樣才能夠使學生真正掌握已學的知識，并有助于下面知識的學習。

4.考核方式

《控制工程基礎》的考試是必需的，也是重要的。但單一的考試方式，不利于反映學生的綜合素質和能力。因此，將考核成績分為平時成績、實驗成績和期末考試成績三部分。期末考試成績采用閉卷形式，占總成績的60％，考試內容以平時教學內容為主，突出重點，難度適中。實驗成績占總成績的20％，以實驗課堂操作和實驗題目測試情況來評定。平時成績占總成績的20％，主要包括平時學習態度、課堂出勤情況、作業完成情況等。這樣，學生要取得好成績，必須得在平時的學習過程中下工夫，不能只靠最后考試前的死記硬背，投機取巧。同時，教師平時和期末考試前應該安排答疑時間，以便學生遇到課堂沒有解決的問題能在課后解決，也有助于教師了解學生，改進教學。學生與教師的交流可以進一步拓展學生思路，提高學生的能力和水平。

5.結論

隨著自動控制技術的日益發展、應用和當前教育對人才培養目標的新要求，《控制工程基礎》的教學與改革也應與時俱進，適應教育時代發展的新要求。這就要求我們教師要解放思想，樹立起先進的教學理念，運用新的教學方法，提高學生學習的主動性，使學生既能夠掌握扎實的理論知識，又能將理論與實際工程問題結合起來。這一切都有待于我們大家的共同努力。