控制工程基础范文
时间：2023-03-11 09:30:15
控制工程基础范文第1篇
关键词：机械控制工程基础；工程实际案例；小组讨论；科研论文
0引言
“机械控制工程基础”是机械类专业学生的一门专业理论基础课及专业必修课，在机械工程学科的课程建设中具有举足轻重的作用。该门课程以经典的控制理论知识及方法为基础，旨在解决机械工程系统的动力学问题以及控制论问题；同时，该课程也是机械专业“测试技术”“机电一体化技术”“过程控制与装备”以及“机器人技术”等后续课程的理论基础。因此，该门课程的教学效果一方面关系着机械类专业学生后续技术课程的学习，另一方面直接关系着学生解决实际机械工程问题的能力。然而，在“机械控制工程基础”该门课程的实际教学过程中，由于该课程具有理论性强、对数学基础要求高、内容枯燥乏味、学科交叉明显等诸多特点，使得该门课程的教学难度较大，学生学习的热情及积极性不高。同时，目前国内该课程主要的教学还是以传统的讲授结合少量实验的形式为主，在整个学习过程中学生都处于知识点的被动接收层面，学习主动性和自主性不高、学习效果极差。另外，大多数国内高校在“机械控制工程基础”的教授过程中，理论脱离工程实际，使得学生严重缺乏利用控制理论知识解决实际工程问题的能力，学生在完成本门课的学习之后，所具备的能力往往只是停留在应试和解题的层面，大多数情况下并没有掌握或是领悟学习这门课的目的是什么，具体应用又如何，更难以利用所学知识合理有效地解决工程实际问题。为此，本文针对目前国内高校在“机械控制工程基础”这门课教授方面存在的问题，提出以下几点建议及措施。
1充分激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性
如前所述，“机械控制工程基础”该门课具有理论性强、对数学基础要求高、内容枯燥乏味等特点，因此学生在最初接触该门课程时，通常表现出学习兴趣不大，积极性不高等问题。同时，目前网络技术和计算机技术已经得到广泛发展和普及，学生们可以较为容易地从网络上获取大量的学习资源，甚至是国内外知名高校所的该门课程的优秀教学视频和资料，因此如果教师只是简单地照本宣科，会使得学生感觉教师在课题上传授的知识点简单乏味，难以激发学生的学习兴趣，使得学生学习热情不高。因此，教师在教学过程中，如何充分调动学生学习的积极性，激发学生的学习兴趣就成为能否顺利达到该门课程既定教学效果和目的的关键。笔者认为要想培养学生的学习兴趣和积极性，可以从以下几个方面着手：一是重视首堂课教学内容和方案的设定。在首堂课中合理设定教学方案，介绍并讲解该课程在工业、农业、航空航天等诸多方面的应用案例，使得学生充分认识到该门课的重要性；二是针对学生特点，合理选用教学案例。在实际的教学过程中切忌理论脱离实际，因此在知识点的讲解过程中可以充分利用案例，首先通过引入对学生来说较为新颖且易于理解的案例吸引学生，在案例的讲解过程中合理引导学生探寻、领悟并学习知识点。
2采用多样化教学方式与手段，使学生成为教学过程的主体
目前，“机械控制工程基础”这门课普遍存在着教师灌输、学生被动接收的教学现状，大多数情况下教师才是教学过程的主体，而学生只是知识的被动接收者。为此，可以采用多样化的教学方式和手段，改革传统的教师讲授加少量实验的教学形式，增加学生的参与性，使得学生成为教学学习过程的主体。例如教师可以选取合适的章节或知识点，设定适当的教学主题或工程题目，将教师教授改变为学生小组讨论的形式或者目前较为新颖的对分课堂的形式，在这一过程中教师首先安排学生查阅拓展材料或文献，自主学习获取知识；随后，教师合理地组织学生进行小组讨论，引导学生主动获取知识点，增加学生的积极性。这种形式的教学方式一方面可以充分调动学生学习的主动性和学习兴趣、增加学生思维的灵活性，另一方面可以使学生成为知识的发现者和探索者，成为教学过程的主体。但是需要指出的是，在采取小组讨论或对分课堂这样多样化的教学手段中，教师的作用同样重要，教师需要在小组讨论或对分课堂过程中合理设定题目或主题，使其难度适中。同时，要合理引导学生进行讨论，完成对知识点的探索，并保证学生注意力的集中，而不是信马由缰。
3改革教学内容，增加工程实际案例的讲解
