基于機械類本科專業能力培養的控制工程課程教學研究

靳偉 張學軍 姜彥武 鄢金山 朱興亮

[摘 要]應用型本科人才培養環境下教學核心是培養服務于社會經濟發展，能開展、參與技術服務或技術應用創新的人才。教學團隊以機械類本科專業能力培養為目標，探索控制工程課程教學新理念、新結構、新模式、新質量和新體系，提升學生自主創新及工程實踐應用能力，主動服務國家創新驅動發展、“一帶一路”等重大戰略實施。

[關鍵詞]機械;能力培養;控制工程;教學體系

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）12-0084-03

隨著國家“雙一流”建設高校名單公布和相應的重大教育項目的實施，關于應用型本科院校發展的問題再次凸顯出來。教育部一直在推動我國高等教育的分類發展，明確將高校劃分為研究型、應用型和技能型三類，研究型高校以“雙一流”高校為主，培養學術研究型人才，強調理論研究與創新;技能型高校以高職院校為主，培養生產管理一線的技能型人才;非研究型的本科院校屬于應用型，培養服務于社會經濟發展，能開展、參與技術服務或技術應用創新型的人才。應用型本科教育是一種注重能力培養的新教育類型，其以解決區域現實問題為目標，培養突出地方本質特征和特色、能力和素質全面協調發展，面向社會生產、建設、管理、服務一線的高級應用型人才[1-2]。

依據專業建設服務行業發展、質量價值體現經濟行業性的發展理念，2015年新疆農業大學（以下簡稱“我校”）農業機械化及其自動化專業構建基于專業認證的教學新體系，修訂課程教學大綱，將學生能力培養效果作為檢測教學質量的手段，實現區域特色經濟發展和應用型本科人才培養協調發展。學科團隊不斷加強教學、科研和技術推廣的聯系，促進產、學、研、推的結合，開發新產品，建設科技創新基地，形成以社會服務項目為引領、基地為載體、項目為紐帶、提升校企全方位融合為目標的穩定機制，向企業提供人才、技術和產品服務，確保區域農業經濟可持續發展、農業增產農民增收。

根據學院現有的教學、實驗條件，結合控制工程基礎課程內容和學生的學前基礎情況，為了使課程理論知識與實際工程實例有機結合，筆者對課程的教學和實驗內容、教學方法、考核評價方式等環節進行改革與研究，力求使學生博通與精專并舉、突出工程實踐專業能力的培養，滿足區域經濟發展對應用型本科人才的需求[3]。

一、基于能力培養的控制工程教學內容改革

近年來，隨著國家對大數據工程技術發展的重視，各種新的控制策略、方法不斷更新變化，為了適應國家現代農業發展對大數據研究與應用的需求，本課程對教學內容進行了增減，刪除陳舊的系統控制方法，增加了部分新的實驗、實踐內容和控制系統評價標準等。在課程內容的設置過程中，選拔學生代表積極參與教學內容的選擇，通過問卷調查、座談等方式，及時了解學生的學習動態、調整教學內容和方法，重點講授學生感興趣的內容、與控制工程相關的社會熱點問題，激發學生的學習潛力、調動學生的學習熱情[4]。例如在2018年的教學中增加了溫度控制系統，以冰箱溫度智能化控制為例，進行深入分析和總結，讓學生接觸真實的控制工程案例，拉近學生與控制工程課程的距離，培養學生探索控制系統的興趣，徹底改變以前學生學習控制工程基礎課程的狀況。

