【教改创新】 《控制工程基础》课程教学的改革探索 王晓梅 （重庆科技学院机械与动力工程学院，重庆４０１３３１） 摘要：本文简要介绍了《控制工程基础》课程的特点、性质及其在传统教学过程中存在的弊端。为改善其教学 效果，提高教学质量，详细阐述了在《控制工程基础》课程教学方法、教学手段、教学内容、实验教学、考核方式等方 面的教学改革探索与实践。 关键词：控制工程基础；教学方法与手段；教学内容；实验教学；教学改革 中图分类号：Ｇ６４２．０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—９３２４（２０１２）０２—００２５—０２ 《控制工程基础》是机械电子工程本科专业一门重 控制原理进行系统分析，并激励学生在课外运用“测偏 要的专业基础课，它以控制理论为基础，研究在工程实 与纠偏”的反馈控制原理大量分析生活与生产实践中 践基础上抽象出来的问题，这些问题均是分析与设计 各种熟悉的控制系统工作原理，在大量消化吸收各种 控制系统的共性问题，不仅为后续机电类课程的学习 控制系统巧妙设计思路的基础上不断培养学生进行系 提供理论基础，而且为学生运用控制理论的基本原理 统设计的创新思维。又例如，很多学生在接触超调量与 和思想方法解决机电工程中的实际技术问题奠定了基 调整时间等概念时，始终觉得很抽象与枯燥。针对这种 础，对工程实践具有重要的指导意义。但是，由于该课 现象，启发学生在学习相关知识点之前，讨论自己对乘 程理论性强，涉及数学、力学、电学、ＭＡＴＬＡＢ软件应用 坐不同类型汽车的感受，然后引导学生认识汽车的性 以及机械工程等方面的知识，信息量大、概念比较抽 能与乘车时感觉是否平稳以及颠簸之后恢复平稳的时 象。传统教学过程中缺少分析与应用的工程实际对象 间长短密切有关，而这些性能均可通过控制理论中超 与载体，缺乏学习支点，很难提高学生的学习主动性与 调量Ｍｐ与调整时间ｔｓ来进行量化分析与设计。另外，在 学习兴趣，束缚了学生思维的发展，不能很好地引导学 教学中，注意从回忆旧知到逐渐引入新知，以帮助学生 生学以致用，也少有机会引导学生学会独立思考，以致 建立起连贯、整体的概念，教师要及时归纳总结教学内 在学生的知识应用能力、综合分析能力与创新能力的 容，帮助学生全面把握相关知识点。 培养上有很大的弊端。 为了提高《控制工程基础》课程教学质量，笔者在 ｆ稳鸯性能：稳态精度——稳态误麓‰ 该课程的教学方法、教学手段、教学内容、实验教学、考 时问响应分析１ ｒ相对稳定性——最大超谰最埘， 核方式等方面进行了多年的探索与实践，教学效果有 瞬痊性 ｛ ｒ上升时问 了不断的改善。本文就取得的教学经验做一简要的归 响虚的快速性｛蜂值时间 纳与总结。 ｛、 景缝的分析 调热时闽＆ 一、探索教学方法，激发学生兴趣 ｒ零颡幅德 。） 该课程传统的课堂教学方法以教师单向讲授为 ｆ稳主。学生在课堂中大多处于被动接收的状态。如何提高 ｌ 态性能 稳态精度ｔ蔓现带宽壤翠 频率特性分析＜ 学生的学习兴趣，增强学习主动性，对于提高教学质量 ｌ ｝ ｆ相对椽定性——谐摄峰值坞 显得尤为重要。在该课程的教学改革探索中，积极采用 瞬巷性能 ｒ谐振频率 启发与互动式教学方法贯穿整个教学过程。例如在讲 响】叟的快遗性 搬止频率 到控制系统与非控制系统的概念时，启发学生思考在 熙１系统分析方法及其性能指标 日常生活与生产实践中自己所熟悉系统（如电扇、空 调、饮水机、洗衣机、搅拌机、数控机床进给系统等）的 二、丰富教学手段，提高教学质量 类型．并用讨论的方式让学生讲述各种系统的工作目 丰富的教学手段也是提高教学质量、实现教学目 的与实现的方式，最后教师进行点评与归纳。这样启发 的的重要方法。根据《控制工程基础》课程的特点，在长 与互动式教学极大地调动了学生的学习积极性，并将 期的教学实践中总结体会到，多媒体课件与ＭＡＴＬＡＢ仿 相关知识点与实践应用很好的结合。再例如在讲到反 真技术相配合，并配以适当的传统板书教学手段是一 馈控制系统工作原理时，首先启发学生用自己的感性 种较理想的方案。利用多媒体课件教学手段，使课堂教 思维分析日常生活中抽水马桶的工作过程与原理，然 学更加生动、形象、直观，信息量大大增加。如在讲到控 后引导学生结合教材上提到的液面自动调节器的反馈 制理论是目前最实用最有发展前途的理论之一，用传 一２５— 【教改创新】 统的教学手段很难展现与引导学生理解，而在多媒体 课件教学中配以大量的控制理论在工业、农业、日常、 新意识和思维能力的训练，为学生提供充分发展个性 和施展才能的机会。实验中利用机电专业实验室现有 道路交通、军事与高科技等领域应用的图片、视频材 料，会很轻松地让学生认识到自动控制对国家发展的 深远影响与重要作用，从而有效激发了学生的学习兴 的ＸＹＴ．作平台，在该平台上开设一个闭环控制系统的 实验，理解系统的组成，掌握ＰＩＤ控制参数的含义与正 确用法，学生编写ＰＩＤ控制算法，在ＸＹ 作台上开展实 趣与主动性。