“机械控制工程基础”最终的教学目的是为了培养学生利用控制理论知识解决机械工程实际问题的能力，如果只是泛泛地学习或者传授理论知识，而不能很好的做到理论联系实际，那么学习效果会很差，所能达到的教学目标也会很低。而目前在大多数情况下，学生学习完“机械控制工程基础”这门课程之后，往往表现出对课程的茫然，不明白也不能领悟学习这门课有什么用，学习的目的是什么，这门课又能解决什么样的工程实际问题，更谈不上利用理论知识解决实际问题。因此要想通过“机械控制工程基础”这门课的教授真正培养学生解决机械工程实际问题的能力、达到培养工程型人才的目标，需要对传统的教学内容进行必要的改革，而笔者认为“机械控制工程基础”教学内容改革的一个重要方面是在教学内容或是教材中增加与“机械控制工程基础”这门课知识点相关联的机械工程实际问题。通过讲解这些工程实际问题以及控制理论知识在这些实际工程问题中的应用，使得学生一方面可以充分认识到课程的重要性，培养学生学习的热情；更重要的是让学生了解“机械控制工程基础”这门课有什么用，用什么知识点解决问题以及怎么用的问题。使得学生通过课程的本门课程的学习真正做到理论联系实际，培养学生解决工程实际问题的能力。另外，教师可以充分鼓励和指导学生参加相关的机电产品创新大赛等活动，一方面可以通过参加该类竞赛等相关活动让学生检验自己的学习成果，培养自己利用所学知识解决实际问题的能力；另一方面还可以培养学习的积极性和主动性，增强学生学习的自信心和成就感。
4增加科研论文选读，帮助学生了解课程发展最新的动态
此外，在具体的教学过程中，笔者认为教师可以选取并提供给学生一些较为新颖或经典的有关“机械控制工程基础”这门课程工程应用的科研论文，指导学生阅读并学习这些文献，同时要求学生课下检索并增加相关拓展材料的阅读，让学生们通过“机械控制工程基础”相关科技论文的了解和学习，加深对这门课程重要性及其在工程实际中应用的认识，让学生们了解哪些领域在应用所学课程的知识点、在应用哪些知识点、解决什么样的工程实际问题以及如何解决这些工程实际问题。通过科研论文的选读，一方面可以使学生领悟课程的重要性，把握最新的课程发展动态；另一方面可以激发学生自我学习的主动性和积极性，充分激发学生的学习兴趣。
5结语
本文针对目前“机械控制工程基础”教学过程中存在的学生积极性不高、被动接收以及理论脱离工程实际等一些问题，从激发学生兴趣、改革教手段以及优化教学内容等方面提出了一些“机械控制工程基础”课程教学改革的措施和意见。具体举措上，要求教学过程中应采用小组讨论或对分课堂等形式实现教学过程的主体由教师转变为学生；而在教学内容方面应增加机械工程实际案例，并指导学生阅读学习最新的相关科研论文及成果。以此调动学生学习的主动性、积极性，并能够真正做到学以致用，实现理论与实际的结合，培养学生解决实际工程问题的能力。
参考文献
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[6]张学新.对分课堂:大学课堂教学改革的新探索[J].复旦教育论坛,2014(5):5-10.
控制工程基础范文第2篇
关键词：xPC；网络控制；滚珠丝杠伺服系统
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）09-0028-02
“控制工程基础”是机械类专业的一门重要专业主干课，它把控制论融入到机械工程领域，培养学生运用控制理论的基本原理来解决机械工程中实际问题的一门学科[1]。该课程的特点是理论性强、概念抽象，对先修课程的知识储备要求较高，主要涉及高等数学、大学物理、理论力学、电工学、机械设计等方面的知识，具有一定的深度和难度。使得学生在学习的过程中，感到难学、乏味，对所学内容不易消化、吸收和巩固，尤其对一些难点、重点内容，在有限的课时内无法实现内容扩展，因此在控制工程基础中合理融入Matlab软件，可以有效扩充教学信息，使教学过程生动形象，紧密联系工程实际，适应新形势下的教学要求[2-4]。
一、xPC系统介绍
xPC系统是MathWorks公司开发的基于RTW（Real-Time Workshop，RTW）体系框架的附加产品，该产品可将PC机转变为一个实时系统，用于产品原型的开发和测试。
采用2台PC机便可构成xPC的双机开发环境，其中一台PC机作为宿主机，另一台作为目标机。在宿主机上安装Matlab2010b用于控制系统设计。在使用xPC前必须安装一个语言编译器，选用Microsoft Visual Studio2010作为语言编译工具。xPC系统不需要在目标机上安装DOS、Windows、Linux等任何一种操作系统，用户只需用特殊的启动盘启动目标机，BIOS是xPC系统实时内核所需的唯一软件。
二、制作xPC目标启动盘
（一）制作软盘目标启动盘
可使用如下步骤生成对应于xPC目标环境的软盘目标启动盘。
1.启动Matlab，并在命令窗口输入如下命令函数：
xpcexplr
打开xPC目标环境设置界面。
2.单击Configuration，出现提示对话框，点BootFloppy标签；
3.将3.5英寸的软盘放入宿主机的软驱中，然后单击Create boot disk按钮；
4.关闭xPC目标环境设置对话框；
5.将软盘从宿主机中取出，放入目标机的软驱中。
（二）制作U盘目标启动盘
