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摘要：在对机械专业“控制工程基础”课程理论教学与实践教学的改革实践中，改变了原有课堂教学中的课程内容安排，设定新的实例教学体系；在实践教学环节中，改变原有软件实验形式，添加实物实验，为学生创造实际系统实验条件，提高学生分析和解决问题的能力；在考核方式上进行改革，鼓励学生学习的积极性，总体改革收效良好。
关键词：控制工程基础；教学改革；实践教学；考核方法改革
作者简介：李泽（1983-），女，山西太原人，苏州科技学院电子与信息工程学院，讲师；杨歆豪（1983-），男，江苏苏州人，苏州大学机电学院，讲师。（江苏 苏州 215021）
基金项目：本文系苏州科技学院“控制工程基础”课程教学改革项目（项目编号：2010KJB-33）研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0109-02
“控制工程基础”是机械专业的专业基础课，是研究控制论在机械工程中应用的科学。这是一门跨控制论与机械工程技术理论领域的边沿学科，是解决机械工程中系统分析和设计的方法论。通过它学习运用控制论的基本原理及基本思想方法；分析、研究机械工程中有关信息的传递、反馈及控制，研究机电系统的动态及稳态性能。课程要求学生们掌握有关的基本理论，初步掌握系统设计、校正的方法，能够为学生们进一步从事有关知识的学习及机电控制问题的研究尊定基础，课程内容丰富，难度高。
由于该门课程不仅涉及到控制理论，还涉及到实验，内容较多。如何激发学生的学习兴趣是本课题研究的关键，为了在有限的学时中尽可能地引导学生入门，提高学生在理论分析和实践动手方面的能力，笔者从课程的理论教学、实践教学及课程改革等方面进行了一定的探索和研究。同时为了进行有效的课堂教学，鼓励学生主动学习，本文主要从传统教学方法中分析现有的问题，然后根据问题，提出解决方法及实施3年改革的成效与结果，以此证明改革的有效性。
一、 传统教学方法中存在的问题
1.传统理论授课分析
本课程传统课堂授课过程中，主要以教师为主，学生只是被动接受知识。授课教师从传递函数讲起，引出时域分析方法和频域分析方法，然后讲解根轨迹和控制系统的综合校正方法。这个授课过程和步骤比较适合于基础较好的学生，苏州科技学院（以下简称“本校”）本专业主要为本二及本三的学生开设，学生相对基础较弱。不仅如此，机械专业先修课程中的“复变函数”一课是考查课，不作为考试课，因此学生们对知识理解不够深入，对于空间的概念、变换的概念也没有完全建立起来。在这样的条件下，进行“控制工程基础”的理论授课，讲拉氏变换，讲空间，讲频域变换，学生们就普遍反映课程难学，听不懂。由此，上课睡觉的情况也逐渐增多，课堂纪律无法保证。面对这样的问题，针对本专业学生基础和特点，改革传统的授课方法及授课内容，迫在眉睫。
2.传统实验环节分析
本课程的传统实践环节一般进行MATLAB软件上机实验。MATLAB软件功能强大，可以进行控制系统相关的时域方法验证、频域方法验证，同时还可以针对控制系统让学生设计校正装置，被许多学校采用作为课程的实验环节软件。然而，对于本专业学生，由于学生的基础相对不好。经过2年的MATLAB上机实验，两届学生都反映用该软件上机效果不好，不够直观，虽然曲线做出来，是怎么回事还是不明白。学生反映就是在simulink里面用模块搭来搭去，在MATLAB里不停的写程序语言写m文件，而又由于学生的c语言基础不扎实，反而增加了学习的难度，降低了学习的兴趣。因此，在实践环节上，也需要构造和本专业学生契合的实践环节。
3.传统教学考核分析
传统课程的考核以闭卷考试作为考核手段，学生往往在期末突击复习。加上平时听课效果不能保证，所以期末集中学习的效果并不好，大部分学生的考试成绩总是集中在及格分数段，优秀的很少。基于这一点，应该寻找加强学生平时学习的方法，改革平时考核和期末考核的方法手段，尽最大可能让学生学到知识，考查学生的学习能力和对知识的掌握水平。
