建設(shè)具有行業(yè)特色的《控制工程基礎(chǔ)》課程研究與探索

李鐵　張新君　沈?qū)W利

摘要：控制工程基礎(chǔ)是電子信息工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，是從事控制類研究的基礎(chǔ)，具有知識點多和理論性強的特點。以往的教學模式往往注重理論性和內(nèi)容的系統(tǒng)性，導致該課程理論與實踐相脫節(jié)，教學內(nèi)容也受到所選教材的局限而更新緩慢，進而產(chǎn)生教學內(nèi)容單一化、學生學習吃力、教師講解費力等問題。文章引入一系列新的方法和手段，同時在教學內(nèi)容上兼顧學校的行業(yè)特色，充分考慮煤炭行業(yè)對電子信息工程專業(yè)中自動控制技術(shù)的需求，開展教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、教材、實驗和課程設(shè)計的改革，取得了一定的成果。

關(guān)鍵詞：控制；自動化；教學方法；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）12-0142-02

一、目的

控制工程基礎(chǔ)是電子信息工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，是從事控制類研究的基礎(chǔ)，具有知識點多和理論性強的特點[1]。由于是專業(yè)基礎(chǔ)課程，教學內(nèi)容相對穩(wěn)定，以往的教學模式往往注重理論性和內(nèi)容的系統(tǒng)性，導致該課程理論與實踐相脫節(jié)，教學內(nèi)容也受到所選教材的局限而更新緩慢，進而產(chǎn)生教學內(nèi)容單一化、學生學習吃力、教師講解費力等問題。

本文在總結(jié)已往教學經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，注重引入一系列新的方法和手段，同時教學內(nèi)容要兼顧學校的行業(yè)特色，充分考慮煤炭行業(yè)對電子信息工程專業(yè)中自動控制技術(shù)的需求，與實際問題結(jié)合進行講授，盡量做到深入淺出，注重培養(yǎng)學生運用控制理論解決控制工程問題的能力。

二、教學改革創(chuàng)新方法

1.教學內(nèi)容改革?！犊刂乒こ袒A(chǔ)》課程是一門理論與實踐并重，工程性、綜合性、方法性、實踐性很強的課程。從優(yōu)化課程設(shè)置總體的角度出發(fā)，對課程體系進行改革，確立了以系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)綜合為控制工程基礎(chǔ)課程的主線，構(gòu)建了由時域分析、復域分析、頻域分析、系統(tǒng)校正4個模塊構(gòu)成的知識體系。

對教學內(nèi)容改革，以突出控制理論的物理概念及工程背景，淡化數(shù)學證明為原則，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，繼續(xù)整合、優(yōu)化課程內(nèi)容，進一步明確課程體系結(jié)構(gòu)、組織方式，理順本課程和相關(guān)課程的知識聯(lián)系；進一步完善課程教學大綱和實驗大綱，使教學內(nèi)容能夠為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力服務(wù)。

在教學內(nèi)容上，注意突出煤炭行業(yè)特色，體現(xiàn)控制理論在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用。通過講座的形式向?qū)W生介紹自動控制發(fā)展的最新動向、最新技術(shù)，彌補在課堂教學時數(shù)的限制與教材的滯后等方面的不足。

（1）以系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析和綜合設(shè)計為課程主線，強調(diào)工程背景。控制工程基礎(chǔ)是一門理論性、實踐性和綜合性強的課程，內(nèi)容多，概念抽象，涉及面廣，學生普遍感到有一定的難度。采用的教學思路是：從課程的體系出發(fā)，以系統(tǒng)建?！到y(tǒng)分析→綜合設(shè)計作為課程主線，強調(diào)煤炭工程背景，突出能力的培養(yǎng)。數(shù)學模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部各物理量（或變量）之間關(guān)系的數(shù)學表達式，建立一個合理的模型是系統(tǒng)分析和設(shè)計的前提。系統(tǒng)分析方法是控制系統(tǒng)綜合設(shè)計的基礎(chǔ)，這部分的內(nèi)容主要包括時域分析法、根軌跡法、頻域響應(yīng)法，是控制理論教學的重點[2，3]。系統(tǒng)設(shè)計是綜合利用理論知識使系統(tǒng)的性能指標全面滿足要求的過程，對培養(yǎng)學生的分析、綜合能力及創(chuàng)新能力十分重要，也是教學的難點。只要抓住這些特點，就抓住了系統(tǒng)分析與設(shè)計的關(guān)鍵，有助于學生加深對不同方法的理解。