基于能力培養的控制工程課程注重實踐訓練，我校開設虛擬實驗軟件仿真和硬件控制系統仿真課程，增加工程實訓項目，以項目的形式讓學生完成課程內容的學習和拓展。另外，我校積極與企業溝通交流，將課堂理論教學與企業工程實踐有機融合，探索校企合作教學模式。由于控制工程課程的特殊性，對于沒有絲毫工程背景和工程基礎薄弱的學生來說，學習此課程的難度系數較高，課程要求學生具有較強的運算能力和計算機基礎知識。在這種情況下，亟須對課程進行教學實踐、探索與研究。可以利用新疆農業大學機電工程學院虛擬實驗室和MATLAB虛擬仿真軟件搭建虛擬實驗平臺和EL-AT-III型硬件平臺，以豐富教學內容、改善教學方法;可以通過開設工程實際案例實驗課程，培養學生自主學習、自主創新的能力。編寫實驗案例虛擬模擬控制理論和策略，理論與虛擬仿真相結合，以檢測理論計算是否正確，通過這樣的方式加深學生對課堂知識點的掌握程度，讓學生學會合理分析、評價大數據工程實踐和復雜工程問題解決方案。在有限的時間內使學生掌握理論知識，讓學生能夠熟練將所學知識運用到實際工程中，以解決具體的工程問題，通過這樣的方式來提升新工科應用型本科人才的培養質量。

二、控制工程課程教學方法改革與研究

（一）引導性內容教學研究與實踐

目前，新教育環境下控制工程基礎課程教學實踐與應用研究水平較低，不能充分調動學生的主觀能動性、不能很好地彌補教師課堂講授的不足，學生學習控制工程基礎課程的興趣不濃厚、理論知識掌握不扎實、動手操作和工程實踐能力較薄弱。為了改變控制工程基礎教學現狀，提升學生學習、探索的興趣，降低掛科率，教學團隊對其教學方法進行了改革與實踐。控制工程課程教學方法采用引導性內容教學，由導向式預習題、系統性課堂講授和實驗教學構成，充分調動學生的主觀能動性，幫助學生建立完整的知識體系。在課堂講授的過程中，每一章節均設置有教學內容導入環節，導入內容和學生的生活、學習息息相關，均為社會熱點問題，這能使學生眼前一亮、腦海里充滿疑問。然后教師再通過導入內容深入到課本內容，提升學生思考解決問題的方案、探索結論的興趣，讓學生主動參與課堂教學。

例如在講授第二章數學模型的過程中，在講授控制工程的運動微分方程之前，設置汽車液壓減振器為導入內容，以汽車液壓減振器為例，講解機械平移系統的控制分析方法、列寫微分方程的步驟、系統的設計及校正等內容，為講授機械旋轉系統、流體系統等微分方程的列寫奠定基礎。通過多媒體展示汽車液壓減振器的實物照片及視頻、觀看底盤調校實驗室的減振器阻尼曲線測試臺視頻資料，測出減振器速度特性曲線以及功率特性曲線，驗證理論分析的正確性，調整減振器關鍵部件的參數，提高減振器的工作性能。這對于那些沒有絲毫工程背景和工程基礎較薄弱的學生來說，他們也能聽懂、學會控制工程的相關知識點，能夠將理論知識應用到工程實例中，這能加深他們課堂知識點的掌握程度，讓他們合理設計分析、評價大數據工程實踐和復雜工程問題解決方案。

（二）項目導學法教學研究與實踐

以實際工程實例為學習內容，能激發學生主動學習的興趣，縮短學生知識轉化、應用的周期，讓學生提前適應企業控制工程項目的實施，提高學生的動手能力，讓學生逐步擺脫教師和課本的束縛，充分發揮自己的主觀能動性。在原有授課材料的基礎上增加學生課前、課后提問、答疑、反饋問題等環節，以培養學生主動獨立思考問題、解決問題的能力;增加課堂討論，利用混合式教學方法鼓勵學生發表自己的見解，能活躍課堂學習氣氛。控制工程課程教學效果的好壞取決于師生之間的積極性和互動性，學生積極性的高低和教學效果的好壞息息相關。可以加強專業基礎課程的拓展訓練，使教學內容更具實用性和針對性，在教授理論知識的同時注重學生實踐技能的提升。應在有限的時間內使學生掌握理論知識并讓學生將這些知識熟練運用到實際工程中，解決具體的工程問題，這樣才能培養掌握處理和解決大數據復雜工程問題的復合型人才，服務新疆經濟和社會發展。

