基于多樣化教學的控制工程基礎教學改革探討

龐曉旭 韓建海 邱明 仲志丹

摘 要 針對控制工程基礎課程存在的理論基礎強、內容抽象、學時短、涉及多學科知識且僅注重理論教學等特點，在分析如何讓學生明白控制工程基礎是干什么的，如何結合實際以及怎么學習的基礎上，探討以項目教學為主線，以案例教學為輔，引入控制技術前沿及科研技術難題，探索教—學互換教學模式的教學方法，提高教學質量，培養學生創新能力，提高學生綜合素質，讓學生具有國際競爭力。

關鍵詞 控制工程基礎；項目教學；案例教學；教學改革；教—學互換教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）12-0089-03

1 引言

控制工程基礎是以經典控制理論為基礎的專業技術基礎課，其主要研究單輸入、單輸出和系統三者之間動態關系，是現代控制理論和智能控制理論的基礎課。課程涉及高等數學、大學物理、理論力學、電工電子等，理論知識強且多，內容比較抽象且涉及面廣等[1]，因此，學生學習起來非常困難。隨著河南科技大學寬基礎教學模式的改革，課程課時量減少，教師很難全面系統地對課程進行全方位講授，且傳統上只注重理論教學，實踐環節相對占比重較少；甚至由于學時有限的原因，教師僅講授公式定理，導致學生只知其然而不知其所以然，僅會使用公式進行考試。這就造成學生對課程的了解僅限于表面，不了解學習這門課的目的是什么，具體如何運用，更難以利用所學知識有效解決工程實際問題，因此大大減弱了學生學習的興趣及參與度。

隨著教育國際化的發展，加入工程教育國際互認《華盛頓協議》，不僅可以提高我國工程教育質量，而且有利于提高我國本科生在國際市場上的競爭力。河南科技大學機械設計制造及其自動化專業于2016年通過中國工程教育協會的認證，這標志著該專業的本科畢業生可以得到國際上的認可。為了與工程教育培養目標一致，滿足工程教育的畢業要求，需對控制工程基礎進行教學改革。本文以項目教學為主線，案例教學為輔，控制技術前沿及科研技術難題為引導，實施教—學互換教學模式，提高學生學習興趣，增加學生參與度，進而達到提高學生綜合素質的培養目的，增強學生國際競爭力。

2 加強緒論的講授，激發學生學習興趣

控制工程基礎是一門理論基礎課，很多學生接觸到這門課的第一感覺是不知道它是干什么的，甚至學完后依然不明白其有何實際用處，因此會在茫然中開始學習，混沌中結束學習，當然不會有興趣學習這門課[2]。在首次課講授時，教師首先要讓學生明白這門課是干什么的，有何實際用處，如何與工程實際相結合。這就要求教師必須重視緒論課的講授，要重點突出控制在機械工程領域的重要性，可以通過由易到難工程實例、由低端設備到高端設備自動控制、由古到今控制理論的運用等方面和學生一起分享，讓學生感受到控制的重要性及實際運用；同時可以列舉國際控制技術前沿和科研難題以及國內還存在的差距等，以此來激發學生學習控制的激情，如可以講授空調制冷系統控制、天宮一號的精準對接、機器人的快速反應、古代指南車發明等。通過緒論課的教授，要讓學生明白這門課是干什么的，有何實際用處，作用的重要性，以及現在還存在什么樣的難題亟待解決等，他們自然會提高學習這門課的興趣及激情。

3 以項目教學為主線，增加學生參與度，提高團隊協作及自學能力

項目教學就是以某個特定工程實際項目的研究貫穿于整個講授過程，是基于項目的教與學的教學模式[3-4]。項目教學可以很好地實現理論和實踐的有機緊密結合，課堂上以理論儲備為主，課下用理論知識來解決工程實際項目。如針對機械設計制造及其自動化專業實施“直流電機閉環控制系統設計”項目教學，要求學生通過對項目的研究，學習直流電機速度和位置控制系統的建模方法、一階系統分析、二階系統分析、誤差分析、頻率響應分析，以及根據分析結果對系統進行校正設計。以該項目為主線，貫穿整個教學過程，學生可以根據教師教學進度進行項目研究，也可以根據自己情況通過自學進行項目研究。該項目教學主要培養學生解決復雜工程問題能力、團隊協作能力、撰寫報告能力以及表達能力等。

以河南科技大學機電工程學院機自卓越班為例，全班30人共分為六個小組，每個小組領取項目指導書。項目小組內人員分工由項目小組自行商定，根據項目指導書以團隊協作形式進行項目研究。在項目進行過程中，指導教師對每個小組進行考核，考核內容包括研究報告撰寫、PPT制作匯報、項目創新程度、團隊協作等，并根據項目研究情況給出考核成績，計入總成績。通過項目教學，激發學生學習興趣，增加學生參與度，進而提高學生綜合素質。

