龐曉旭 韓建海 邱明 仲志丹

摘 要 針對(duì)控制工程基礎(chǔ)課程存在的理論基礎(chǔ)強(qiáng)、內(nèi)容抽象、學(xué)時(shí)短、涉及多學(xué)科知識(shí)且僅注重理論教學(xué)等特點(diǎn)，在分析如何讓學(xué)生明白控制工程基礎(chǔ)是干什么的，如何結(jié)合實(shí)際以及怎么學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，探討以項(xiàng)目教學(xué)為主線，以案例教學(xué)為輔，引入控制技術(shù)前沿及科研技術(shù)難題，探索教—學(xué)互換教學(xué)模式的教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，讓學(xué)生具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞 控制工程基礎(chǔ)；項(xiàng)目教學(xué)；案例教學(xué)；教學(xué)改革；教—學(xué)互換教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）12-0089-03

1 引言

控制工程基礎(chǔ)是以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要研究單輸入、單輸出和系統(tǒng)三者之間動(dòng)態(tài)關(guān)系，是現(xiàn)代控制理論和智能控制理論的基礎(chǔ)課。課程涉及高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)、電工電子等，理論知識(shí)強(qiáng)且多，內(nèi)容比較抽象且涉及面廣等[1]，因此，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)非常困難。隨著河南科技大學(xué)寬基礎(chǔ)教學(xué)模式的改革，課程課時(shí)量減少，教師很難全面系統(tǒng)地對(duì)課程進(jìn)行全方位講授，且傳統(tǒng)上只注重理論教學(xué)，實(shí)踐環(huán)節(jié)相對(duì)占比重較少；甚至由于學(xué)時(shí)有限的原因，教師僅講授公式定理，導(dǎo)致學(xué)生只知其然而不知其所以然，僅會(huì)使用公式進(jìn)行考試。這就造成學(xué)生對(duì)課程的了解僅限于表面，不了解學(xué)習(xí)這門課的目的是什么，具體如何運(yùn)用，更難以利用所學(xué)知識(shí)有效解決工程實(shí)際問(wèn)題，因此大大減弱了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣及參與度。

隨著教育國(guó)際化的發(fā)展，加入工程教育國(guó)際互認(rèn)《華盛頓協(xié)議》，不僅可以提高我國(guó)工程教育質(zhì)量，而且有利于提高我國(guó)本科生在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。河南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)于2016年通過(guò)中國(guó)工程教育協(xié)會(huì)的認(rèn)證，這標(biāo)志著該專業(yè)的本科畢業(yè)生可以得到國(guó)際上的認(rèn)可。為了與工程教育培養(yǎng)目標(biāo)一致，滿足工程教育的畢業(yè)要求，需對(duì)控制工程基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)改革。本文以項(xiàng)目教學(xué)為主線，案例教學(xué)為輔，控制技術(shù)前沿及科研技術(shù)難題為引導(dǎo)，實(shí)施教—學(xué)互換教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生參與度，進(jìn)而達(dá)到提高學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)目的，增強(qiáng)學(xué)生國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

2 加強(qiáng)緒論的講授，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

控制工程基礎(chǔ)是一門理論基礎(chǔ)課，很多學(xué)生接觸到這門課的第一感覺(jué)是不知道它是干什么的，甚至學(xué)完后依然不明白其有何實(shí)際用處，因此會(huì)在茫然中開(kāi)始學(xué)習(xí)，混沌中結(jié)束學(xué)習(xí)，當(dāng)然不會(huì)有興趣學(xué)習(xí)這門課[2]。在首次課講授時(shí)，教師首先要讓學(xué)生明白這門課是干什么的，有何實(shí)際用處，如何與工程實(shí)際相結(jié)合。這就要求教師必須重視緒論課的講授，要重點(diǎn)突出控制在機(jī)械工程領(lǐng)域的重要性，可以通過(guò)由易到難工程實(shí)例、由低端設(shè)備到高端設(shè)備自動(dòng)控制、由古到今控制理論的運(yùn)用等方面和學(xué)生一起分享，讓學(xué)生感受到控制的重要性及實(shí)際運(yùn)用；同時(shí)可以列舉國(guó)際控制技術(shù)前沿和科研難題以及國(guó)內(nèi)還存在的差距等，以此來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)控制的激情，如可以講授空調(diào)制冷系統(tǒng)控制、天宮一號(hào)的精準(zhǔn)對(duì)接、機(jī)器人的快速反應(yīng)、古代指南車發(fā)明等。通過(guò)緒論課的教授，要讓學(xué)生明白這門課是干什么的，有何實(shí)際用處，作用的重要性，以及現(xiàn)在還存在什么樣的難題亟待解決等，他們自然會(huì)提高學(xué)習(xí)這門課的興趣及激情。