制作xPC目标启动盘――U盘的步骤主要有两步：第一，将U盘制作成DOS启动盘，通过从U盘启动的方式能使目标机启动到DOS环境下；第二，生成DOS载入器的目标启动盘。
为使目标启动盘启动到DOS，必须在启动盘上安装最小的DOS系统。因此，可采用专门的U盘DOS启动盘制作软件UltraISO。
1.插入U盘，运行UltraISO。
2.点击“打开”按钮，在弹出的对话框内选择映像文件MSDOS71.ISO，点“打开”载入文件。
3.在菜单栏点击“启动”选择写入硬盘映像。
4.在弹出写入对话框内确认“硬盘驱动器”一项是你插入的U盘后，选择写入方式：USB-HDD+。点击“写入”按钮。
5.在弹出的警告提示点“是”开始写入，片刻后显示刻录成功。
U盘DOS启动盘制作好后，将U盘插到目标机的USB接口上，启动目标机，并对目标机的BIOS进行相应的设置，使目标机从USB启动，若目标机能启动到DOS环境，则U盘DOS启动盘制作成功。
三、运动控制实验
宿主机和目标机通过以太网络连接后，不但增强了数据传输能力，传输数据速率最高可达10MB/s（串口通信速率最大为115kB/s），而且支持远距离通信，只需知道目标机的IP地址和正确设置网关，就可以实现设备的远程控制；同时一台设备可以对多台宿主机，实现滚珠丝杠伺服系统的网络控制[5-8]，由xPC宿主机-目标机组成的控制系统原理图如图1所示。
在宿主机和目标机上安装PCI总线型的以太网卡（与NE2000兼容），同时在目标机上安装NI6024E和NI6601运动控制卡。NI6024E控制卡将控制指令转换成模拟信号后输给伺服驱动器，由伺服驱动器驱动伺服电机实现小车的运动；同时NI6024E控制卡也可以将限位开关的电压跳变转换成数字信号输入到宿主机，而光电编码器的测量信号是经过NI6601读入宿主机，控制模型框图如图2所示。
在Matlab下建立滚珠丝杠控制系统模型如图3所示，通过RTW生成c代码，并将其下载到目标机中，用以对滚珠丝杠系统进行实时控制。xPC提供多种操作实时控制的方法，可以在宿主机上用Matlab的命令行，或者通过宿主机上xPC的远程控制工具（如：xpcrctool）进行实时控制，实验时采用xpcrctool对滚珠丝杠伺服系统进行远程控制，同时在线调节系统参数。
四、实验结果
根据图4所示实验控制系统框图，系统跟踪幅值为的S曲线，采用PD控制的实验跟踪曲线和参考曲线如图4所示，图中实线为参考曲线，虚线为系统跟踪响应，从图中可以看出系统能够快速跟踪参考曲线，实现精确定位。
五、结束语
基于Matlab/Simulink设计滚珠丝杠伺服控制系统，利用xPC进行实时网络控制，对系统进行了运动控制实验.实验结果表明，基于xPC的滚珠丝杠伺服控制系统具有快速性，实时性，易操作等特点，突破了传统的通过RS232串口线连接的空间限制，同时一台设备可以对多台宿主机，节省了空间，也进一步提高了设备的利用率。
参考文献：
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控制工程基础范文第3篇
高校是人才培养的主阵地，课堂教学是影响人才培养质量的关键因素，而教学内容和教材则是决定教学效果优劣的重要因素。控制工程基础课程教学团队结合课程的特点、学生的实际和学校的特色，采取一系列策略优化教学内容并建成了立体化教材。经过几年实践表明，教学内容的优化与教材的建设可以提高课堂教学的有效性。
［关键词］
教学内容；优化；立体化教材
现阶段，高校学生获取知识，发展素质和提升能力主要依靠课堂教学。教学内容作为课堂教学的重要组成要素，为实现教育教学目标而服务。通过优化教学内容和加强教材建设，可以有效地调动学生学习的积极性，把“教与学”的关系落到实处，起到提高教学效率，增加课堂教学有效性的效果。控制工程基础是我校非控制类专业的一门专业基础课程，在2009年被评为辽宁省省级精品课程。课程涉及多学科知识，理论性与综合性很强，在教学中存在着“教师难教，学生难学”和“内容多，学时少”两个问题。多年来，教学团队从多角度思考课程建设的问题，在优化教学内容和加强教材建设方面取得一些可喜的成果。
一、优化教学内容
教学内容的优化是完成教学目标，提高课堂教学的有效性和促进人才培养的重要途径。本课程教学团队对教学内容进行了优化，在教学内容的组织上遵循循序渐进、逐步深化的原则，强调基本概念的理解和应用，注重学生的工程应用能力的培养。本课程对教学内容进行优化，采取的策略如下。
（一）采用模块化的知识结构采用模块化的知识结构，有利于学生对控制理论的知识体系有一个整体上的把握。本课程总体分为基本知识、系统分析和系统校正三部分内容。基本知识部分包括控制理论的基本概念、控制系统的类型、控制系统的性能指标及控制系统的数学模型的建立几方面的内容。系统分析部分以三大分析方法为主线，明确如何利用时域分析、频域分析和根轨迹分析方法，分析系统的稳定性、准确性和快速性。系统校正部分阐述引入校正环节后，系统的性能有怎样的改善。