4 以案例教學為輔，拓展學生解決問題能力

創新意識及能力的培養并不一定要創造出新的事物等，更要求學生具有舉一反三、觸類旁通、綜合知識運用的能力。在以項目教學為主線的情況下，同時進行多種案例教學，不僅可以拓展學生知識面，更可以提高學生分析解決問題的能力。只有見過并做過一定的設計實例，才能積累一定的經驗和知識儲備，這樣學生才有更大更多的信心去創新。

案例教學（case-based teaching）是以工程實例講授為輔助的教學法，有助于培養和提高學生主動參與課堂討論[5]的興趣。案例教學具有以下特點。

1）案例是為教學目標服務的，因此，案例應具有一定的代表性，具有觸類旁通的作用；且應該來源于工程實際或科研課題等，要與所講授的理論知識有直接的聯系，加深學生對知識的理解，更好地培養學生運用所學知識解決實際問題的能力。

2）案例教學要客觀生動、圖文并茂，具有吸引人的特點。控制工程基礎是理論基礎課，理論知識比較多，容易造成學生課堂上注意力不集中甚至玩手機或打瞌睡。因此，要求案例不僅僅是一堆數據羅列、公式推導等，要盡可能地采用動畫、曲線、仿真模型等對案例進行生動分析和討論，最好是經過教師認真編排的生動的工程實際案例。

3）案例應該多樣化。案例教學旨在讓學生加深對所學理論知識的理解，培養運用所學知識解決實際問題的能力。案例的多樣化不僅可以增加學生的知識面，而且可以拓展學生的思維。

案例教學以其直觀生動的特點，可以很大程度上調動學生積極性，同時可以實現教學相長，促進師生共同進步。如在教學過程中可以以市面上較多的平衡車為例，剖析平衡車的平衡原理，分析平衡車采用何種控制方法，采用何種校正方法進行系統校正，以及如何通過系統的校正來解決平衡車所涉及的控制工程基礎中穩準快的特點。

5 讓學生參與教學，實現教—學互換，提高綜合素質

工程教育專業認證要求教學以學生為中心。傳統上教學一般以教為主，其實教學是一種教師和學生的雙邊互動行為，雙方要有及時的溝通和對話[6]。傳道授業解惑是為學習而存在，更是為學習服務的，激發學生學習興趣，讓學生真正成為學習的主體。因此，改變傳統以教師為主體的教學方式，讓學生參與教學活動，實現一定程度的教—學互換，培養學生學習興趣及主動性。

為此，教師可預先布置1～2個知識點、某個例題或者學生自己總結的案例等，如二階系統瞬態響應的性能指標、方框圖的簡化方法或例題、伯德圖的繪制方法或例題等，讓學生自行學習，并將下次課的前10分鐘留給學生，鼓勵學生自己來講授該知識點、例題或自己總結的案例等。教師對講授的內容進行積極評判，對暴露的問題進行補充，激發學生積極思考、主動學習的興趣，增強學生的成就感，進而提高控制工程基礎的教學質量。

6 結語

控制工程基礎理論性強，知識點多，具有多學科集成、聯系實際緊密等特點。當今社會的快速發展對學生的綜合素質教育提出更高更多的要求，這也就要求不斷改革高等教育教學方法及教學手段，以適應社會的快速發展。面對新的形勢，教師應該主動探索、積極改革，對教學內容進行統籌安排、凝練總結，理清課程知識結構體系，把握課程總體進度，循序漸進、積極引導，結合控制工程當前的前沿技術和科研技術難題，采用以項目教學為主，案例教學為輔，教—學互換教學模式穿插其中的教學方法，在豐富課堂教學方法和教學手段的同時，增加創新實踐教學環節，提高學生學習興趣及參與度。

通過教學改革，不僅可以提高教學質量，更有助于把學生培養成基礎理論扎實、知識面寬、綜合素質能力強、具有一定創新能力的高級技術人才，在工程教育國際化的形勢下，也有助于學生參與國際競爭，提高學生的業務素質和就業競爭力，同時對促進高等教育綜合素質的培養具有重要意義。

參考文獻

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[3]王寧，姜虎強.職業教育課程項目化教學改革研究：以電氣自動化技術專業為例[J].中國教育技術裝備，2016（14）：100-101.

[4]戴金橋，俞阿龍，孫華軍.項目驅動法在智能儀器設計課程教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2015（16）：83-85.

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[6]鄭理，劉鴻.應用型本科院校《機電控制工程》課程教學探索實踐[J].教育教學論壇，2015（47）：129-130.