（2）結(jié)合控制理論的發(fā)展更新教學內(nèi)容。近年來，控制理論得到了蓬勃發(fā)展，特別在非線性控制、分布參數(shù)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、智能控制等方向上取得了重要進展[4]。這就要求教師對本學科發(fā)展有一個較好的把握，注意處理好經(jīng)典的基本理論和新技術(shù)的關(guān)系，從中選取一些比較符合課程要求的理論知識，在講課過程中及時介紹給學生，以保持課程內(nèi)容的先進性。近幾年來，隨著電力、電子、控制技術(shù)、通訊及信息技術(shù)等的不斷發(fā)展及其在煤礦上的廣泛應(yīng)用，煤炭行業(yè)的電子信息與自動化程度大大地提高，因此教師應(yīng)結(jié)合煤炭類電子信息的發(fā)展講授。另外，可通過講座的形式向?qū)W生介紹自動控制發(fā)展的最新動向、最新技術(shù)，彌補在課堂教學時數(shù)的限制和教材的滯后等方面的不足。

2.采用有效的教學方法和手段。

（1）采用啟發(fā)式教學方法。對于控制工程基礎(chǔ)課程，充分運用了啟發(fā)式教學方法，注意突出教學重點、難點問題，盡量結(jié)合專業(yè)實例。還可采用課堂問答和課堂討論的方式，以及在教學內(nèi)容轉(zhuǎn)換時適當留一些懸念，讓學生通過思考和討論自己解決問題，提高學生學習的主動性。

（2）傳統(tǒng)教學方式和現(xiàn)代化教學手段結(jié)合。控制工程基礎(chǔ)課程由于公式多、繪圖量大且準確度要求高，很多內(nèi)容非常適合多媒體授課方式[5]。但是，采用多媒體教學方式會使學生來不及做筆記，并且也減少了教師和學生的課堂交流。采用的方法是將傳統(tǒng)的板書教學方式和現(xiàn)代化的多媒體相結(jié)合，對于存在大量圖表、公式和曲線的教學內(nèi)容，采用多媒體授課方式?；贛ATLAB軟件輔助課堂教學，把MATLAB作為一種基本工具與教學內(nèi)容有機結(jié)合，利用MATLAB可以快捷的得到理想的結(jié)果和直觀的曲線圖，教學效果和效率均有明顯提高。

（3）采取答疑質(zhì)疑相結(jié)合的輔導方式。答疑和質(zhì)疑是教師輔導學生自學的兩種重要形式。電子信息工程專業(yè)學生在學習控制工程基礎(chǔ)課程過程中，大多數(shù)對課程的掌握能力較差，或跟不上教師的講課進度，平時主動找老師答疑的情況較少?？梢圆捎么鹨少|(zhì)疑相結(jié)合的輔導方式，以主動質(zhì)疑為主，給學生一定的壓力，起到督促學生學習的作用。對于學生存在的共性問題，采取集體輔導的形式統(tǒng)一解答或進行專門討論。

（4）其他教改舉措及方法。①利用典型示例、啟發(fā)式的課堂教學，培養(yǎng)學生的學習興趣；結(jié)合科研實踐和專業(yè)發(fā)展講授課本內(nèi)容。書本上的知識同實際應(yīng)用是有一些差距的，結(jié)合科研實踐講解比單純依賴書本傳授知識，更容易打開學生的思路，激發(fā)的創(chuàng)造性思維。②實施靈活的實驗教學方法，因材施教，對基礎(chǔ)較差、能力較弱同學給定實驗題目進行實驗；對學有余力的學生鼓勵他們自己開發(fā)實驗。為學生開辟第二課堂，利用創(chuàng)新實驗基地，結(jié)合“挑戰(zhàn)杯”、全國大學生機器人比賽等活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。③采用豐富多彩的教學方式，對不同的教學內(nèi)容進行組織，如通過控制系統(tǒng)建模比賽提高學生的專業(yè)綜合能力，通過參觀工廠體驗實際的工業(yè)控制系統(tǒng)，等等。