（二）体现专业和航空特色教学内容要充分考虑学生的专业特点和我校航空院校的特色，在控制理论应用于工程中的实例介绍中和系统性能讲解过程中，除了机电系统外，还列举一些航空航天领域中与专业相关的工程实例，这样学生就会对所学的理论知识有直观的理解，在参与问题分析和解决的学习活动中提高学习兴趣。
（三）以够用、必需为原则，力求精简过多过繁的理论推导过程不仅会使学生产生厌烦心理，而且不利于学生对知识点的把握，因此授课内容要淡化理论推导过程，以提高学生独立思考和综合分析能力为目的，强化采用控制理论分析问题的能力培养。例如在介绍拉普拉斯变换的性质时，仅仅给出结论，利用定义等所进行的性质的证明过程就不予讲解。
（四）恰当融合先修课程本课程涉及数学、物理和电工学方面的知识，将已开设的大学物理、电工学和复变函数课程及未开设的积分变换课程的相关知识在系统建模的讲授中恰当地进行融合，以学生听懂和学会为目的。
二、加强教材建设
针对本课程在理论学习时存在的枯燥、抽象和难理解的问题，建设了可以最大限度地满足教学需要的立体化教材，包括授课主教材、实验教材、电子教材、电子课件、学习光盘和辅助参考书。几种内容采用不同的编写方式，它们之间既有重复、强调，又有交叉和补充，相互配合，形成一个有机的教学资源整体，可以克服以往教材形式单一的问题，满足现代学习者个性化和自主性的要求。
（一）编写并出版了授课主教材控制工程基础课程所选用的授课教材中存在如下问题：一是内容多而授课学时不足的矛盾；二是没有结合专业和实际的工程实例，使学生缺少学习兴趣；三是没有对各章知识点的引出和总结，使学生难以理解；四是习题数量相对较少，不利于学生巩固所学知识。针对这些问题，教学团队编写了与教学大纲相配套、符合专业特色的控制工程基础教材，教材具有如下特点：1.结构合理，重点突出删除了一般教材中的离散控制系统部分内容，精简了各个知识点的内容，重点突出基本原理。教材内容由四部分组成：第一部分为预备知识部分，主要介绍控制理论的发展历史、应用情况、控制系统的基本概念、控制系统分析时用到的数学工具———拉普拉斯变换及控制系统数学模型的建立；第二部分是系统分析部分，介绍了时域分析、根轨迹分析和频域分析的原理及方法；第三部分为系统校正部分，介绍系统校正前后指标和性能的变化；第四部分为非线性系统分析部分，介绍非线性系统分析的相平面法和描述函数法。2.丰富了感性认识材料为了加强学生的感性认识，绪论中除了介绍蒸汽机转速控制系统之外，还介绍了工业过程控制领域中常见的液位控制系统和自动驾驶仪中的飞机俯仰角控制系统，使学生初步了解自动控制的实现过程。时域性能分析时以电子心率起搏器系统和某直升飞机简化控制系统为例，使学生直观了解控制理论的基本原理和方法的具体应用，丰富了感性认识材料，提高了学生的学习兴趣。3.符合学生认知规律教材按照“为什么学—学什么—会什么”这一主线，每一章都是由引言、章节内容、本章小结、思考题和习题组成，引言部分明确学习本章知识点原因和理论产生的背景；本章小结有利于学生抓住主线知识，明确重点内容；思考题有利于促进和强化学生对基本概念和基本原理的掌握；习题能满足学生多练习的需求，且列举了一些系统实例，有助于学生分析实际控制系统。4.适用面广教材符合教学要求，不仅可以作为机械、动力、飞行器等非控制类专业本科生的教材，还可以作为相关技术人员的参考书。
（二）更新并完善实验教材仿真实验具有建模方法简单、参数调整方便、结果可视性好等优点，克服了常规实验内容单调、缺乏变化以及实验设备易损坏等不足。实验采用MATLAB仿真，逐年完善了实验教材，考虑到一些专业学生没有学习过MATLAB语言，指导书中介绍了常用的变量、数学函数和绘图方法等，实验内容包括时域分析、频域分析和根轨迹分析，设定的思考题不仅使学生能够绘制响应曲线、频率特性曲线和根轨迹，而且可以通过分析，进一步加深对基本理论的掌握。例如，根据时域响应曲线可以分析系统的稳定性、快速性和准确性；稳定性可以通过求特征根来确定，也可以由奈奎斯稳定性判据确定，还可以由伯德图得出的稳定裕量确定。
（三）制作了电子教材和电子课件制作了与教材配套的电子教材和电子课件，详细地介绍了基本原理和例题的求解过程，将此部分内容共享到网站上，便于学生随时随地学习。电子课件以简单清晰为原则，重点和主题突出，内容逐行播放，画面清晰生动，便于学生思考和对重点的掌握。
