“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)模式的研究與探索

摘要：分析了“控制工程基礎(chǔ)”課程現(xiàn)有教學(xué)模式中存在的問題，提出了“CDIO+案例教學(xué)”的教學(xué)模式，詳細闡述了該模式下“控制工程基礎(chǔ)”課程的開展途徑、存在問題和解決方案。實踐表明，該教學(xué)模式可以使學(xué)生更好地掌握理論知識，提高學(xué)生動手能力和理論應(yīng)用于實踐的能力。

關(guān)鍵詞：控制工程基礎(chǔ)；CDIO+案例教學(xué)；教學(xué)模式改革

作者簡介：李大勇（1978-），男，吉林榆樹人，黑龍江科技大學(xué)機械工程學(xué)院，講師；林海鵬（1972-），男，黑龍江哈爾濱人，黑龍江科技大學(xué)機械工程學(xué)院，副教授。（黑龍江 哈爾濱 150022）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0051-02

“控制工程基礎(chǔ)”是機械工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，它把控制論融入到機械工程領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生運用辨證的系統(tǒng)分析的思想方法，解決生產(chǎn)過程中遇到的問題。[1]根據(jù)黑龍江科技大學(xué)（以下簡稱“我校”）推進“特色應(yīng)用型本科”建設(shè)，由教學(xué)型向教學(xué)服務(wù)型轉(zhuǎn)變，確立培養(yǎng)“面向經(jīng)濟社會建設(shè)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)第一線的，思想道德素質(zhì)高，基礎(chǔ)理論扎實，知識面寬，工程實踐能力和創(chuàng)新能力強的高級工程應(yīng)用型本科人才”的辦學(xué)思想。由于本課程內(nèi)容難、知識點多、學(xué)時少，學(xué)生很難在短時間內(nèi)既掌握理論知識，又懂得如何運用知識，因此，要利用有限的課時，科學(xué)合理地安排教學(xué)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，就需要研究并改變現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學(xué)模式。[2]

本文根據(jù)“控制工程基礎(chǔ)”課程知識具有系統(tǒng)性和連貫性強的特點，開展“CDIO+案例教學(xué)”的教學(xué)模式，力爭把主要知識點全部與工程實際相結(jié)合，通過綜合實驗和模擬仿真使理論基礎(chǔ)稍差的學(xué)生也能在“做中學(xué)”。

一、現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問題

隨著計算機技術(shù)和多媒體技術(shù)在教學(xué)中的普遍運用，現(xiàn)有的教學(xué)模式已經(jīng)有了重大的改變并取得了長足的進步。例如，講解理論時結(jié)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(tǒng)校正等各章節(jié)相關(guān)知識點進行模擬仿真等。[2]但現(xiàn)有的教學(xué)模式仍然存在著不足，主要表現(xiàn)在：

1.學(xué)生基礎(chǔ)理論相對薄弱與課程需求之間的問題

我校是典型的應(yīng)用型工科院校，學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對薄弱，而傳統(tǒng)的教學(xué)模式要求學(xué)生具有較強的工程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，特別是復(fù)變函數(shù)課程中的拉氏變換部分。對于這種強調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的課程，如果不改變教學(xué)模式，將會使部分學(xué)生（特別是三表學(xué)生）失去學(xué)習(xí)的興趣和動力。同時，“控制工程基礎(chǔ)”這門課的預(yù)修課程較多，如機械設(shè)計、電工學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)等方面的知識。這就對學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程提出了更高的要求：補習(xí)工程數(shù)學(xué)知識的同時，還要復(fù)習(xí)其他專業(yè)基礎(chǔ)知識。

2.理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合的問題

盡管“控制工程基礎(chǔ)”這門課程所涉及的知識面廣，對學(xué)生知識儲備要求高，但學(xué)時分配卻非常有限。為使學(xué)生更好地掌握理論知識，在教學(xué)過程中采用多種教學(xué)方法，引入工程實例并開設(shè)相關(guān)的實驗課程，但大部分實驗是基礎(chǔ)實驗，和工程實際結(jié)合不夠緊密，而且學(xué)生對實踐環(huán)節(jié)沒有足夠重視，缺乏動手能力，這就使學(xué)生在學(xué)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(xué)時內(nèi)使學(xué)生盡快掌握理論知識，并能運用理論去思考、解決一些相關(guān)的工程實際問題，把理論和實際應(yīng)用有機結(jié)合起來成為教學(xué)模式改革的關(guān)鍵。[3]

3.課程知識點系統(tǒng)性強與學(xué)生缺乏系統(tǒng)認知的問題

實際上，“控制工程基礎(chǔ)”是一門系統(tǒng)性非常強的課程，而在以學(xué)習(xí)知識點為中心的教學(xué)中，學(xué)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(tǒng)的整體認知能力、系統(tǒng)分析與綜合設(shè)計的能力，不能很好地滿足企業(yè)對人才的需求。因此，在學(xué)習(xí)的過程中，應(yīng)該使學(xué)生首先明確課程研究的對象是系統(tǒng)輸入、輸出及系統(tǒng)本身三者之間的關(guān)系。研究的主要任務(wù)是系統(tǒng)分析，即已知系統(tǒng)和系統(tǒng)輸入，求系統(tǒng)的輸出并分析系統(tǒng)。在分析系統(tǒng)時采用的兩個主要方法是時域法和頻域法，而分析內(nèi)容則是控制系統(tǒng)的基本要求：穩(wěn)定性、準確性和快速性。這樣就把整個課程的主要內(nèi)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(yǎng)學(xué)生對系統(tǒng)的認知和理解。