結合新疆農業大學機電工程學院控制工程領域已有的產品和設備，針對實際控制工程實例類別進行實踐，如汽車減振器控制系統研究、冰箱溫度控制系統的搭建與分析、全向小車控制系統設計等，學生可以根據自己的愛好和特長選擇實際實踐項目，通過項目導學法模擬控制系統的設計、分析過程，通過完成實踐項目獲得實踐技能。此外，還可以多種形式（視頻、日常生活問題等）設置課前導入，根據學生已有的知識，提出不同的觀點并讓學生參與討論;通過搭建虛擬實驗平臺，將控制理論虛擬仿真實驗設置為主要學習內容，改變教學評價方式，注重學生的自主學習過程，理論與仿真模擬實驗相互結合、相互彌補。

針對農機化、機制專業的特點和培養要求，研究教學要點和教學特色，力求結構嚴謹、條理性強、豐富多彩;分析汽車液壓減振器系統、冰箱溫度控制系統、全向小車控制系統等案例，在課堂上讓學生組成小組積極討論，引發學生思索，調動學生學習的積極性。例如在2016級機化專業和機制專業中選拔15名學生，自由組成3隊，分別針對各組選擇的實踐項目開展分析和研究工作，教師全程跟蹤指導、答疑，指導學生順利完成實踐項目所要求的內容，最終召開控制工程實踐項目總結報告會，師生分享經驗、交流心得體會并對完成質量進行評價。

（三）校企合作教學模式研究與實踐

目前，我校的學生創新能力較弱，培養的學生與企業需求類型不匹配，人才培養模式亟待完善。在這種情況下，開展以學生為中心的教育理念和教育模式研究迫在眉睫，應探索新工科視域下多學科交叉、應用型創新人才培養模式，以應對產業需求的變化。在學校操作與實踐指導能力不足、企業理論性欠缺的背景下，只有加強校企合作才能更好地培養學生解決實際問題的能力。針對學生主動解決問題能力不足、企業與學校之間的管理理念存在差異等問題，應加強與企業的交流合作，積極與企業溝通交流，促進校企融合發展，探索人才培養體系、企業與學校的共同點，使學校與企業有機融合、聯合教學，共同培養具備扎實實踐能力的工程技術人才，為產業現代化發展培養應用型創新人才[5]。校企協同育人有效地實現了學生的個性化學習和發展，并能將學生努力學習的奮斗精神和精益求精的工匠精神納入日常教學活動中。加強教學、科研和技術推廣的聯系，促進產、學、研、推的結合，形成以社會服務項目為引領、基地為載體、項目為紐帶、提升校企全方位融合為目標的穩定運行機制，向企業提供人才、技術和產品服務，確保區域經濟可持續發展，農業增產農民持續增收。

目前，機制164班和機化152班的部分學生在新疆機械研究院股份有限公司實習，參與企業生產與管理、玉米聯合收獲機、辣椒收獲機等設備的研發，選擇液壓底盤控制系統、脫粒性能監測系統等項目。教師讓學生結合控制工程基礎課程內容進行實踐，理論聯系實際、教學結合生產，使學生的理論知識與企業生產實踐相結合，拓展學生的實踐操作能力，開發學生的創新思維，培養學生吃苦耐勞的精神，讓學生接受精益求精的工匠精神熏陶。學生提前熟悉企業生產模式和管理思維，這樣能培養學生綜合分析問題的理性思維能力，為學生后期就業和創業創造有利條件。校企合作教學模式能夠充分調動學生的積極性，讓學生掌握企業對學生專業知識的需求，尋求課堂理論教學與企業實踐教學的有機融合，因材施教、以學生為中心，關注行業發展現狀與趨勢，服務地方經濟的發展。

（四）團隊合作法教學研究與實踐

應用型本科人才更加注重對學生大局意識、團隊意識、合作交流能力的培養，讓學生發揮各自特長，完成共同的目標和任務。學生組員之間互幫互助、作業互判，通過相互討論初步提出解決問題的方案，學生間相互啟發、相互激勵、相互監督，充分發揮優秀學生的榜樣作用，讓優秀學生積極主動給其他學生講他們解不懂的問題，這能讓學習優秀者對知識點理解得更加透徹，還能更好地督促后進生按時完成作業，以此來鼓勵學生踴躍參與課堂教學活動，讓學生積極地投入到學習控制工程的課程中去，培養學生的團隊意識和合作精神[6]。