在《控制工程基础》的时域分析法中常常 需要绘制时间响应曲线进行分析，在频域分析法中需 验，同时利用￣ＡＴＬＡＢ软件对该闭环控制系统进行建模 和仿真，在仿真曲线中分析ＫＰ、ＫＩ、ＫＤ各参数ｘ４ｘＹ１ 作 平台运动控制系统性能的影响，是学生真正理解了闭 环控｛￣１］ＰＩＤ算法，通过使用时机机电系统与ＭＡＴＬＡＢ软 件仿真结合来理解与掌握ＰＩＤ控制，不仅加深了学生对 要绘制Ｂｏｄｅ图和Ｎｙｑｕｉｓｔ图分析系统，传统手Ｔ绘图方 法耗时较长，且不准确，分析的结果可靠性不足，鉴于 此，在《控制工程基础》中引入ＭＡＴＩ ＡＢ仿真软件作为教 学Ｔ具，采用ＭＡＴＬＡＢ语言只需几条简单指令就可得到 相应分析图形，同时能方便地观察参数的变化对控制 系统稳定性、动态特性的影响，提高了教学效率和效 果。但在《控制工程基础》课程中，对于一些理论性较强 的数学推导与公式，以及习题解答这样的教学内容，采 控制理论知识的掌握，并使其学以致用，极大凋动了学 生的学习兴趣。 四、改革考核方式，合理评价机制 在理论课程学习中，考核方式一直是教学模式和 方法的指挥棒，长期以来，仅凭期末考试一张试卷来评 用传统的黑板板书推导，用循序渐进的方式边推导边 讲解，学生更容易理解与接受。因此，在教学过程中，针 对不同的教学内容特点，将现代与传统教学手段结合 起来，可以使课堂教学更加科学合理。 三、优化教学内容。加强实验教学 价学生的学习情况是导致应试教育的根源，在面向素 质教育，培养工程应用型人才的今天，课程考核方式的 改革也是影响教学效果的一个重要环节。为了强调与 加强学生综合素质与能力的培养，合理评价学生的学 习过程与效果，笔者在《控制工程基础》的考核方式上 进行了必要的改革，将考核成绩分为平时作业成绩、实 验成绩、考试成绩。其中每次平时作业老师都认真评 合理编排和及时更新教学内容，保持课堂内容的 先进性是教学改革的重要举措。通过《控制工程基础》 的课堂教学，主要培养学生学会运用控制理论的基本 原理和思想方法，掌握用系统的、反馈的、控制的方法 来分析研究工程实际问题。在课堂教学内容的选取上， 始终把握以“数学模型”为基础，以“基本性能要求”（稳 定性、快速性、准确性）为灵魂，以分析为前提，树综合 阅，发现作业抄袭者给以０分，并进行警告与教育，平时 作业成绩占总分的１５％；实验成绩根据实验考勤、实验 态度、动手能力、创新能力、实验报告等来综合评分，实 验成绩占总分的２０％；考试采用开卷考试方式，避免学 生花大量时间死记硬背公式与定义，试题以主观应用 型题目为主，着重考核学生对知识的深入理解与灵活 设计为目标的精神，课堂教学内容重点放在控制理论 的基本概念、线性定常系统数学模型、时间响应分析、 频率特性分析、稳定性分析及系统性能校正几部分。但 实际应用中，大多数系统是非线性的，所以对机械电子 系统中常见的非线性关系，对非线性系统的线性化处 应用，考试成绩占总分的６５％。 五、结束语 教学改革的目的是提高教学效果，培养学生学习 的主动性与积极性，从而达到培养学生提出问题、分析 问题、解决问题的能力，培养学生的创新意识和创新能 理方法等仍要讲透，而对线性离散系统分析以及系统 辨识等内容只做概括性的总体阐述。另外，由于ＰＩＤ控 力。笔者在长期的《控制工程基础》教学中不断总结教 学经验，坚持进行教学改革，教学质量得到了持续改 善，适应对工程应用型人才的培养需求。 参考文献： 【１】周先辉．面向３－程能力培养的《机械．７－程控制基础》课程教 学方法探索Ｕｊ．高教论坛，２０１０，（（）１）：８１—８３． 【２１刘建群“机械工程控制基础”课程教学改革的思考与实践 制在工业控制系统中应用非常广泛，所以在教学内容 中加大了对ＰＩＤ调节器原理与应用的讲解，不仅讲授Ｐ、 Ｉ、Ｄ各参数的作用及参数自整定方法，而且存实验环节 中让学生亲手搭建ＰＩＤ调节器，基本熟悉ＰＩＤ调节器参 数调节方法及工程应用。《控制丁程基础》课程理论性 较强，利用实验教学使学生强化理论知识的深入理解 与把握就显得尤为重要，而且实践教学不仅是对理论 知识的验证，更是培养学生实验技能、基本科研能力和 创新能力的重要环节。根据《控制工程基础》课程特点， 采用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真Ｔ具进行该课程的实验 …．广东工业大学学报（社会科学版），２００６，（ｓ１）： 【３１郑明军，刘希太，王海花《机械控制工程基础》课程教学改 革研究与实践【）１．中国科技信息，２００９，（０６）：２５７—２５８． １４］梁康养，张世亮，施锡鹏．Ｍａｄａｂ在《机械工程控制基础》实验 教学中的应用【ｌ１．广西轻工业，２（）０９，（１２）：３５—３６． 教学。一般安排４～６个实验，涉及典型环节的阶跃响应、 二阶系统阶跃响应及其性能分析、系统稳定性分析、系 统频率特性测试、系统校正、ＰＩＤ调节器等课程重点内 容，其Ｏ０ＰＩＤ调节器实验为设计性实验，更注重学生创 ２６—— 作者简介：王晓梅（１９７２一），女，硕士，讲师，研究方 向：测控技术，数控技术。