3 以項(xiàng)目教學(xué)為主線，增加學(xué)生參與度，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作及自學(xué)能力

項(xiàng)目教學(xué)就是以某個(gè)特定工程實(shí)際項(xiàng)目的研究貫穿于整個(gè)講授過(guò)程，是基于項(xiàng)目的教與學(xué)的教學(xué)模式[3-4]。項(xiàng)目教學(xué)可以很好地實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)緊密結(jié)合，課堂上以理論儲(chǔ)備為主，課下用理論知識(shí)來(lái)解決工程實(shí)際項(xiàng)目。如針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)施“直流電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”項(xiàng)目教學(xué)，要求學(xué)生通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的研究，學(xué)習(xí)直流電機(jī)速度和位置控制系統(tǒng)的建模方法、一階系統(tǒng)分析、二階系統(tǒng)分析、誤差分析、頻率響應(yīng)分析，以及根據(jù)分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正設(shè)計(jì)。以該項(xiàng)目為主線，貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，學(xué)生可以根據(jù)教師教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行項(xiàng)目研究，也可以根據(jù)自己情況通過(guò)自學(xué)進(jìn)行項(xiàng)目研究。該項(xiàng)目教學(xué)主要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、撰寫報(bào)告能力以及表達(dá)能力等。

以河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)自卓越班為例，全班30人共分為六個(gè)小組，每個(gè)小組領(lǐng)取項(xiàng)目指導(dǎo)書。項(xiàng)目小組內(nèi)人員分工由項(xiàng)目小組自行商定，根據(jù)項(xiàng)目指導(dǎo)書以團(tuán)隊(duì)協(xié)作形式進(jìn)行項(xiàng)目研究。在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，指導(dǎo)教師對(duì)每個(gè)小組進(jìn)行考核，考核內(nèi)容包括研究報(bào)告撰寫、PPT制作匯報(bào)、項(xiàng)目創(chuàng)新程度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等，并根據(jù)項(xiàng)目研究情況給出考核成績(jī)，計(jì)入總成績(jī)。通過(guò)項(xiàng)目教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生參與度，進(jìn)而提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

4 以案例教學(xué)為輔，拓展學(xué)生解決問(wèn)題能力

創(chuàng)新意識(shí)及能力的培養(yǎng)并不一定要?jiǎng)?chuàng)造出新的事物等，更要求學(xué)生具有舉一反三、觸類旁通、綜合知識(shí)運(yùn)用的能力。在以項(xiàng)目教學(xué)為主線的情況下，同時(shí)進(jìn)行多種案例教學(xué)，不僅可以拓展學(xué)生知識(shí)面，更可以提高學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力。只有見(jiàn)過(guò)并做過(guò)一定的設(shè)計(jì)實(shí)例，才能積累一定的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備，這樣學(xué)生才有更大更多的信心去創(chuàng)新。

案例教學(xué)（case-based teaching）是以工程實(shí)例講授為輔助的教學(xué)法，有助于培養(yǎng)和提高學(xué)生主動(dòng)參與課堂討論[5]的興趣。案例教學(xué)具有以下特點(diǎn)。

