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摘要:“控制工程基礎(chǔ)”是機(jī)電類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)建模、各種性能分析等的綜合能力。課題組介紹了“控制工程基礎(chǔ)”課程現(xiàn)狀，提出了優(yōu)化課程網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)、采用線上線下結(jié)合的多樣化教學(xué)模式、在專業(yè)課程教學(xué)中融入思政元素、嘗試與不同課程融合教學(xué)等具體的課程教改方案。課程教改實(shí)踐取得了良好的教學(xué)效果，在幫助學(xué)生準(zhǔn)確理解和掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生工匠精神的育人效果，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性也有所提高，實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)接受到主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞:控制工程；專業(yè)課程；教學(xué)模式；課程思政

應(yīng)用型本科應(yīng)該面向當(dāng)?shù)匕l(fā)展的需求，堅(jiān)持以質(zhì)量求生存，以效益求發(fā)展，走以質(zhì)量提升為核心的內(nèi)涵式發(fā)展道路[1-3]。專業(yè)課程是本科教學(xué)的主要內(nèi)容，促進(jìn)各專業(yè)知識(shí)與思想教育的結(jié)合，體現(xiàn)專業(yè)教學(xué)的特色至關(guān)重要。隨著信息化、智能化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制已被用于各個(gè)方面，促進(jìn)人類社會(huì)向前發(fā)展，智能化是現(xiàn)代人類文明發(fā)展的趨勢(shì)。特別是在智能制造、人工智能大力發(fā)展的時(shí)代，“控制工程基礎(chǔ)”作為工科類專業(yè)課程，除了要讓學(xué)生掌握基本的理論，更要重視工程倫理的教育，培養(yǎng)學(xué)生的大國(guó)工匠精神，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)情懷、民族自豪感以及科技報(bào)國(guó)的使命擔(dān)當(dāng)。

1“控制工程基礎(chǔ)”課程現(xiàn)狀

“控制工程基礎(chǔ)”課程是機(jī)電類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它主要涉及經(jīng)典控制理論的內(nèi)容及應(yīng)用?，F(xiàn)代意義上的控制，起源于維納1948年發(fā)表《控制論》。控制無形之中對(duì)現(xiàn)代科技造成了非常重大的影響。該課程側(cè)重理論分析，主要講解控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)分析、控制系統(tǒng)的頻率特性、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、控制系統(tǒng)的誤差分析和計(jì)算、控制系統(tǒng)的綜合與校正、根軌跡、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等[4-6]。通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)“控制工程基礎(chǔ)”課程中的原理、方法及有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，學(xué)生能夠具有系統(tǒng)的一般概念，了解控制理論在工程中的應(yīng)用和發(fā)展。對(duì)工程中的實(shí)際系統(tǒng)能利用控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析系統(tǒng)的性能，培養(yǎng)學(xué)生理論分析工程實(shí)例、應(yīng)用知識(shí)分析解決工程問題的能力。目前，廈門工學(xué)院機(jī)電專業(yè)該課程是“32學(xué)時(shí)理論課+16課時(shí)實(shí)驗(yàn)課”。由于這門課理論性很強(qiáng)，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)、電學(xué)、機(jī)械等相關(guān)知識(shí)，同時(shí)還需要具有MATLAB編程能力，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)過程十分吃力，對(duì)于知識(shí)的應(yīng)用更是覺得困難。如何在有限的課時(shí)中讓學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)又能在課堂中將思政素材巧妙地融入課堂需要教師認(rèn)真深入研究。

2“控制工程基礎(chǔ)”課程建設(shè)

“控制工程基礎(chǔ)”課程建設(shè)目的在于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等，使學(xué)生能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)、提出問題、分析問題、解決問題、掌握專業(yè)知識(shí)，課程建設(shè)包含以下幾方面。

2.1優(yōu)化課程網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)

利用超星平臺(tái)優(yōu)化課程網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)，精心設(shè)計(jì)教案、課件、題庫等，特別是針對(duì)課程重點(diǎn)、難點(diǎn)設(shè)計(jì)制作動(dòng)畫、視頻等。教案設(shè)計(jì)中包含學(xué)情分析（學(xué)生知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生學(xué)習(xí)能力、學(xué)生思想狀況）、課堂教學(xué)目標(biāo)（知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、價(jià)值目標(biāo)）、教學(xué)知識(shí)點(diǎn)、思政資源（思想政治教育素材、思想政治教育元素）、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和過程以及專業(yè)知識(shí)與思政的融合。2）精心設(shè)計(jì)制作課件，加入動(dòng)畫，融入思政元素。布置作業(yè)，除了讓學(xué)生掌握基本的理論之外，還需要設(shè)計(jì)一些開放性課題，一方面讓學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，另一方面也讓學(xué)生的思想得到升華。

