《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)方法淺析

姜 燕 張 燕 閆艷燕 高國富 趙 波

（河南理工大學(xué)，河南 焦作454000）

1 《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革的必要性

《控制工程基礎(chǔ)》是機(jī)械類專業(yè)大學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程在整個(gè)專業(yè)課程中起到了一個(gè)承前啟后的一個(gè)作用，是為日后學(xué)生成為工程測(cè)試人員必備的骨干課程。《控制工程基礎(chǔ)》課程所研究的問題帶有普遍性，對(duì)工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義。本課程在介紹控制理論的基本原理和基本概念的同時(shí)，以機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)為背景，闡明了控制理論在工程中的應(yīng)用。《控制工程基礎(chǔ)》作為一門機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)課程在各理工科高校中廣泛的開展著。近年來，隨著高等學(xué)校對(duì)所有課程的調(diào)整，擴(kuò)招和教學(xué)資源的相對(duì)不足，出現(xiàn)了學(xué)時(shí)少與講授內(nèi)容多及學(xué)生多教師少的矛盾。此矛盾在少學(xué)時(shí)的《控制工程基礎(chǔ)》的課堂中尤為突出，少學(xué)時(shí)一般在30-60學(xué)時(shí)之間，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)并達(dá)到厚基礎(chǔ)、廣知識(shí)的要求以及最大限度的調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性是擺在廣大教師面前的急需解決的問題。

2 教育改革的基本思想

經(jīng)過多年對(duì)本課程的教授與實(shí)踐，筆者提出了一些經(jīng)驗(yàn)與解決辦法。具體措施如下：

2.1 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在課堂講授中的應(yīng)用

許多教師開展了《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)方法、教學(xué)模式的改革探索，進(jìn)行了各種嘗試[1]。根據(jù)當(dāng)代學(xué)生的基本特點(diǎn)，筆者提出來幾種常用并行之有效的教學(xué)方法。為調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從枯燥的課程中解脫出來，在課堂上采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。利用做任務(wù)的方式分組完成教師布置的任務(wù)。任務(wù)一般設(shè)置為1到3個(gè)，任務(wù)的難易程度成階梯型。通過完成任務(wù)加強(qiáng)對(duì)課堂知識(shí)的理解。并在布置任務(wù)下去之后進(jìn)行小組討論，并對(duì)每個(gè)小組的任務(wù)進(jìn)行提示性的提問及幫助。在每一個(gè)任務(wù)完成之后，教師引導(dǎo)各小組對(duì)任務(wù)的完成進(jìn)行相互評(píng)比，教師糾正學(xué)生出現(xiàn)的問題。表揚(yáng)表現(xiàn)突出的小組，鼓勵(lì)表現(xiàn)欠佳的小組。在學(xué)生討論學(xué)習(xí)的過程中，教師巡視，以適當(dāng)?shù)姆绞綆椭鷮W(xué)生解決困惑。在完成任務(wù)的過程中，學(xué)生的合作學(xué)習(xí)，即獲得了知識(shí)，也體會(huì)到了合作精神。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

課程體系和課程內(nèi)容的優(yōu)化應(yīng)該緊密圍繞本課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求，通過學(xué)習(xí)達(dá)到厚基礎(chǔ)、廣知識(shí)量的要求。正確處理好學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多但是基本要求不能降低的矛盾，改革課程體系，合理安排課程內(nèi)容是順利完成教學(xué)任務(wù)的根本。

在課程安排上，要重視緒論的講解，通過緒論的講解讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)本課程的目標(biāo)、任務(wù)、要求以及學(xué)習(xí)方法，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

控制理論基本概念、系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模、時(shí)間響應(yīng)分析、頻率特性分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及系統(tǒng)性能校正等幾部分是本課程的一個(gè)基礎(chǔ)，同時(shí)也是個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，可以適當(dāng)放慢講解速度，多舉一些例子，使學(xué)生打好本課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

非線性控制系統(tǒng)、線性離散系統(tǒng)及系統(tǒng)辨識(shí)等內(nèi)容在授課過程中只作總體闡述。在教學(xué)內(nèi)容的組織上采取循序漸進(jìn)，逐步深化，強(qiáng)調(diào)基本概念的理解和應(yīng)用及其相互聯(lián)系減少一些定理和公式的詳細(xì)推演。

2.3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一味枯燥的上課只能使學(xué)生被灌知識(shí)，不能很好的吸收。只有通過實(shí)驗(yàn)才能增加學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。通過模擬電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)照。加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程的理解，學(xué)時(shí)少更應(yīng)該注意實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。每個(gè)章節(jié)都應(yīng)該設(shè)有實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。情景交融，要讓學(xué)生覺得學(xué)控制有癮，做實(shí)驗(yàn)爽。

2.4 加強(qiáng)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)本課程的影響

許多老師將MATLABSimulink引入當(dāng)教學(xué)當(dāng)中，以數(shù)字仿真形式演示課堂內(nèi)容，成為當(dāng)今控制工程課程教學(xué)改革的一個(gè)熱點(diǎn)[2-3]。我校積極對(duì)課程體系進(jìn)行改革，將MATLAB應(yīng)用于《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)中，增加了一些硬件無法完成的虛擬實(shí)驗(yàn)。利用MATLAB軟件強(qiáng)大的仿真功能，在SIMULINK仿真環(huán)境下，很容易得到實(shí)驗(yàn)?zāi)M設(shè)備同樣效果的系統(tǒng)。