1）案例是為教學(xué)目標(biāo)服務(wù)的，因此，案例應(yīng)具有一定的代表性，具有觸類旁通的作用；且應(yīng)該來(lái)源于工程實(shí)際或科研課題等，要與所講授的理論知識(shí)有直接的聯(lián)系，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，更好地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2）案例教學(xué)要客觀生動(dòng)、圖文并茂，具有吸引人的特點(diǎn)?？刂乒こ袒A(chǔ)是理論基礎(chǔ)課，理論知識(shí)比較多，容易造成學(xué)生課堂上注意力不集中甚至玩手機(jī)或打瞌睡。因此，要求案例不僅僅是一堆數(shù)據(jù)羅列、公式推導(dǎo)等，要盡可能地采用動(dòng)畫、曲線、仿真模型等對(duì)案例進(jìn)行生動(dòng)分析和討論，最好是經(jīng)過(guò)教師認(rèn)真編排的生動(dòng)的工程實(shí)際案例。

3）案例應(yīng)該多樣化。案例教學(xué)旨在讓學(xué)生加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。案例的多樣化不僅可以增加學(xué)生的知識(shí)面，而且可以拓展學(xué)生的思維。

案例教學(xué)以其直觀生動(dòng)的特點(diǎn)，可以很大程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)，促進(jìn)師生共同進(jìn)步。如在教學(xué)過(guò)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(jìn)行系統(tǒng)校正，以及如何通過(guò)系統(tǒng)的校正來(lái)解決平衡車所涉及的控制工程基礎(chǔ)中穩(wěn)準(zhǔn)快的特點(diǎn)。

5 讓學(xué)生參與教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教—學(xué)互換，提高綜合素質(zhì)

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求教學(xué)以學(xué)生為中心。傳統(tǒng)上教學(xué)一般以教為主，其實(shí)教學(xué)是一種教師和學(xué)生的雙邊互動(dòng)行為，雙方要有及時(shí)的溝通和對(duì)話[6]。傳道授業(yè)解惑是為學(xué)習(xí)而存在，更是為學(xué)習(xí)服務(wù)的，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。因此，改變傳統(tǒng)以教師為主體的教學(xué)方式，讓學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一定程度的教—學(xué)互換，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及主動(dòng)性。

為此，教師可預(yù)先布置1～2個(gè)知識(shí)點(diǎn)、某個(gè)例題或者學(xué)生自己總結(jié)的案例等，如二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)、方框圖的簡(jiǎn)化方法或例題、伯德圖的繪制方法或例題等，讓學(xué)生自行學(xué)習(xí)，并將下次課的前10分鐘留給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生自己來(lái)講授該知識(shí)點(diǎn)、例題或自己總結(jié)的案例等。教師對(duì)講授的內(nèi)容進(jìn)行積極評(píng)判，對(duì)暴露的問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)充，激發(fā)學(xué)生積極思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的成就感，進(jìn)而提高控制工程基礎(chǔ)的教學(xué)質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

控制工程基礎(chǔ)理論性強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)多，具有多學(xué)科集成、聯(lián)系實(shí)際緊密等特點(diǎn)。當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)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(xué)方法及教學(xué)手段，以適應(yīng)社會(huì)的快速發(fā)展。面對(duì)新的形勢(shì)，教師應(yīng)該主動(dòng)探索、積極改革，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌安排、凝練總結(jié)，理清課程知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，把握課程總體進(jìn)度，循序漸進(jìn)、積極引導(dǎo)，結(jié)合控制工程當(dāng)前的前沿技術(shù)和科研技術(shù)難題，采用以項(xiàng)目教學(xué)為主，案例教學(xué)為輔，教—學(xué)互換教學(xué)模式穿插其中的教學(xué)方法，在豐富課堂教學(xué)方法和教學(xué)手段的同時(shí)，增加創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及參與度。

通過(guò)教學(xué)改革，不僅可以提高教學(xué)質(zhì)量，更有助于把學(xué)生培養(yǎng)成基礎(chǔ)理論扎實(shí)、知識(shí)面寬、綜合素質(zhì)能力強(qiáng)、具有一定創(chuàng)新能力的高級(jí)技術(shù)人才，在工程教育國(guó)際化的形勢(shì)下，也有助于學(xué)生參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，提高學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)對(duì)促進(jìn)高等教育綜合素質(zhì)的培養(yǎng)具有重要意義。

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