車輛工程專業控制工程基礎教學改革路徑探討

周長峰+李鳳英+吳娜

摘 要：針對車輛工程本科專業控制工程基礎課程教學中存在的問題，從“密切聯系專業”、“課下課堂對接”、“理論實驗結合”、“改變教學方式和方法”等方面提出了該課程的教學改革思路。

關鍵詞：控制工程基礎；教學改革；車輛工程

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2014）01-0037-02

在控制工程基礎教學實踐中，國內外諸多院校都做了不同形式的改革嘗試，以通過這些方式進一步改善教學效果，提高教學質量。控制工程基礎是機械制造及自動化、車輛工程、過程裝備與控制工程等機械類及相關專業的一門專業基礎課，在各專業的控制工程教學中，由于學生都有明確的專業學習對象，因此在課程教學中應更加注重課程與專業研究對象現有控制系統和控制技術之間的接合，發揮該課程在學生專業培養中的作用[1-3]。

一、控制工程基礎課程的性質與特點

控制工程基礎是一門理論性強、概念多、內容廣泛的專業基礎課，課程的重點在于培養學生對系統動力學領域尤其是車輛工程系統建模、分析與設計的能力，理解并掌握經典控制理論的基本概念和分析方法；難點在于如何將課程所學結合車輛工程實際，建立較為準確的數學模型，從系統固有特性本身以及輸入、輸出與系統之間的相互作用關系來獲得理想的控制效果。

該課程也是一門專業基礎課，它研究的是工程技術中廣義系統在一定外界條件作用下，從系統一定的初始狀態出發，所經歷的由其內部的固有特性所決定的整個動態歷程，并研究這一系統及其輸入、輸出三者之間的動態關系。這門課程主要研究兩類問題：第一類是系統定、輸入定，通過輸出來研究系統本身的準確性、快速性、穩定性，即系統分析問題；第二類是輸入已知，確定系統，且所確定的系統應使輸出盡可能符合給定的最佳要求，即最優設計問題。

控制工程基礎課程中有大量的公式、定理、判據，涉及時間域、頻率域和復數域，課程內容較枯燥，是數理基礎課程與專業課程之間的一道橋梁。課程本身涉及的專業知識較廣，在學習本課程的同時要及時復習電工電子、汽車振動力學、液壓系統等相關課程，這在一定程度上也加大了課程難度。

本課程在教學中存在內容多、學時緊的矛盾，僅靠課堂教學和實驗室中做少量的實驗，對所學內容不易消化吸收和鞏固，對一些重點、難點內容，若要掌握好就更不容易。因此，對該課進行問卷調查，找出存在的問題并進行教學改革非常有必要。

二、控制工程基礎課程教學改革的路徑

2012年初對2009級車輛工程本科生進行控制工程基礎課程問卷調查，列出問題11個、回收有效問卷59份，在“學生聽講、學生筆記、師生交流、教學方式、作業批閱、學習難點”等方面進行深入調查，獲得課程教學方面的第一手反饋資料。從問卷結果看，在以下幾個方面問題比較突出：課程在專業學習與將來就業中的作用不清；教學內容枯燥乏味，應用實例不典型；作業太多而講解不足；引導自學與提煉總結不夠；頻域一章難點群集。由圖1可以看出各章較難知識點的認同投票數，Nyquist穩定性判斷等三個知識點投票率超過了30%，是教師教學時應特別注意準備的內容。

（一）教學內容密切聯系專業

在問卷調查中，相當多的學生非常關注課程與專業的關系，這也表明學生想通過課程學習夯實自己專業基礎的愿望。最近三十年汽車電子控制技術得到了迅猛發展，在汽車底盤、發動機以及車身上有大量控制系統應用的實例，如電控汽油噴射、EGR廢氣循環、自動變速器、電控制動防抱死裝置、巡航控制系統、四輪轉向系統等[4-6]。由于控制工程基礎課在大三時開設，鑒于學生已經掌握的專業知識以及控制工程基礎課程學時，可以從汽車安全、節能、環保、舒適性等幾個方面各選一個合適的控制系統，穿插到該門課程的教學中。從一個已有的復雜控制系統到適合課程教學實例的轉變需要教師精心設計。在教學過程中，以電控制動防抱死裝置、發動機最佳空燃比控制、發動機怠速控制和電控懸架系統作為與專業密切相關的實例，簡略講解其結構和原理，在建模、誤差分析、穩定性判斷、系統性能改進等方面將上述實例融入課程教學中，提高學生對汽車控制系統應用的認識，為其進行控制系統設計和改進打下基礎。