（四）制作了学习辅助光盘学习辅助光盘是文字教材的拓展。学习辅助光盘按照“总—分”的顺序给出各部分内容，先以分支图形式给出本门课程的要求、重点和难点，然后按章把学习内容分成四个部分：第一部分是每章的学时分配、学习重点、难点和知识点；第二部分是例题，便于学生掌握解题方法；第三部分是测试，结合每章的知识点给出一些选择题并附有答案，便于学生考查自己对于基本知识点的掌握情况，做到心中有数；第四部分是作业，通过完成此内容可以使学生巩固所学知识。
（五）出版了辅助教材任课教师结合工程实践经验编写了辅助教材《微机测控系统原理与设计》，于2013年由高等教育出版社出版。书中介绍了控制系统的应用实例，可以使学生加深对自动控制系统的理解，掌握测控系统的设计方法，提高理论联系实际的能力。
三、结束语
经过几年的教学实践，教学团队在教学内容优化和立体化教材建设研究方面取得了初步的成效，学生的学习积极性得到提高，及格率、优良率的比例呈现上升的趋势，成果包括：（1）结合我校人才培养目标、学生的专业特色、先修课程和学生的认知特点对教学内容进行了优化，取得了良好的教学效果。（2）建立了由主教材、实验教材、电子教材、电子课件、学习光盘和辅助教材组成的多元立体化教材，能激发学生学习的积极性和主动性，满足学生的学习需求。（3）主教材注重取长补短，借鉴了其他教材的优点，分析了其他教材存在的不足，按照学生的认知规律组织了教材的内容和次序。（4）主教材注重理论联系实际，有航空航天特色。例题和习题中列举了一些工程应用实例，有助于培养学生分析问题和解决问题等能力。
［参考文献］
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控制工程基础范文第4篇
关键词：控制工程基础；CDIO+案例教学；教学模式改革
作者简介：李大勇（1978-），男，吉林榆树人，黑龙江科技大学机械工程学院，讲师；林海鹏（1972-），男，黑龙江哈尔滨人，黑龙江科技大学机械工程学院，副教授。（黑龙江 哈尔滨 150022）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0051-02
“控制工程基础”是机械工程专业的一门重要专业基础课，它把控制论融入到机械工程领域，培养学生运用辨证的系统分析的思想方法，解决生产过程中遇到的问题。[1]根据黑龙江科技大学（以下简称“我校”）推进“特色应用型本科”建设，由教学型向教学服务型转变，确立培养“面向经济社会建设、生产、管理、服务第一线的，思想道德素质高，基础理论扎实，知识面宽，工程实践能力和创新能力强的高级工程应用型本科人才”的办学思想。由于本课程内容难、知识点多、学时少，学生很难在短时间内既掌握理论知识，又懂得如何运用知识，因此，要利用有限的课时，科学合理地安排教学，提高课堂教学质量，就需要研究并改变现有的传统教学模式。[2]
本文根据“控制工程基础”课程知识具有系统性和连贯性强的特点，开展“CDIO+案例教学”的教学模式，力争把主要知识点全部与工程实际相结合，通过综合实验和模拟仿真使理论基础稍差的学生也能在“做中学”。
一、现有教学模式存在的问题
随着计算机技术和多媒体技术在教学中的普遍运用，现有的教学模式已经有了重大的改变并取得了长足的进步。例如，讲解理论时结合多媒体演示工程实例，利用Matlab对时域分析、频域分析及系统校正等各章节相关知识点进行模拟仿真等。[2]但现有的教学模式仍然存在着不足，主要表现在：
1.学生基础理论相对薄弱与课程需求之间的问题
我校是典型的应用型工科院校，学生的数学基础相对薄弱，而传统的教学模式要求学生具有较强的工程数学基础，特别是复变函数课程中的拉氏变换部分。对于这种强调数学基础的课程，如果不改变教学模式，将会使部分学生（特别是三表学生）失去学习的兴趣和动力。同时，“控制工程基础”这门课的预修课程较多，如机械设计、电工学、大学物理、理论力学等方面的知识。这就对学生学习本门课程提出了更高的要求：补习工程数学知识的同时，还要复习其他专业基础知识。
2.理论知识与实际应用结合的问题
尽管“控制工程基础”这门课程所涉及的知识面广，对学生知识储备要求高，但学时分配却非常有限。为使学生更好地掌握理论知识，在教学过程中采用多种教学方法，引入工程实例并开设相关的实验课程，但大部分实验是基础实验，和工程实际结合不够紧密，而且学生对实践环节没有足够重视，缺乏动手能力，这就使学生在学完课程以后仍然不知道这门课程到底是做什么的，该怎样用。因此，要在有限的学时内使学生尽快掌握理论知识，并能运用理论去思考、解决一些相关的工程实际问题，把理论和实际应用有机结合起来成为教学模式改革的关键。[3]
3.课程知识点系统性强与学生缺乏系统认知的问题