基于以上分析，针对本专业学生的特点，迫切需要寻找适合的理论教学方法、实践教学方法和考核方式。
二、教学改革具体措施
经过笔者的探索，“控制工程基础”课程的改革具体措施主要集中在以下几个方面：课堂教学方法，将实例教学与理论教学紧密结合；实践教学，将传统的MATLAB软件环境实验改为实物实验；将课程考核方式进行改革，不仅依靠期末卷面成绩，还加入平时环节，更加适用于本专业学生，具体手段措施如下。
1.探索理论教学方法
本校机械设计制造及其自动化专业的“控制工程基础”课程每周上4个课时，学期总的理论课时为64课时，实验10课时。在理论授课中，课程大纲中删掉了关于现代控制理论的一章内容。主要考虑到学生们理解能力有限，学习能力有限，面对内容繁多的经典控制理论的掌握不够扎实，讲解现代控制理论的内容，并不能起到为学生打造全局观的目的，反而占用了本来不多的课时。经过3年的实施，笔者将有限的课时数全部放在经典控制理论中，给学生讲清楚讲明白，事实证明比之前的教学效果显著。
同时，在教案和多媒体课件制作的过程中，添加了很多机械专业相关的实例和实际生活的实例，课程的每一个知识点都以实例引出。例如在引入传递函数，讲述控制系统的概念时候，由汽车驾驶方向盘转动引出反馈的概念，再根据淋浴器烧水给学生加深反馈控制的概念。在教学中大量加入机械实例，离心调速机、机器人关节、数控机床、自动导引车、柔性制造系统等等，让学生们认识到这门课不是空中楼阁似的理论，而是实实在在存在于专业中，存在于以后的工作中。授课的同时，鼓励学生多观察生活中的反馈控制应用实例，鼓励学生思索。曾经有学生主动提出问题“正反馈与负反馈有什么区别”，正是由于加入了大量的实例，教学氛围变好。 同时注意随时督促学生注意知识的连贯性，前后联系，随时复习前面的知识，把握整体。
2.实践教学的改革
本课程对实践教学环节进行改革，实验不仅采用MATLAB软件，同时将80%的实践内容放在实物实验中。学院为本课程购买了TKKL-4型控制理论/计算机控制技术实验箱，该实验箱上面包含有源电路、无源电路、电阻、电容等器件。学生根据指导手册自己构造控制系统，进行实验。因为有实际器件，相对于软件实验，学生普遍反映更加喜欢这种实验形式。
经过对比，20%的实验环节采用MATLAB软件让学生在电脑上操作，80%的实验环节采用TKKL-4实验箱操作，学生们表示课堂学到的知识可以通过实际动手操作联系起来，加深理解，更加喜欢实验箱的实物形式。
另一方面，以前的实验不分节。有的实验班级里优秀学生做好了，无事可做。其他学生偷懒直接拿u盘拷贝结果于电脑上，或者直接把实验板上的线原封不动挪到自己的实验板上，电气线的颜色都一模一样，以免抄错。
面对这样的情况，笔者对实践环节进行了改革。课程的题目设计遵循由简到繁的原则，以此帮助学生一步一步提高。让学生先解决简单问题，然后进行复杂问题的处理，锻炼学生分析问题解决问题的能力。
同时增加实践环节的开放性。在实验设计的时候，一个实验设计成几个小实验，给学生较为宽松的时间，先做完一个小实验，给老师检查，然后再做下一个小实验，再交给老师检查。小实验中设计必做实验和选做实验，选做实验给有能力的学生，发展他们的创造性。必做实验满足大部分学生的达标要求。
评分标准既有一定的基本要求，也体现尊重学生的原则，这样，在达到课程基本要求的同时有助于发挥学生的特点。同时，这样的实验设计能让所有学生的实验时间都充分利用起来，避免早早做完无事可做的现象。同时严禁学生实验时带u盘和手机等移动存储设备，全部放讲台保管，大大降低抄袭现象。
同时要充分照顾愿意学习，有能力学好的学生，将MATLAB软件仿真的结果放到课堂上，在讲授环节中加入利用MATLAB/simulink快速构建的模型进行分析和设计的例子。通过多媒体课件给学生讲解系统的控制，加强学习的目的性，给愿意学习的学生以直观的指导。
3.课程考核形式改革
本课程的考核形式采用平时成绩+实践成绩+期末卷面成绩综合的形式，避免期末考试失误而总评成绩不好的情况。