2.2采用多樣化教學(xué)模式

采用情景教學(xué)、案例教學(xué)、小組討論等翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，利用講授、問答、討論、案例等方式來引導(dǎo)學(xué)生，有針對(duì)性地將思政元素融入專業(yè)知識(shí)教學(xué)中[7]。學(xué)生利用線上資源進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。引用案例，利用網(wǎng)絡(luò)資源，有些內(nèi)容可以采用小組討論的方式，課前下發(fā)任務(wù)，課上討論，小組成員發(fā)言、互相點(diǎn)評(píng)等，引導(dǎo)學(xué)生積極參與、思考，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對(duì)“控制工程基礎(chǔ)”課程的學(xué)習(xí)興趣，將專業(yè)知識(shí)結(jié)合具體的工程應(yīng)用，把價(jià)值觀融入其中。將MATLAB及Simulink仿真軟件應(yīng)用到課堂教學(xué)中，改變傳統(tǒng)的理論講解、手工繪圖的教學(xué)模式，簡(jiǎn)化公式的推導(dǎo)和概念的敘述，增強(qiáng)教學(xué)生動(dòng)性和直觀性，有利于加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解[8]。例如，對(duì)于奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)這一知識(shí)點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)繪圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工繪制奈奎斯特圖，一方面提高圖像的精確性，另一方面降低學(xué)習(xí)難度，增加學(xué)習(xí)的趣味性，利用圖像分析穩(wěn)定性，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。教學(xué)過程中發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生積極參與的能動(dòng)性。課程教學(xué)中需要增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，理論教學(xué)可以采用不同的形式增加考核權(quán)重，如作業(yè)、討論、情景劇等。在教學(xué)過程中，通過課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)效果等大數(shù)據(jù)，密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，適時(shí)引導(dǎo)督促。優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)是本課程必不可少的環(huán)節(jié)，是對(duì)理論知識(shí)的有益補(bǔ)充，也是提高學(xué)生興趣、主動(dòng)性的方法。傳統(tǒng)的“控制工程基礎(chǔ)”課程的實(shí)驗(yàn)都是采用試驗(yàn)箱進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容陳舊、單一，與工程實(shí)際脫節(jié)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備少，通常3~4人一組，學(xué)生得不到充分的實(shí)操機(jī)會(huì)，給了不主動(dòng)學(xué)習(xí)、不積極做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生偷懶的借口。采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生自主性將增加，靈活性將增強(qiáng)，從而提高教學(xué)效果。例如穩(wěn)定性分析，學(xué)生可以自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)，輸入傳遞函數(shù)，利用不同的方法判斷穩(wěn)定性，而且還可以對(duì)比每一種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)?；蛘咴诓粩喔淖儌鬟f函數(shù)參數(shù)時(shí)進(jìn)行仿真，對(duì)比仿真結(jié)果。再比如針對(duì)典型信號(hào)時(shí)域響應(yīng)，教師僅給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?，學(xué)生可以根據(jù)自己設(shè)定的系統(tǒng)采用MATLAB或者Simulink進(jìn)行仿真，還可以直觀地看仿真動(dòng)畫，直觀地理解實(shí)驗(yàn)原理?？己丝梢圆捎闷谀┛荚嚭晚?xiàng)目考核結(jié)合的形式，強(qiáng)調(diào)過程性考核，降低期末考試的比重。項(xiàng)目的內(nèi)容包括：①列舉工程簡(jiǎn)單實(shí)例；②通過分析畫出系統(tǒng)方框圖；③分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性等達(dá)到綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。以學(xué)生為主體，采用引入問題、分析問題、解決問題的方式，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)動(dòng)力，鼓勵(lì)學(xué)生討論、合作、設(shè)計(jì)研究等。4~5人為一個(gè)小組，教師將項(xiàng)目實(shí)踐的任務(wù)、資料下發(fā)給學(xué)生，各小組設(shè)定好題目，組員之間分工合作。學(xué)生依據(jù)任務(wù)書查閱相關(guān)資料，撰寫資料總結(jié)體會(huì)。教師向?qū)W生提出一些可能出現(xiàn)的問題或者思路方案。依據(jù)方案，學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備選型和設(shè)計(jì)，選擇合理的控制方法。搭建控制系統(tǒng)，然后編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目題目及課程進(jìn)度，按時(shí)完成資料查閱以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建模、分析等工作，掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)文件的編寫方法等，為今后能夠獨(dú)立進(jìn)行某些控制工程的開發(fā)建設(shè)及工作打下一定的基礎(chǔ)[9]。這一過程既鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，又培育學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。建立信息反饋平臺(tái)。從控制論來說，理想的狀態(tài)應(yīng)該要有一個(gè)信息反饋的過程。為了達(dá)到理想的教學(xué)效果，教師采用QQ、微信、超星討論區(qū)等多種方式有效地與學(xué)生進(jìn)行交流，根據(jù)學(xué)生反饋的信息及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和方法，教師和學(xué)生緊緊地聯(lián)系一起。