实际上，“控制工程基础”是一门系统性非常强的课程，而在以学习知识点为中心的教学中，学生只是掌握了一些孤立的知识点，却很难将各知识点串起来，因而缺乏对机械工程控制系统的整体认知能力、系统分析与综合设计的能力，不能很好地满足企业对人才的需求。因此，在学习的过程中，应该使学生首先明确课程研究的对象是系统输入、输出及系统本身三者之间的关系。研究的主要任务是系统分析，即已知系统和系统输入，求系统的输出并分析系统。在分析系统时采用的两个主要方法是时域法和频域法，而分析内容则是控制系统的基本要求：稳定性、准确性和快速性。这样就把整个课程的主要内容穿插起来，但这远远不够，还需要通过其它方式进一步培养学生对系统的认知和理解。
结合“控制工程基础”课程现有教学模式存在的问题，本文提出引入“CDIO教学理念+案例教学”教学模式，使学生更好地理解理论知识的同时，提高学生动手能力和理论应用于实践的能力。
二、“CDIO+案例教学”教学模式改革的实施
1.什么是“CDIO+案例教学”教学模式
CDIO工程教育模式是以美国麻省理工学院为首的全球几十所著名大学倡导的现代工程教育框架，即构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运作（Operate）的缩写。它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术与经验。[5]案例教学法被定义为“在课堂教学中以案例为中心，教师的教和学生的学通过案例的组织、分析、讨论和总结把抽象的理论和呆板的法条与实际相结合，使普遍性的理论观点和特殊的事实材料相统一，记忆性的知识学习和操作性的分析思考相统一。[6]根据“控制工程基础课程”自身的特点，本文提出授课时采用“CDIO+案例教学法”有机结合的新型教学模式，学生和老师一起设计和构思工程案例，把知识点和其它专业课的知识融入在工程实例中加以分析和验证，这必定会充分调动学生学习的主动性和积极性，增强学生对系统的认知，提高学生理论应用于实践的能力。
2.“CDIO+案例教学”教学模式在“控制工程基础”课程中的开展途径
CDIO教学模式的核心思想是让学生在“做中学”，以“工程项目”或“项目案例”为载体来组织整个学习过程，以过程中不同阶段的知识需求为驱动来安排教学内容和方法。由于“控制工程基础”这门课程主要内容包括建立系统数学模型，根据系统模型对系统进行时域分析、频域分析（分析系统的快速性、准确性、稳定性）和系统校正，课程系统性强，适合通过案例结合CDIO模式进行教学。在教学过程中，本文提出的“CDIO+案例教学”教学模式分为两条路线和四个过程：两条路线包括教师路线和学生路线；四个过程是构思过程、设计过程、实践过程和考核过程。首先，教师要对教学设计进行构思。一个好的教学设计可以激发学生的学习兴趣，使枯燥的学习内容生动起来，呆板的学习过程活泼起来。其次，要对所讲授的知识点进行设计，力争把每堂课所要讲授的主要知识点融入到具体实例中。在该环节里，可以把学生分成若干小组，给学生分配任务，针对所要学习的知识点，查阅资料，设计相关案例并进行分组讨论，加深对知识的理解。再次，合理穿插前面学过的知识，设计综合实验并让学生亲自动手实践，不能通过实践验证（没有实验条件）的综合实验可以通过模拟仿真加以验证。特别需要注意的是，该阶段主要是培养学生对实践结果进行分析并总结归纳到相对应的理论知识点的能力。最后，改变原有“一次考试定乾坤”的考核方式，加大实践部分的考核分值。根据学生的实验态度、动手能力、创新能力等来综合评分，这种考核方式更能体现出学生对知识的应用能力，同时具有较强的灵活性。具体的“CDIO+案例教学”教学模式开展途径如图1所示。
3.“控制工程基础”课程实施“CDIO+案例教学”教学模式存在的困难
（1）短时间内制作出完善和全面的优秀案例存在困难。如果把每个知识点都穿插在好的案例中，是一个庞大的工程，这需要有经验的教师经过长时间的思考、归纳和总结。
（2）课程计划学时少与该教学模式所需教学学时较多的矛盾。由于实践环节和学生讨论环节的增多，整个教学过程所需学时必然会增加，针对这一困难，可以将某些案例讨论的内容放在课下分组进行，老师批阅每个小组的讨论结果并在课上进行总结，这样就会大大缩短案例讨论所占用的时间，而不影响学习效果。
三、结束语
以应用型人才培养目标为导向，提出了在理论教学中融入“CDIO理念+案例教学”，结合实验室实验和Matlab模拟仿真组成的新的“控制工程基础”课程教学模式。改变现有“控制工程基础”课程教学占主导的现状，以“做中学”的形式培养学生创造能力及解决实际问题的能力，进而培养出具有扎实专业技术基础、综合工程系统能力和良好团队协作能力的当代应用型人才。
参考文献：
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[5]李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究，2008，29（5）：78-87.