（二）教學過程課下課堂對接

由于控制工程基礎課有較多公式、定理、判據，僅憑課堂教學時間只能使較少部分學生達到當堂掌握，對大部分學生而言還需要課下花費一定的時間進行復習和預習。在以往的教學過程中，強調的是學生要課下復習，在每堂課的開始階段統一對學生復習，這樣造成學生依賴性很強，不去主動思考課程中的問題。為減少每次課進行課堂教學時需要的導入時間，使學生課下學習與課堂教學內容對接，可從以下幾個方面準備：首先對課本知識點進行綜合、提煉，提出相應的問題，如在系統穩定性一節提出能否根據階躍輸入下二階振蕩系統的響應結果判斷系統的穩定性，加深學生對系統穩定性定義的理解；其次可以將后面的實例作為作業布置給學生，使學生為后續內容的學習提前準備，如可將頻域分析一章中無源電網絡在正弦信號作用下系統的響應輸出作為第二章的作業，在講解作業時就提醒學生注意正弦信號頻率、幅值和相位三要素；最后還應注意課后作業布置的每一道題都要體現至少一個重要知識點，力求做到少而精、精而全，對作業及時批改并講解，以鞏固教學效果。

（三）理論教學與實驗教學的結合

在近幾年的課程教學中，一直強調理論教學與實驗教學相輔相成。它包括兩個方面的含義，一是讓學生分組分批進行控制工程實驗箱實驗，二是引導學生利用仿真軟件進行仿真實驗。實際實驗的開設要控制好時機，即該部分理論內容完成后盡快開展課程實驗，利用控制工程實驗箱為學生開設“二階閉環系統的頻率特性曲線”、“直流電機閉環調速”等實驗，通過實驗提高學生對課本所講理論知識的理解。

在課堂教學中，引入Multisim和MATLAB來仿真教材中的實際系統并進行特性分析。如在控制系統的數學模型、系統時域特性分析、系統頻域特性分析等章節中采用MATLAB中的SIMULINK模塊，能夠很容易地使學生熟悉了解系統的構造過程和相關特性的分析方法。通過相關的教學演示，使學生能夠很快地從復雜的結構框圖中理清頭緒，并了解系統有關結構參數與系統特性的相互關系。如在講授系統校正PID控制器效果時，利用MATLAB中PID設計框圖，更改各系數值能夠直觀清楚地反映調節系數不同對系統特性的控制，并熟悉控制器參數的優化方法[7]。通過課堂建模并進行仿真，使學生清楚地了解參數修改調節的過程，讓學生體會到計算機軟件與工程結合的方法在控制器設計中的優越性，促進學生更自覺地學習控制工程和工程設計軟件。endprint

（四）改變教學方式和方法

目前通用的教學方式分為黑板板書和多媒體教學兩大類，黑板板書具有過程清晰、容易理解但信息量小的特點，多媒體教學具有信息量大但過程轉換過快的問題。在以往的教學中，理論性強的課程如高等數學一般以黑板板書為主更有利于學生掌握相關的內容。控制工程基礎課也屬于理論性較強的課程，問卷調查中71%的學生認為板書結合多媒體是該類課程最為有效的教學方式，它充分發揮了多媒體信息量大、板書推導過程清晰的優點，讓學生更易掌握相關的教學內容。

在控制工程基礎課教學中積極探索啟發式、討論式和案例式教學。如討論式教學中注意師生間多互動，讓學生有機會表達自己的思路和對問題的看法，案例式教學中引入實際的車輛控制系統激發學生的學習興趣，讓學有余力的學生進行小型電子控制系統的設計制作加深對課程的理解。改革現在的考核方式，加大平時成績在總成績中的比重，帶動學生平時學習的積極性。

為提升教學效果、保證教學質量，對控制工程基礎課程進行了問卷調查，針對存在的問題進行了研究并進行教學改革，提出“密切聯系專業”、“課下課堂對接”、“理論實驗結合”、“改變教學方式和方法”的教學改革思路并在2010級兩個專業的學生課程中實踐，激發了學生的學習興趣，加深了學生對課程的掌握程度。后續教學實踐中還可以進一步從教學組織、教學考核及課程設計等諸多方面進行探索，以培養學生在車輛工程實踐中的創新能力。

參考文獻：

[1]鄭明軍，劉希太，王海花.“機械控制工程基礎”課程教學

改革研究與實踐[J].中國科技信息，2009，（6）.

[2]卜波.基于控制工程基礎課程的探究式教學模式研究與

實踐[J].科教導刊，2009，（21）.

[3]王蕊.Matlab在“機械控制工程基礎”教學中的應用

[J].機電產品開發與創新，2011，（4）.

[4]馮崇毅.汽車電子控制技術（上冊）[M].北京：機械工業

出版社，2001：1.

[5]付百學.汽車電子控制技術（下冊）[M].北京：機械工業

出版社，2000：1.

[6]舒華.汽車電子控制技術[M].北京：人民交通出版社，

2002：2.

[7]劉向明.“控制工程基礎”教學中的計算機應用方法[J].