3.實踐教學與創(chuàng)新能力培養(yǎng)。實踐教學是工科院校重要的教學環(huán)節(jié)。應(yīng)有計劃的修訂實驗教學和課程設(shè)計大綱，將模擬實驗與數(shù)字仿真實驗有機地結(jié)合起來，采用MATLAB語言作為控制系統(tǒng)的仿真平臺，擴大實驗內(nèi)容，增加具有設(shè)計性、綜合性以及創(chuàng)新性的項目，提高實驗的質(zhì)量，提高學生的綜合設(shè)計能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

（1）課內(nèi)實驗與課程設(shè)計改革?？刂乒こ袒A(chǔ)課程不但有獨立的理論和方法，而且有相當強的實踐性和應(yīng)用性。因此，在課內(nèi)實驗內(nèi)容設(shè)置上應(yīng)充分發(fā)揮學生的優(yōu)勢，緊密結(jié)合專業(yè)，以實際應(yīng)用為主，減少驗證性的實驗內(nèi)容，增大設(shè)計性、綜合性和研究性的實驗內(nèi)容；在每個實驗設(shè)計中，都增加一些加寬、加深的內(nèi)容，以使那些基礎(chǔ)好、動手能力強的學生學到更多知識。在實驗教學方法上，重點是實行開放式教學。在實驗教學中主要以學生為主，教師則主要是檢查和指導。同時，在特定的時間實驗室對學生開放。

在課程設(shè)計方面，首先將MATLAB仿真語言貫穿控制類課程設(shè)計體系整過程，跟蹤國際與國內(nèi)重點大學的主流教學體系；其次結(jié)合新型實驗教學設(shè)備，重點加強了綜合性、設(shè)計性項目的開出，提高綜合性設(shè)計項目的比例；最后，結(jié)合新的實驗設(shè)計教學體系與內(nèi)容，實施更加開放式的教學，從而更加突出對學生創(chuàng)新實踐能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

（2）創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，主要采取兩方面的措施：第一建立大學生科技活動中心，指導學生參加各種大學生科技競賽，提高學生的實踐動手能力。第二建立大學生實踐活動基地，體現(xiàn)煤炭行業(yè)的自動化特色，突出控制理論在煤礦自動化中的應(yīng)用。

三、取得的成果

我院在采用新的教學方法進行課程建設(shè)的過程中，取得了一些建設(shè)性成果，如形成了一支結(jié)構(gòu)層次合理、具有較高學術(shù)水平和教學水平的師資隊伍，青年教師的培養(yǎng)取得了一定的成效。教材建設(shè)取得了一定成果，出版校內(nèi)自編教材1部。教學改革與教學研究取得了一定成果，承擔與課程相關(guān)的校教改研究項目1項。教學方法和教學手段改革取得良好成績，獲校多媒體課件大賽優(yōu)秀獎。建立了較完善的網(wǎng)絡(luò)交互系統(tǒng)。大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)取得一定的成果，在挑戰(zhàn)杯、機器人大賽等大學生科技活動競賽中多次獲獎。

四、結(jié)論

本文結(jié)合自動化國家特色專業(yè)建設(shè)，以煤礦自動化為主要特色，通過教學內(nèi)容、實驗和課程設(shè)計改革等教學環(huán)節(jié)，通過開放實驗室、建立大學生創(chuàng)新基地、充分利用特色專業(yè)實驗室等條件和手段，加強課程教學的煤炭行業(yè)特色，培養(yǎng)學生的動手實踐能力。通過編寫特色教材、建立網(wǎng)絡(luò)教學平臺、采用多種現(xiàn)代教學手段，結(jié)合教材和專業(yè)特色，開發(fā)課程多媒體課件，制作課程視頻資料，建立和完善課程教學網(wǎng)站，依托網(wǎng)絡(luò)教學平臺，開展創(chuàng)新比賽等多種形式的教學活動，取得了一定的成果，為以后的教學實踐開辟一條穩(wěn)步發(fā)展的道路。

參考文獻：

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