控制工程基础范文第5篇
关键词 机械控制工程基础 工程实际案例 小组讨论 科研论文
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.05.054
Abstract To solve the problems in the teaching of "Mechanical Control Engineering Foundation"， such as the insufficient enthusiasm of students， the poor teaching effect， and the deviation between the theory and the engineering practice， the present paper proposes some suggestions and measures from the aspects of teaching methods and teaching contents. Mobilizing the enthusiasm of students， diversified teaching methods including the usage of group discussions， increasing teaching contents including the cases of mechanical engineering and research paper are suggested to carry out the curriculum reform of Mechanical Control Engineering Foundation.
Key words Mechanical Control Engineering Foundation； practical engineering case； group discussion； research paper
0 引言
“机械控制工程基础”是机械类专业学生的一门专业理论基础课及专业必修课，在机械工程学科的课程建设中具有举足轻重的作用。该门课程以经典的控制理论知识及方法为基础，旨在解决机械工程系统的动力学问题以及控制论问题；同时，该课程也是机械专业“测试技术”“机电一体化技术”“过程控制与装备”以及“机器人技术”等后续课程的理论基础。因此，该门课程的教学效果一方面关系着机械类专业学生后续技术课程的学习，另一方面直接关系着学生解决实际机械工程问题的能力。
然而，在“机械控制工程基础”该门课程的实际教学过程中，由于该课程具有理论性强、对数学基础要求高、内容枯燥乏味、学科交叉明显等诸多特点，使得该门课程的教学难度较大，学生学习的热情及积极性不高。同时，目前国内该课程主要的教学还是以传统的讲授结合少量实验的形式为主，在整个学习过程中学生都处于知识点的被动接收层面，学习主动性和自主性不高、学习效果极差。另外，大多数国内高校在“机械控制工程基础”的教授过程中，理论脱离工程实际，使得学生严重缺乏利用控制理论知识解决实际工程问题的能力，学生在完成本门课的学习之后，所具备的能力往往只是停留在应试和解题的层面，大多数情况下并没有掌握或是领悟学习这门课的目的是什么，具体应用又如何，更难以利用所学知识合理有效地解决工程实际问题。为此，本文针对目前国内高校在“机械控制工程基础”这门课教授方面存在的问题，提出以下几点建议及措施。
1充分激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性
如前所述，“机械控制工程基础”该门课具有理论性强、对数学基础要求高、内容枯燥乏味等特点，因此学生在最初接触该门课程时，通常表现出学习兴趣不大，积极性不高等问题。同时，目前网络技术和计算机技术已经得到广泛发展和普及，学生们可以较为容易地从网络上获取大量的学习资源，甚至是国内外知名高校所的该门课程的优秀教学视频和资料，因此如果教师只是简单地照本宣科，会使得学生感觉教师在课题上传授的知识点简单乏味，难以激发学生的学习兴趣，使得学生学习热情不高。因此，教师在教学过程中，如何充分调动学生学习的积极性，激发学生的学习兴趣就成为能否顺利达到该门课程既定教学效果和目的的关键。笔者认为要想培养学生的学习兴趣和积极性，可以从以下几个方面着手：一是重视首堂课教学内容和方案的设定。在首堂课中合理设定教学方案，介绍并讲解该课程在工业、农业、航空航天等诸多方面的应用案例，使得学生充分认识到该门课的重要性；二是针对学生特点，合理选用教学案例。在实际的教学过程中切忌理论脱离实际，因此在知识点的讲解过程中可以充分利用案例，首先通过引入对学生来说较为新颖且易于理解的案例吸引学生，在案例的讲解过程中合理引导学生探寻、领悟并学习知识点。
