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摘要：针对车辆工程本科专业控制工程基础课程教学中存在的问题,从“密切联系专业”、“课下课堂对接”、“理论实验结合”、“改变教学方式和方法”等方面提出了该课程的教学改革思路.

关键词：控制工程基础；教学改革；车辆工程

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中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2014）01-0037-02

在控制工程基础教学实践中,国内外诸多院校都做了不同形式的改革尝试,以通过这些方式进一步改善教学效果,提高教学质量.控制工程基础是机械制造及自动化、车辆工程、过程装备与控制工程等机械类及相关专业的一门专业基础课,在各专业的控制工程教学中,由于学生都有明确的专业学习对象,因此在课程教学中应更加注重课程与专业研究对象现有控制系统和控制技术之间的接合,发挥该课程在学生专业培养中的作用[1-3].

一、控制工程基础课程的性质与特点

控制工程基础是一门理论性强、概念多、内容广泛的专业基础课,课程的重点在于培养学生对系统动力学领域尤其是车辆工程系统建模、分析与设计的能力,理解并掌握经典控制理论的基本概念和分析方法；难点在于如何将课程所学结合车辆工程实际,建立较为准确的数学模型,从系统固有特性本身以及输入、输出与系统之间的相互作用关系来获得理想的控制效果.

该课程也是一门专业基础课,它研究的是工程技术中广义系统在一定外界条件作用下,从系统一定的初始状态出发,所经历的由其内部的固有特性所决定的整个动态历程,并研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系.这门课程主要研究两类问题：第一类是系统定、输入定,通过输出来研究系统本身的准确性、快速性、稳定性,即系统分析问题；第二类是输入已知,确定系统,且所确定的系统应使输出尽可能符合给定的最佳要求,即最优设计问题.

控制工程基础课程中有大量的公式、定理、判据,涉及时间域、频率域和复数域,课程内容较枯燥,是数理基础课程与专业课程之间的一道桥梁.课程本身涉及的专业知识较广,在学习本课程的同时要及时复习电工电子、汽车振动力学、液压系统等相关课程,这在一定程度上也加大了课程难度.

本课程在教学中存在内容多、学时紧的矛盾,仅靠课堂教学和实验室中做少量的实验,对所学内容不易消化吸收和巩固,对一些重点、难点内容,若要掌握好就更不容易.因此,对该课进行问卷调查,找出存在的问题并进行教学改革非常有必要.

二、控制工程基础课程教学改革的路径

2012年初对2009级车辆工程本科生进行控制工程基础课程问卷调查,列出问题11个、回收有效问卷59份,在“学生听讲、学生笔记、师生交流、教学方式、作业批阅、学习难点”等方面进行深入调查,获得课程教学方面的第一手反馈资料.从问卷结果看,在以下几个方面问题比较突出：课程在专业学习与将来就业中的作用不清；教学内容枯燥乏味,应用实例不典型；作业太多而讲解不足；引导自学与提炼总结不够；频域一章难点群集.由图1可以看出各章较难知识点的认同投票数,Nyquist稳定性判断等三个知识点投票率超过了30%,是教师教学时应特别注意准备的内容.

(一)教学内容密切联系专业

在问卷调查中,相当多的学生非常关注课程与专业的关系,这也表明学生想通过课程学习夯实自己专业基础的愿望.最近三十年汽车电子控制技术得到了迅猛发展,在汽车底盘、发动机以及车身上有大量控制系统应用的实例,如电控汽油喷射、EGR废气循环、自动变速器、电控制动防抱死装置、巡航控制系统、四轮转向系统等[4-6].由于控制工程基础课在大三时开设,鉴于学生已经掌握的专业知识以及控制工程基础课程学时,可以从汽车安全、节能、环保、舒适性等几个方面各选一个合适的控制系统,穿插到该门课程的教学中.从一个已有的复杂控制系统到适合课程教学实例的转变需要教师精心设计.在教学过程中,以电控制动防抱死装置、发动机最佳空燃比控制、发动机怠速控制和电控悬架系统作为与专业密切相关的实例,简略讲解其结构和原理,在建模、误差分析、稳定性判断、系统性能改进等方面将上述实例融入课程教学中,提高学生对汽车控制系统应用的认识,为其进行控制系统设计和改进打下基础.

