建设具有行业特色的《控制工程基础》课程研究与探索
摘要：控制工程基础是电子信息工程专业的基础课，是从事控制类研究的基础，具有知识点多和理论性强的特点。以往的教学模式往往注重理论性和内容的系统性，导致该课程理论与实践相脱节，教学内容也受到所选教材的局限而更新缓慢，进而产生教学内容单一化、学生学习吃力、教师讲解费力等问题。文章引入一系列新的方法和手段，同时在教学内容上兼顾学校的行业特色，充分考虑煤炭行业对电子信息工程专业中自动控制技术的需求，开展教学内容、教学方法、教学手段、教材、实验和课程设计的改革，取得了一定的成果。
关键词：控制；自动化；教学方法；改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）12-0142-02
一、目的
控制工程基础是电子信息工程专业的基础课，是从事控制类研究的基础，具有知识点多和理论性强的特点[1]。由于是专业基础课程，教学内容相对稳定，以往的教学模式往往注重理论性和内容的系统性，导致该课程理论与实践相脱节，教学内容也受到所选教材的局限而更新缓慢，进而产生教学内容单一化、学生学习吃力、教师讲解费力等问题。
本文在总结已往教学经验的基础上，注重引入一系列新的方法和手段，同时教学内容要兼顾学校的行业特色，充分考虑煤炭行业对电子信息工程专业中自动控制技术的需求，与实际问题结合进行讲授，尽量做到深入浅出，注重培养学生运用控制理论解决控制工程问题的能力。
二、教学改革创新方法
1.教学内容改革。《控制工程基础》课程是一门理论与实践并重，工程性、综合性、方法性、实践性很强的课程。从优化课程设置总体的角度出发，对课程体系进行改革，确立了以系统分析、系统建模、系统综合为控制工程基础课程的主线，构建了由时域分析、复域分析、频域分析、系统校正4个模块构成的知识体系。
对教学内容改革，以突出控制理论的物理概念及工程背景，淡化数学证明为原则，在现有的基础上，继续整合、优化课程内容，进一步明确课程体系结构、组织方式，理顺本课程和相关课程的知识联系；进一步完善课程教学大纲和实验大纲，使教学内容能够为培养学生的创新能力服务。
在教学内容上，注意突出煤炭行业特色，体现控制理论在煤炭行业中的应用。通过讲座的形式向学生介绍自动控制发展的最新动向、最新技术，弥补在课堂教学时数的限制与教材的滞后等方面的不足。
（1）以系统建模、系统分析和综合设计为课程主线，强调工程背景。控制工程基础是一门理论性、实践性和综合性强的课程，内容多，概念抽象，涉及面广，学生普遍感到有一定的难度。采用的教学思路是：从课程的体系出发，以系统建模→系统分析→综合设计作为课程主线，强调煤炭工程背景，突出能力的培养。数学模型是描述系统内部各物理量（或变量）之间关系的数学表达式，建立一个合理的模型是系统分析和设计的前提。系统分析方法是控制系统综合设计的基础，这部分的内容主要包括时域分析法、根轨迹法、频域响应法，是控制理论教学的重点[2，3]。系统设计是综合利用理论知识使系统的性能指标全面满足要求的过程，对培养学生的分析、综合能力及创新能力十分重要，也是教学的难点。只要抓住这些特点，就抓住了系统分析与设计的关键，有助于学生加深对不同方法的理解。
（2）结合控制理论的发展更新教学内容。近年来，控制理论得到了蓬勃发展，特别在非线性控制、分布参数控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等方向上取得了重要进展[4]。这就要求教师对本学科发展有一个较好的把握，注意处理好经典的基本理论和新技术的关系，从中选取一些比较符合课程要求的理论知识，在讲课过程中及时介绍给学生，以保持课程内容的先进性。近几年来，随着电力、电子、控制技术、通讯及信息技术等的不断发展及其在煤矿上的广泛应用，煤炭行业的电子信息与自动化程度大大地提高，因此教师应结合煤炭类电子信息的发展讲授。另外，可通过讲座的形式向学生介绍自动控制发展的最新动向、最新技术，弥补在课堂教学时数的限制和教材的滞后等方面的不足。
2.采用有效的教学方法和手段。
（1）采用启发式教学方法。对于控制工程基础课程，充分运用了启发式教学方法，注意突出教学重点、难点问题，尽量结合专业实例。还可采用课堂问答和课堂讨论的方式，以及在教学内容转换时适当留一些悬念，让学生通过思考和讨论自己解决问题，提高学生学习的主动性。
（2）传统教学方式和现代化教学手段结合。控制工程基础课程由于公式多、绘图量大且准确度要求高，很多内容非常适合多媒体授课方式[5]。但是，采用多媒体教学方式会使学生来不及做笔记，并且也减少了教师和学生的课堂交流。采用的方法是将传统的板书教学方式和现代化的多媒体相结合，对于存在大量图表、公式和曲线的教学内容，采用多媒体授课方式。基于MATLAB软件辅助课堂教学，把MATLAB作为一种基本工具与教学内容有机结合，利用MATLAB可以快捷的得到理想的结果和直观的曲线图，教学效果和效率均有明显提高。
（3）采取答疑质疑相结合的辅导方式。答疑和质疑是教师辅导学生自学的两种重要形式。电子信息工程专业学生在学习控制工程基础课程过程中，大多数对课程的掌握能力较差，或跟不上教师的讲课进度，平时主动找老师答疑的情况较少。可以采用答疑质疑相结合的辅导方式，以主动质疑为主，给学生一定的压力，起到督促学生学习的作用。对于学生存在的共性问题，采取集体辅导的形式统一解答或进行专门讨论。
（4）其他教改举措及方法。①利用典型示例、启发式的课堂教学，培养学生的学习兴趣；结合科研实践和专业发展讲授课本内容。书本上的知识同实际应用是有一些差距的，结合科研实践讲解比单纯依赖书本传授知识，更容易打开学生的思路，激发的创造性思维。②实施灵活的实验教学方法，因材施教，对基础较差、能力较弱同学给定实验题目进行实验；对学有余力的学生鼓励他们自己开发实验。为学生开辟第二课堂，利用创新实验基地，结合“挑战杯”、全国大学生机器人比赛等活动，培养学生的创新能力。③采用丰富多彩的教学方式，对不同的教学内容进行组织，如通过控制系统建模比赛提高学生的专业综合能力，通过参观工厂体验实际的工业控制系统，等等。