在實踐項目考核匯報環節，各小組以PPT的形式對項目實踐方案制定、實施情況及完成結果進行匯報。在匯報的過程中，不僅組長要匯報，小組成員也必須全部參與其中。在答辯的過程中，每個小組成員都必須回答師生的提問。為保證每個小組成員對項目的實施情況了如指掌，每個小組成員應發揮各自特長參與實踐項目的實施工作，融入團隊、跟隨團隊成員一起努力奮斗，最大化地實現個人價值。團隊合作的過程能提高學生的自信心，激發學生學習的動力，提升學生的管理能力和綜合素質。

三、控制工程課程考核方法改革與研究

學生學習效果考核標準和方式是評價教學效果的標尺。傳統實踐課程常采用撰寫實驗報告或實驗總結的形式進行考核，主要憑借實驗報告的好壞來決定實踐課程分數和等級的高低。項目導學教學實踐和校企合作教學模式的宗旨是通過實踐項目的訓練，使學生掌握綜合應用技能。項目導學教學實踐的考核不能僅僅憑借實驗報告的好壞來進行。項目導學教學實踐主要是培養學生自主學習、獲取知識、解決實際工程問題的能力;校企合作教學模式的考核主要依據企業給予學生的評價，以此來評定實踐成績。

參考文獻資料、結合控制工程基礎課程的特點，制定項目導學教學實踐的考核標準，其效果評價考核應貫穿于項目導學教學模式實施的全過程，重點是過程考核。控制工程課程考核采用多方位成績評價、建立項目導學模式學習效果評價體系：平時成績的評定包含考勤情況、課堂互動情況、問題討論及團隊合作能力等多個模塊，對學生能力進行全方位的綜合評價;實踐成績的評定包含企業給予學生的評價等級、項目實踐方案的制定和實施情況、團隊合作情況、實驗報告撰寫情況、匯報交流能力等綜合評價;考試成績的評定依據閉卷考試成績進行評價。

四、結語

應用型本科人才的核心是能力培養，應用型本科人才注重工程實踐能力的鍛煉。教師講授的理論知識與實踐課程相互補充、相互促進，工程控制實例可以吸引更多的學生愛上發明創造、愛上思考鉆研、愛上學習新的理論知識，將新的創意運用到實踐中去，這能培養學生的創新精神和團隊合作能力。學生在實踐中能獲取實踐技能、提升實踐能力，學生只有親自體驗，才會有新的提升，勇于實踐是大學生應具備的新技能。通過基于能力培養的控制工程課程教學改革研究，培養學生自主學習、獲取知識、解決實際工程問題的能力，讓學生接觸真實的控制工程實踐案例，拉近學生與控制工程課程的距離，徹底改變學生學習控制工程基礎課程的狀況。教學團隊不斷探索控制工程課程教學新理念、新結構、新模式、新質量和新體系，面向社會生產、建設、管理、服務一線持續輸入高級應用型人才，以應對新一輪科技革命和產業變革的挑戰。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 付澤民.材料成型及控制專業人才培養模式的探索與實踐[J].大學教育，2019（7）：150-152.

[2] 張鳳英，陳永楠，袁戰偉，等.“新工科”背景下材料類創新型人才培養模式探索：以長安大學材料科學與工程學院為例[J].大學教育，2019（6）：28-30.

[3] 劉光明，李大平.基于校企合作平臺探索應用型技術人才的培養途徑[J].大學教育，2018（5）：166-168.

[4] 趙楊.主動學習教學策略在控制工程基礎課程教學中的應用[J].大學教育，2017（7）：42-44.

[5] 朱榮濤，李海生.基于應用型創新人才培養的模塊式實踐教學體系構建：以過程裝備與控制工程專業為例[J].大學教育，2016（9）：140-143.

[6] 單隴紅，王凌浩，胡羽沫.基于MATLAB的教學改革研究：以“控制工程基礎”課程為例[J].工業和信息化教育，2019（8）：50-53.

[責任編輯：陳 明]