(二)教学过程课下课堂对接

由于控制工程基础课有较多公式、定理、判据,仅凭课堂教学时间只能使较少部分学生达到当堂掌握,对大部分学生而言还需要课下花费一定的时间进行复习和预习.在以往的教学过程中,强调的是学生要课下复习,在每堂课的开始阶段统一对学生复习,这样造成学生依赖性很强,不去主动思考课程中的问题.为减少每次课进行课堂教学时需要的导入时间,使学生课下学习与课堂教学内容对接,可从以下几个方面准备：首先对课本知识点进行综合、提炼,提出相应的问题,如在系统稳定性一节提出能否根据阶跃输入下二阶振荡系统的响应结果判断系统的稳定性,加深学生对系统稳定性定义的理解；其次可以将后面的实例作为作业布置给学生,使学生为后续内容的学习提前准备,如可将频域分析一章中无源电网络在正弦信号作用下系统的响应输出作为第二章的作业,在讲解作业时就提醒学生注意正弦信号频率、幅值和相位三要素；最后还应注意课后作业布置的每一道题都要体现至少一个重要知识点,力求做到少而精、精而全,对作业及时批改并讲解,以巩固教学效果.

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(三)理论教学与实验教学的结合

在近几年的课程教学中,一直强调理论教学与实验教学相辅相成.它包括两个&#

关于控制工程方面论文范例26041;面的含义,一是让学生分组分批进行控制工程实验箱实验,二是引导学生利用仿真软件进行仿真实验.实际实验的开设要控制好时机,即该部分理论内容完成后尽快开展课程实验,利用控制工程实验箱为学生开设“二阶闭环系统的频率特性曲线”、“直流电机闭环调速”等实验,通过实验提高学生对课本所讲理论知识的理解.

在课堂教学中,引入Multisim和MATLAB来仿真教材中的实际系统并进行特性分析.如在控制系统的数学模型、系统时域特性分析、系统频域特性分析等章节中采用MATLAB中的SIMULINK模块,能够很容易地使学生熟悉了解系统的构造过程和相关特性的分析方法.通过相关的教学演示,使学生能够很快地从复杂的结构框图中理清头绪,并了解系统有关结构参数与系统特性的相互关系.如在讲授系统校正PID控制器效果时,利用MATLAB中PID设计框图,更改各系数值能够直观清楚地反映调节系数不同对系统特性的控制,并熟悉控制器参数的优化方法[7].通过课堂建模并进行仿真,使学生清楚地了解参数修改调节的过程,让学生体会到计算机软件与工程结合的方法在控制器设计中的优越性,促进学生更自觉地学习控制工程和工程设计软件. （四）改变教学方式和方法

目前通用的教学方式分为黑板板书和多媒体教学两大类,黑板板书具有过程清晰、容易理解但信息量小的特点,多媒体教学具有信息量大但过程转换过快的问题.在以往的教学中,理论性强的课程如高等数学一般以黑板板书为主更有利于学生掌握相关的内容.控制工程基础课也属于理论性较强的课程,问卷调查中71%的学生认为板书结合多媒体是该类课程最为有效的教学方式,它充分发挥了多媒体信息量大、板书推导过程清晰的优点,让学生更易掌握相关的教学内容.

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在控制工程基础课教学中积极探索启发式、讨论式和案例式教学.如讨论式教学中注意师生间多互动,让学生有机会表达自己的思路和对问题的看法,案例式教学中引入实际的车辆控制系统激发学生的学习兴趣,让学有余力的学生进行小型电子控制系统的设计制作加深对课程的理解.改革现在的考核方式,加大平时成绩在总成绩中的比重,带动学生平时学习的积极性.

为提升教学效果、保证教学质量,对控制工程基础课程进行了问卷调查,针对存在的问题进行了研究并进行教学改革,提出“密切联系专业”、“课下课堂对接”、“理论实验结合”、“改变教学方式和方法”的教学改革思路并在2010级两个专业的学生课程中实践,激发了学生的学习兴趣,加深了学生对课程的掌握程度.后续教学实践中还可以进一步从教学组织、教学考核及课程设计等诸多方面进行探索,以培养学生在车辆工程实践中的创新能力.

参考文献：

[1]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[J].中国科技信息,2009,（6）.

[2]卜波.基于控制工程基础课程的探究式教学模式研究与

实践[J].科教导刊,2009,（21）.

[3]王蕊.Matlab在“机械控制工程基础”教学中的应用

[J].机电产品开发与创新,2011,（4）.

[4]冯崇毅.汽车电子控制技术（上册）[M].北京：机械工业

出版社,2001：1.

[5]付百学.汽车电子控制技术（下册）[M].北京：机械工业

出版社,2000：1.

[6]舒华.汽车电子控制技术[M].北京：人民交通出版社,

2002：2.

[7]刘向明.“控制工程基础”教学中的计算机应用方法[J].

武汉工程大学学报,2009,（6）.

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