2.5 加強(qiáng)Sakai網(wǎng)絡(luò)教育的教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用

筆者所在的學(xué)校采用Sakai作為網(wǎng)絡(luò)教育的教學(xué)平臺(tái)，《控制工程基礎(chǔ)》作為網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行教育教學(xué)改革，利用Sakai協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)的作用，結(jié)合著課堂教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置任務(wù)及項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生在Sakai系統(tǒng)上自主學(xué)習(xí)，有些項(xiàng)目必須小組協(xié)同才可以完成。鼓勵(lì)學(xué)生在系統(tǒng)內(nèi)暢所欲言發(fā)表自己的看法，同時(shí)注重進(jìn)行小組和班級(jí)討論。通過Saikai系統(tǒng)加大教師在課外與學(xué)生的學(xué)習(xí)交流。

在Sakai網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中有討論區(qū)，學(xué)生和老師都可以積極投入課程交流中，70%的問題學(xué)生們可以在跟帖討論中解決，同時(shí)老師也可以通過觀察討論區(qū)的問題了解同學(xué)們所存在的問題，了解他們共性解決不了的問題。學(xué)生們可以通過Sakai系統(tǒng)完成知識(shí)共享資源共享及在線答疑等，這樣提高了學(xué)習(xí)的效率。學(xué)生都比較喜歡新鮮事物，通過Sakai平臺(tái)提高他們的學(xué)習(xí)積極性。

圖1 本校Saikai系統(tǒng)應(yīng)用圖

3 教學(xué)改革的幾點(diǎn)建議

3.1 注意教學(xué)氣氛，激發(fā)興趣，變要我學(xué)為我要學(xué)

在教學(xué)過程中，我們體會(huì)到教學(xué)氣氛影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，尊重學(xué)生的意見，滿足他們的好奇心和知識(shí)遇。注意教學(xué)氣氛，激發(fā)興趣，變要我學(xué)為我要學(xué)。

3.2 教學(xué)方法力求多樣性

可以進(jìn)行直觀演示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握。還可以合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)參與的意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的求知欲。注重以多媒體教學(xué)作為手段，采用講授法、實(shí)體展示、合作學(xué)習(xí)“三位一體”的教學(xué)模式。

3.3 重視輔導(dǎo)答疑，教師當(dāng)面答疑與網(wǎng)上答疑相結(jié)合

輔導(dǎo)答疑是日常教學(xué)工作中的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)課堂教學(xué)的一個(gè)補(bǔ)充和延伸。現(xiàn)代學(xué)生可以通過無線上網(wǎng)，通過qq聊天及論壇跟帖均可以跟老師進(jìn)行交流，也可以通過Sakai平臺(tái)答疑。重視課堂答疑，能夠有針對(duì)性地解決學(xué)生在學(xué)習(xí)工程中產(chǎn)生的疑惑，了解學(xué)生學(xué)習(xí)的情況。加強(qiáng)師生之間的交流和溝通，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，進(jìn)而達(dá)到教學(xué)的目標(biāo)提高教學(xué)質(zhì)量。

答疑也是發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)不足的一個(gè)重要的手段。答疑能夠及時(shí)反饋教學(xué)情況，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長，有助于教師發(fā)現(xiàn)實(shí)施教學(xué)過程中的不足或錯(cuò)誤。

大學(xué)生生源來自于五湖四海，學(xué)生的基礎(chǔ)不同，能力各異，這都是客觀事實(shí)。而教師在組織課堂教學(xué)的時(shí)候，只能根據(jù)學(xué)生總體的情況選擇一個(gè)教學(xué)的進(jìn)度，難免造成有的學(xué)生吃不飽，也有的學(xué)生吃不了。通過網(wǎng)絡(luò)答疑，能更有針對(duì)性地解答不同層次同學(xué)存在的問題。

論壇跟帖老師不能及時(shí)解決的問題其他能力強(qiáng)的同學(xué)也可以給予解決，這樣更能激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。變要我學(xué)為我要學(xué)，并且能拉近老師與學(xué)生之間的距離。

4 結(jié)論

《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)改革實(shí)踐后表明，通過改革課程體系合理安排教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)的數(shù)量，注重教學(xué)方法的多樣性，將傳統(tǒng)教學(xué)方法與多媒體教學(xué)相結(jié)合，重視答疑，合理利用Sakai平臺(tái)，提高了教學(xué)質(zhì)量，加深了學(xué)生對(duì)本課程的掌握的程度。

［1］Tim Felke;Architectures for Integrated Vehicle Health Mangagement[C]// Aerospace Conference,2010.

［2］Dimitry Gorinevsky,Azary Smotrich，Robert Math，Ashok Srivastava,Kirbykeller, and Tim Felke.Open Architecture for Integrated Vehicle Health Mangagement[C]// Aerospace Conference,2010.Atlanta Geogria,20-22 April 2010.

［3］李寧波,汪溢,俞慎,葉曉蕓.嵌入式RTOS健康監(jiān)控技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程, 2009,2(3):260.