同时，加大平时成绩的比值。上课的时候以提问的形式计算平时成绩，取代以前以考勤和作业作为平时成绩的做法。因为考勤并不能起到督促学生学习的作用，本专业学生有时候存在这样的情况，虽然人坐在教室，但是上课睡觉根本不听讲。作业也是同样，学生不认真学习，就会出现一次跟不上，次次跟不上的情况。然后作业抄袭，严重者一个班作业只有一个版本或两个版本，根本起不到巩固课堂知识的作用。
采用提问的形式，学生必须面对站起来回答问题这一关，为了避免因答不上而平时成绩为0的情况，大部分学生都会提高注意力，仔细听讲，比写作业本要效果好。同时提问采取随机提问的方式，不按学号顺序，这样由于无法估计谁回答提问，所以可以进一步督促学生到课及听讲。
三、课堂和实验课教学效果
通过改革课堂的教学内容和实践教学内容，经过3年的实施，学生们在课堂上表现出了较大的兴趣，能够积极主动地进行思考。课程的实例让学生感到有兴趣，学生们愿意听，愿意做实验，反过来促进课堂上氛围，形成良性循环，实现“正反馈”。
到目前为止，接受课程改革的3届学生能够在教师的引导下，主动构建实验设计环节的实验内容，锻炼了动手能力和操作能力，能够主动查阅参考书目自学。在实验课上，形成了良好的竞争局面，学生们相互竞争，看谁更早做好选做实验，学习比从前更加积极主动，真正由“要我学”转变到“我要学”，改革效果显著。
总之，课程改革使学生在学习过程中极大地发挥了主体作用，提高了学生们的综合分析能力和创新能力。
参考文献：
[1]陈新民.应用型本科的课程改革：培养目标、课程体系与教学方法[J].中国大学教育，2011，（7）：27-30.
[2]朱利民，王明婓.关于高校《自动控制原理》课程改革的探索[J].甘肃科技，2010，26（8）：168-170.
[3]杨青，党选举，赵学军.“电力拖动自动控制系统”课程建设的改革与实践[J].中国电力教育，2013，（2）：76-77.
[4]张段芹，王辉.面向“卓越计划”的“控制工程基础”教学改革探索[J].中国电力教育，2013，（7）：72-73.
[5]尚锐，王宏祥，何勍，等.机械控制工程基础课网络教学研究[J].辽宁工业大学学报：社会科学版，2013，（3）：132-134.
[6]孙建伟，韩连英，关英俊.机械工程控制基础教材的改革研究[J].长春工业大学学报：高教研究版，2013，（2）：84-85.
（责任编辑：王意琴）
关键词：控制工程基础；教学改革；实践教学；考核方法改革
作者简介：李泽（1983-），女，山西太原人，苏州科技学院电子与信息工程学院，讲师；杨歆豪（1983-），男，江苏苏州人，苏州大学机电学院，讲师。（江苏 苏州 215021）
基金项目：本文系苏州科技学院“控制工程基础”课程教学改革项目（项目编号：2010KJB-33）研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0109-02
“控制工程基础”是机械专业的专业基础课，是研究控制论在机械工程中应用的科学。这是一门跨控制论与机械工程技术理论领域的边沿学科，是解决机械工程中系统分析和设计的方法论。通过它学习运用控制论的基本原理及基本思想方法；分析、研究机械工程中有关信息的传递、反馈及控制，研究机电系统的动态及稳态性能。课程要求学生们掌握有关的基本理论，初步掌握系统设计、校正的方法，能够为学生们进一步从事有关知识的学习及机电控制问题的研究尊定基础，课程内容丰富，难度高。
由于该门课程不仅涉及到控制理论，还涉及到实验，内容较多。如何激发学生的学习兴趣是本课题研究的关键，为了在有限的学时中尽可能地引导学生入门，提高学生在理论分析和实践动手方面的能力，笔者从课程的理论教学、实践教学及课程改革等方面进行了一定的探索和研究。同时为了进行有效的课堂教学，鼓励学生主动学习，本文主要从传统教学方法中分析现有的问题，然后根据问题，提出解决方法及实施3年改革的成效与结果，以此证明改革的有效性。
一、 传统教学方法中存在的问题
1.传统理论授课分析