武漢工程大學學報，2009，（6）.endprint

（四）改變教學方式和方法

目前通用的教學方式分為黑板板書和多媒體教學兩大類，黑板板書具有過程清晰、容易理解但信息量小的特點，多媒體教學具有信息量大但過程轉換過快的問題。在以往的教學中，理論性強的課程如高等數學一般以黑板板書為主更有利于學生掌握相關的內容。控制工程基礎課也屬于理論性較強的課程，問卷調查中71%的學生認為板書結合多媒體是該類課程最為有效的教學方式，它充分發揮了多媒體信息量大、板書推導過程清晰的優點，讓學生更易掌握相關的教學內容。

在控制工程基礎課教學中積極探索啟發式、討論式和案例式教學。如討論式教學中注意師生間多互動，讓學生有機會表達自己的思路和對問題的看法，案例式教學中引入實際的車輛控制系統激發學生的學習興趣，讓學有余力的學生進行小型電子控制系統的設計制作加深對課程的理解。改革現在的考核方式，加大平時成績在總成績中的比重，帶動學生平時學習的積極性。

為提升教學效果、保證教學質量，對控制工程基礎課程進行了問卷調查，針對存在的問題進行了研究并進行教學改革，提出“密切聯系專業”、“課下課堂對接”、“理論實驗結合”、“改變教學方式和方法”的教學改革思路并在2010級兩個專業的學生課程中實踐，激發了學生的學習興趣，加深了學生對課程的掌握程度。后續教學實踐中還可以進一步從教學組織、教學考核及課程設計等諸多方面進行探索，以培養學生在車輛工程實踐中的創新能力。

參考文獻：

[1]鄭明軍，劉希太，王海花.“機械控制工程基礎”課程教學

改革研究與實踐[J].中國科技信息，2009，（6）.

[2]卜波.基于控制工程基礎課程的探究式教學模式研究與

實踐[J].科教導刊，2009，（21）.

[3]王蕊.Matlab在“機械控制工程基礎”教學中的應用

[J].機電產品開發與創新，2011，（4）.

[4]馮崇毅.汽車電子控制技術（上冊）[M].北京：機械工業

出版社，2001：1.

[5]付百學.汽車電子控制技術（下冊）[M].北京：機械工業

出版社，2000：1.

[6]舒華.汽車電子控制技術[M].北京：人民交通出版社，

2002：2.

[7]劉向明.“控制工程基礎”教學中的計算機應用方法[J].

武漢工程大學學報，2009，（6）.endprint

（四）改變教學方式和方法

目前通用的教學方式分為黑板板書和多媒體教學兩大類，黑板板書具有過程清晰、容易理解但信息量小的特點，多媒體教學具有信息量大但過程轉換過快的問題。在以往的教學中，理論性強的課程如高等數學一般以黑板板書為主更有利于學生掌握相關的內容。控制工程基礎課也屬于理論性較強的課程，問卷調查中71%的學生認為板書結合多媒體是該類課程最為有效的教學方式，它充分發揮了多媒體信息量大、板書推導過程清晰的優點，讓學生更易掌握相關的教學內容。

在控制工程基礎課教學中積極探索啟發式、討論式和案例式教學。如討論式教學中注意師生間多互動，讓學生有機會表達自己的思路和對問題的看法，案例式教學中引入實際的車輛控制系統激發學生的學習興趣，讓學有余力的學生進行小型電子控制系統的設計制作加深對課程的理解。改革現在的考核方式，加大平時成績在總成績中的比重，帶動學生平時學習的積極性。

為提升教學效果、保證教學質量，對控制工程基礎課程進行了問卷調查，針對存在的問題進行了研究并進行教學改革，提出“密切聯系專業”、“課下課堂對接”、“理論實驗結合”、“改變教學方式和方法”的教學改革思路并在2010級兩個專業的學生課程中實踐，激發了學生的學習興趣，加深了學生對課程的掌握程度。后續教學實踐中還可以進一步從教學組織、教學考核及課程設計等諸多方面進行探索，以培養學生在車輛工程實踐中的創新能力。

參考文獻：

[1]鄭明軍，劉希太，王海花.“機械控制工程基礎”課程教學

改革研究與實踐[J].中國科技信息，2009，（6）.

[2]卜波.基于控制工程基礎課程的探究式教學模式研究與

實踐[J].科教導刊，2009，（21）.

[3]王蕊.Matlab在“機械控制工程基礎”教學中的應用

[J].機電產品開發與創新，2011，（4）.

[4]馮崇毅.汽車電子控制技術（上冊）[M].北京：機械工業

出版社，2001：1.

[5]付百學.汽車電子控制技術（下冊）[M].北京：機械工業

出版社，2000：1.

[6]舒華.汽車電子控制技術[M].北京：人民交通出版社，

2002：2.

[7]劉向明.“控制工程基礎”教學中的計算機應用方法[J].

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