2.3在課程中融入思政元素

2019年8月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于深化新時(shí)代學(xué)校思想政治理論課改革創(chuàng)新的若干意見》，提出深度挖掘高校各學(xué)科門類專業(yè)課程蘊(yùn)含的思想政治教育資源，解決好各類課程與思政課相互配合的問題，發(fā)揮所有課程的育人功能，構(gòu)建全面覆蓋、類型豐富、層次遞進(jìn)、相互支撐的課程體系，使各類課程與思政課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[10]。所有高校、教師及課程都需要承擔(dān)起育人的責(zé)任。為了更好地結(jié)合課程的特點(diǎn)，深入巧妙地挖掘思政案例，將思政元素融入課程教學(xué)中，達(dá)到潤(rùn)物無聲的育人效果[11]，十分有必要挖掘“控制工程基礎(chǔ)”課程蘊(yùn)含的思想政治教育資源[12]，部分內(nèi)容如表1所示。教師通過扮演指導(dǎo)者的角色，引領(lǐng)學(xué)習(xí)者在問題的解決過程中對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行更深層次的理解與掌握，梳理課程的知識(shí)體系，拓展學(xué)生知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的能力。

2.4與不同課程融合教學(xué)

機(jī)電類專業(yè)課程之間存在知識(shí)的交叉和重復(fù)，單一課程的講解造成專業(yè)技能沒有系統(tǒng)化。任課教師獨(dú)立授課、自成體系，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)到的是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，缺乏全局及聯(lián)系的觀念，從而難以勝任工作崗位。廈門工學(xué)院機(jī)械電子專業(yè)中控制類課程如“工業(yè)機(jī)器人”“機(jī)電傳動(dòng)與控制”等，是本專業(yè)的主干課程，且都是以工程機(jī)器為研究對(duì)象，依據(jù)控制工程的原理和手段進(jìn)行不同方式的控制。因此，這些課程在控制工程基礎(chǔ)的理論、系統(tǒng)的分析方法、控制思路和方案上存在一定的相似性，在不同課程的教學(xué)中可以相互融會(huì)貫通[13]。工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性控制系統(tǒng)，如何對(duì)機(jī)器人實(shí)施快速、準(zhǔn)確控制是機(jī)器人技術(shù)中的主要問題，也是核心問題[14]。以工業(yè)機(jī)器人中單關(guān)節(jié)機(jī)器人的位置控制為例，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)包括運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型建立、選取控制方法、建立仿真模型并進(jìn)行仿真。首先上課前先布置任務(wù)，預(yù)先規(guī)劃好機(jī)器人行走路線，讓學(xué)生查閱相關(guān)機(jī)器人的一些基本知識(shí)。建立機(jī)器人數(shù)學(xué)模型，包括機(jī)器人的單桿、直流電機(jī)和減速器的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上利用MATLAB或Simulink建立機(jī)器人的仿真模型。設(shè)計(jì)控制器，結(jié)合“控制工程基礎(chǔ)”課程選擇簡(jiǎn)單的控制方法PID控制，這一部分詳細(xì)介紹PID控制原理、特性、優(yōu)缺點(diǎn)。利用MATLAB對(duì)機(jī)器人控制效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在這個(gè)過程中，詳細(xì)講述機(jī)器人系統(tǒng)的特性，包括系統(tǒng)的平穩(wěn)性、快速性、魯棒性等知識(shí)點(diǎn)。通過這樣的實(shí)施過程，學(xué)生了解了機(jī)器人，同時(shí)又掌握了相應(yīng)的控制工程的課程知識(shí)點(diǎn)，提高了學(xué)習(xí)的興趣。

3教學(xué)總結(jié)

“控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)過程中通過線上線下結(jié)合、項(xiàng)目式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等創(chuàng)新的教學(xué)方式，將思政元素融于專業(yè)課程之中，取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)接受到主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。但是在教學(xué)具體實(shí)施過程中也還存在一些問題：有些工程實(shí)例涉及的知識(shí)面很廣，不適合目前學(xué)生的知識(shí)水平。在講解過程中有些內(nèi)容還做不到巧妙引入思政元素，或者做不到層層深入、環(huán)環(huán)相扣，引發(fā)學(xué)生深入思考。這些內(nèi)容在之后的課程教學(xué)中需要不斷整理和改進(jìn)。

作者:張春紅 沈楊 李淑梅 單位: 廈門工學(xué)院柔性制造裝備集成福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門工學(xué)院機(jī)械科學(xué)與電氣工程學(xué)院