本课程传统课堂授课过程中，主要以教师为主，学生只是被动接受知识。授课教师从传递函数讲起，引出时域分析方法和频域分析方法，然后讲解根轨迹和控制系统的综合校正方法。这个授课过程和步骤比较适合于基础较好的学生，苏州科技学院（以下简称“本校”）本专业主要为本二及本三的学生开设，学生相对基础较弱。不仅如此，机械专业先修课程中的“复变函数”一课是考查课，不作为考试课，因此学生们对知识理解不够深入，对于空间的概念、变换的概念也没有完全建立起来。在这样的条件下，进行“控制工程基础”的理论授课，讲拉氏变换，讲空间，讲频域变换，学生们就普遍反映课程难学，听不懂。由此，上课睡觉的情况也逐渐增多，课堂纪律无法保证。面对这样的问题，针对本专业学生基础和特点，改革传统的授课方法及授课内容，迫在眉睫。
2.传统实验环节分析
本课程的传统实践环节一般进行MATLAB软件上机实验。MATLAB软件功能强大，可以进行控制系统相关的时域方法验证、频域方法验证，同时还可以针对控制系统让学生设计校正装置，被许多学校采用作为课程的实验环节软件。然而，对于本专业学生，由于学生的基础相对不好。经过2年的MATLAB上机实验，两届学生都反映用该软件上机效果不好，不够直观，虽然曲线做出来，是怎么回事还是不明白。学生反映就是在simulink里面用模块搭来搭去，在MATLAB里不停的写程序语言写m文件，而又由于学生的c语言基础不扎实，反而增加了学习的难度，降低了学习的兴趣。因此，在实践环节上，也需要构造和本专业学生契合的实践环节。
3.传统教学考核分析
传统课程的考核以闭卷考试作为考核手段，学生往往在期末突击复习。加上平时听课效果不能保证，所以期末集中学习的效果并不好，大部分学生的考试成绩总是集中在及格分数段，优秀的很少。基于这一点，应该寻找加强学生平时学习的方法，改革平时考核和期末考核的方法手段，尽最大可能让学生学到知识，考查学生的学习能力和对知识的掌握水平。
基于以上分析，针对本专业学生的特点，迫切需要寻找适合的理论教学方法、实践教学方法和考核方式。
二、教学改革具体措施
经过笔者的探索，“控制工程基础”课程的改革具体措施主要集中在以下几个方面：课堂教学方法，将实例教学与理论教学紧密结合；实践教学，将传统的MATLAB软件环境实验改为实物实验；将课程考核方式进行改革，不仅依靠期末卷面成绩，还加入平时环节，更加适用于本专业学生，具体手段措施如下。
1.探索理论教学方法
本校机械设计制造及其自动化专业的“控制工程基础”课程每周上4个课时，学期总的理论课时为64课时，实验10课时。在理论授课中，课程大纲中删掉了关于现代控制理论的一章内容。主要考虑到学生们理解能力有限，学习能力有限，面对内容繁多的经典控制理论的掌握不够扎实，讲解现代控制理论的内容，并不能起到为学生打造全局观的目的，反而占用了本来不多的课时。经过3年的实施，笔者将有限的课时数全部放在经典控制理论中，给学生讲清楚讲明白，事实证明比之前的教学效果显著。
同时，在教案和多媒体课件制作的过程中，添加了很多机械专业相关的实例和实际生活的实例，课程的每一个知识点都以实例引出。例如在引入传递函数，讲述控制系统的概念时候，由汽车驾驶方向盘转动引出反馈的概念，再根据淋浴器烧水给学生加深反馈控制的概念。在教学中大量加入机械实例，离心调速机、机器人关节、数控机床、自动导引车、柔性制造系统等等，让学生们认识到这门课不是空中楼阁似的理论，而是实实在在存在于专业中，存在于以后的工作中。授课的同时，鼓励学生多观察生活中的反馈控制应用实例，鼓励学生思索。曾经有学生主动提出问题“正反馈与负反馈有什么区别”，正是由于加入了大量的实例，教学氛围变好。 同时注意随时督促学生注意知识的连贯性，前后联系，随时复习前面的知识，把握整体。
2.实践教学的改革
本课程对实践教学环节进行改革，实验不仅采用MATLAB软件，同时将80%的实践内容放在实物实验中。学院为本课程购买了TKKL-4型控制理论/计算机控制技术实验箱，该实验箱上面包含有源电路、无源电路、电阻、电容等器件。学生根据指导手册自己构造控制系统，进行实验。因为有实际器件，相对于软件实验，学生普遍反映更加喜欢这种实验形式。