結(jié)合“控制工程基礎(chǔ)”課程現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問題，本文提出引入“CDIO教學(xué)理念+案例教學(xué)”教學(xué)模式，使學(xué)生更好地理解理論知識的同時，提高學(xué)生動手能力和理論應(yīng)用于實踐的能力。

二、“CDIO+案例教學(xué)”教學(xué)模式改革的實施

1.什么是“CDIO+案例教學(xué)”教學(xué)模式

CDIO工程教育模式是以美國麻省理工學(xué)院為首的全球幾十所著名大學(xué)倡導(dǎo)的現(xiàn)代工程教育框架，即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）、運作（Operate）的縮寫。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程的理論、技術(shù)與經(jīng)驗。[5]案例教學(xué)法被定義為“在課堂教學(xué)中以案例為中心，教師的教和學(xué)生的學(xué)通過案例的組織、分析、討論和總結(jié)把抽象的理論和呆板的法條與實際相結(jié)合，使普遍性的理論觀點和特殊的事實材料相統(tǒng)一，記憶性的知識學(xué)習(xí)和操作性的分析思考相統(tǒng)一。[6]根據(jù)“控制工程基礎(chǔ)課程”自身的特點，本文提出授課時采用“CDIO+案例教學(xué)法”有機結(jié)合的新型教學(xué)模式，學(xué)生和老師一起設(shè)計和構(gòu)思工程案例，把知識點和其它專業(yè)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(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，增強學(xué)生對系統(tǒng)的認知，提高學(xué)生理論應(yīng)用于實踐的能力。

2.“CDIO+案例教學(xué)”教學(xué)模式在“控制工程基礎(chǔ)”課程中的開展途徑

CDIO教學(xué)模式的核心思想是讓學(xué)生在“做中學(xué)”，以“工程項目”或“項目案例”為載體來組織整個學(xué)習(xí)過程，以過程中不同階段的知識需求為驅(qū)動來安排教學(xué)內(nèi)容和方法。由于“控制工程基礎(chǔ)”這門課程主要內(nèi)容包括建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)系統(tǒng)模型對系統(tǒng)進行時域分析、頻域分析（分析系統(tǒng)的快速性、準確性、穩(wěn)定性）和系統(tǒng)校正，課程系統(tǒng)性強，適合通過案例結(jié)合CDIO模式進行教學(xué)。在教學(xué)過程中，本文提出的“CDIO+案例教學(xué)”教學(xué)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(xué)生路線；四個過程是構(gòu)思過程、設(shè)計過程、實踐過程和考核過程。首先，教師要對教學(xué)設(shè)計進行構(gòu)思。一個好的教學(xué)設(shè)計可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使枯燥的學(xué)習(xí)內(nèi)容生動起來，呆板的學(xué)習(xí)過程活潑起來。其次，要對所講授的知識點進行設(shè)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(huán)節(jié)里，可以把學(xué)生分成若干小組，給學(xué)生分配任務(wù)，針對所要學(xué)習(xí)的知識點，查閱資料，設(shè)計相關(guān)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(xué)過的知識，設(shè)計綜合實驗并讓學(xué)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(yǎng)學(xué)生對實踐結(jié)果進行分析并總結(jié)歸納到相對應(yīng)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(jù)學(xué)生的實驗態(tài)度、動手能力、創(chuàng)新能力等來綜合評分，這種考核方式更能體現(xiàn)出學(xué)生對知識的應(yīng)用能力，同時具有較強的靈活性。具體的“CDIO+案例教學(xué)”教學(xué)模式開展途徑如圖1所示。

3.“控制工程基礎(chǔ)”課程實施“CDIO+案例教學(xué)”教學(xué)模式存在的困難

（1）短時間內(nèi)制作出完善和全面的優(yōu)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(jīng)驗的教師經(jīng)過長時間的思考、歸納和總結(jié)。

（2）課程計劃學(xué)時少與該教學(xué)模式所需教學(xué)學(xué)時較多的矛盾。由于實踐環(huán)節(jié)和學(xué)生討論環(huán)節(jié)的增多，整個教學(xué)過程所需學(xué)時必然會增加，針對這一困難，可以將某些案例討論的內(nèi)容放在課下分組進行，老師批閱每個小組的討論結(jié)果并在課上進行總結(jié)，這樣就會大大縮短案例討論所占用的時間，而不影響學(xué)習(xí)效果。

三、結(jié)束語

以應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標為導(dǎo)向，提出了在理論教學(xué)中融入“CDIO理念+案例教學(xué)”，結(jié)合實驗室實驗和Matlab模擬仿真組成的新的“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)模式。改變現(xiàn)有“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)占主導(dǎo)的現(xiàn)狀，以“做中學(xué)”的形式培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力及解決實際問題的能力，進而培養(yǎng)出具有扎實專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)、綜合工程系統(tǒng)能力和良好團隊協(xié)作能力的當代應(yīng)用型人才。

參考文獻：

[1]李大勇，林海鵬，趙汗青.“控制工程基礎(chǔ)”教學(xué)模式探討[J].價值工程，2012，31（15）.

[2]林海鵬，王金波，董金波，等.《控制工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革與實踐探索[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報，2011，（8）.

[3]董海棠，馮中毅.“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索與實踐[J].中國電力教育，2009，（5）：81-82.

[4]宋強，鮑雅萍.機械專業(yè)“控制工程基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革與探索[J].中國電力教育，2010，（10）：60-61.

[5]李曼麗.用歷史解讀CDIO及其應(yīng)用前景[J].清華大學(xué)教育研究，2008，29（5）：78-87.

[6]王青梅，趙革.國內(nèi)外案例教學(xué)法研究綜述[J].寧波大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2009，31（3）：7-11.

（責任編輯：王意琴）