经过对比，20%的实验环节采用MATLAB软件让学生在电脑上操作，80%的实验环节采用TKKL-4实验箱操作，学生们表示课堂学到的知识可以通过实际动手操作联系起来，加深理解，更加喜欢实验箱的实物形式。
另一方面，以前的实验不分节。有的实验班级里优秀学生做好了，无事可做。其他学生偷懒直接拿u盘拷贝结果于电脑上，或者直接把实验板上的线原封不动挪到自己的实验板上，电气线的颜色都一模一样，以免抄错。
面对这样的情况，笔者对实践环节进行了改革。课程的题目设计遵循由简到繁的原则，以此帮助学生一步一步提高。让学生先解决简单问题，然后进行复杂问题的处理，锻炼学生分析问题解决问题的能力。
同时增加实践环节的开放性。在实验设计的时候，一个实验设计成几个小实验，给学生较为宽松的时间，先做完一个小实验，给老师检查，然后再做下一个小实验，再交给老师检查。小实验中设计必做实验和选做实验，选做实验给有能力的学生，发展他们的创造性。必做实验满足大部分学生的达标要求。
评分标准既有一定的基本要求，也体现尊重学生的原则，这样，在达到课程基本要求的同时有助于发挥学生的特点。同时，这样的实验设计能让所有学生的实验时间都充分利用起来，避免早早做完无事可做的现象。同时严禁学生实验时带u盘和手机等移动存储设备，全部放讲台保管，大大降低抄袭现象。
同时要充分照顾愿意学习，有能力学好的学生，将MATLAB软件仿真的结果放到课堂上，在讲授环节中加入利用MATLAB/simulink快速构建的模型进行分析和设计的例子。通过多媒体课件给学生讲解系统的控制，加强学习的目的性，给愿意学习的学生以直观的指导。
3.课程考核形式改革
本课程的考核形式采用平时成绩+实践成绩+期末卷面成绩综合的形式，避免期末考试失误而总评成绩不好的情况。
同时，加大平时成绩的比值。上课的时候以提问的形式计算平时成绩，取代以前以考勤和作业作为平时成绩的做法。因为考勤并不能起到督促学生学习的作用，本专业学生有时候存在这样的情况，虽然人坐在教室，但是上课睡觉根本不听讲。作业也是同样，学生不认真学习，就会出现一次跟不上，次次跟不上的情况。然后作业抄袭，严重者一个班作业只有一个版本或两个版本，根本起不到巩固课堂知识的作用。
采用提问的形式，学生必须面对站起来回答问题这一关，为了避免因答不上而平时成绩为0的情况，大部分学生都会提高注意力，仔细听讲，比写作业本要效果好。同时提问采取随机提问的方式，不按学号顺序，这样由于无法估计谁回答提问，所以可以进一步督促学生到课及听讲。
三、课堂和实验课教学效果
通过改革课堂的教学内容和实践教学内容，经过3年的实施，学生们在课堂上表现出了较大的兴趣，能够积极主动地进行思考。课程的实例让学生感到有兴趣，学生们愿意听，愿意做实验，反过来促进课堂上氛围，形成良性循环，实现“正反馈”。
到目前为止，接受课程改革的3届学生能够在教师的引导下，主动构建实验设计环节的实验内容，锻炼了动手能力和操作能力，能够主动查阅参考书目自学。在实验课上，形成了良好的竞争局面，学生们相互竞争，看谁更早做好选做实验，学习比从前更加积极主动，真正由“要我学”转变到“我要学”，改革效果显著。
总之，课程改革使学生在学习过程中极大地发挥了主体作用，提高了学生们的综合分析能力和创新能力。
参考文献：
[1]陈新民.应用型本科的课程改革：培养目标、课程体系与教学方法[J].中国大学教育，2011，（7）：27-30.
[2]朱利民，王明婓.关于高校《自动控制原理》课程改革的探索[J].甘肃科技，2010，26（8）：168-170.
[3]杨青，党选举，赵学军.“电力拖动自动控制系统”课程建设的改革与实践[J].中国电力教育，2013，（2）：76-77.
[4]张段芹，王辉.面向“卓越计划”的“控制工程基础”教学改革探索[J].中国电力教育，2013，（7）：72-73.
[5]尚锐，王宏祥，何勍，等.机械控制工程基础课网络教学研究[J].辽宁工业大学学报：社会科学版，2013，（3）：132-134.
[6]孙建伟，韩连英，关英俊.机械工程控制基础教材的改革研究[J].长春工业大学学报：高教研究版，2013，（2）：84-85.
（责任编辑：王意琴）