2采用多样化教学方式与手段，使学生成为教学过程的主体
目前，“机械控制工程基础”这门课普遍存在着教师灌输、学生被动接收的教学现状，大多数情况下教师才是教学过程的主体，而学生只是知识的被动接收者。为此，可以采用多样化的教学方式和手段，改革传统的教师讲授加少量实验的教学形式，增加学生的参与性，使得学生成为教学学习过程的主体。例如教师可以选取合适的章节或知识点，设定适当的教学主题或工程题目，将教师教授改变为学生小组讨论的形式或者目前较为新颖的对分课堂的形式，在这一过程中教师首先安排学生查阅拓展材料或文献，自主学习获取知识；随后，教师合理地组织学生进行小组讨论，引导学生主动获取知识点，增加学生的积极性。这种形式的教学方式一方面可以充分调动学生学习的主动性和学习兴趣、增加学生思维的灵活性，另一方面可以使学生成为知识的发现者和探索者，成为教学过程的主体。但是需要指出的是，在采取小组讨论或对分课堂这样多样化的教学手段中，教师的作用同样重要，教师需要在小组讨论或对分课堂过程中合理设定题目或主题，使其难度适中。同时，要合理引导学生进行讨论，完成对知识点的探索，并保证学生注意力的集中，而不是信马由缰。
3改革教学内容，增加工程实际案例的讲解
“机械控制工程基础”最终的教学目的是为了培养学生利用控制理论知识解决机械工程实际问题的能力，如果只是泛泛地学习或者传授理论知识，而不能很好的做到理论联系实际，那么学习效果会很差，所能达到的教学目标也会很低。而目前在大多数情况下，学生学习完“机械控制工程基础”这门课程之后，往往表现出对课程的茫然，不明白也不能领悟学习这门课有什么用，学习的目的是什么，这门课又能解决什么样的工程实际问题，更谈不上利用理论知识解决实际问题。因此要想通过“机械控制工程基础”这门课的教授真正培养学生解决机械工程实际问题的能力、达到培养工程型人才的目标，需要对传统的教学内容进行必要的改革，而笔者认为“机械控制工程基础”教学内容改革的一个重要方面是在教学内容或是教材中增加与“机械控制工程基础”这门课知识点相关联的机械工程实际问题。通过讲解这些工程实际问题以及控制理论知识在这些实际工程问题中的应用，使得学生一方面可以充分认识到课程的重要性，培养学生学习的热情；更重要的是让学生了解“机械控制工程基础”这门课有什么用，用什么知识点解决问题以及怎么用的问题。使得学生通过课程的本门课程的学习真正做到理论联系实际，培养学生解决工程实际问题的能力。
另外，教师可以充分鼓励和指导学生参加相关的机电产品创新大赛等活动，一方面可以通过参加该类竞赛等相关活动让学生检验自己的学习成果，培养自己利用所学知识解决实际问题的能力；另一方面还可以培养学习的积极性和主动性，增强学生学习的自信心和成就感。
4增加科研论文选读，帮助学生了解课程发展最新的动态
此外，在具体的教学过程中，笔者认为教师可以选取并提供给学生一些较为新颖或经典的有关“机械控制工程基础”这门课程工程应用的科研论文，指导学生阅读并学习这些文献，同时要求学生课下检索并增加相关拓展材料的阅读，让学生们通过“机械控制工程基础”相关科技论文的了解和学习，加深对这门课程重要性及其在工程实际中应用的认识，让学生们了解哪些领域在应用所学课程的知识点、在应用哪些知识点、解决什么样的工程实际问题以及如何解决这些工程实际问题。通过科研论文的选读，一方面可以使学生领悟课程的重要性，把握最新的课程发展动态；另一方面可以激发学生自我学习的主动性和积极性，充分激发学生的学习兴趣。
5结语
本文针对目前“机械控制工程基础”教学过程中存在的学生积极性不高、被动接收以及理论脱离工程实际等一些问题，从激发学生兴趣、改革教手段以及优化教学内容等方面提出了一些“机械控制工程基础”课程教学改革的措施和意见。具体举措上，要求教学过程中应采用小组讨论或对分课堂等形式实现教学过程的主体由教师转变为学生；而在教学内容方面应增加机械工程实际案例，并指导学生阅读学习最新的相关科研论文及成果。以此调动学生学习的主动性、积极性，并能够真正做到学以致用，实现理论与实际的结合，培养学生解决实际工程问题的能力。
参考文献
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控制工程基础范文第6篇
关键词：控制工程基础 教学改革 实践
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-0-02
《控制工程基础》是该校测控技术与仪器、车辆工程、机械设计制造及其自动化、过程装备与控制工程等专业的一门核心课程，其主要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、反馈及控制等有关方面的内容，让学生学会信息处理和系统分析与综合的基本方法。由于所研究的问题带有普遍性，对工程实践具有重要的指导意义[1]。
该课程在整个知识结构框架中起着承前启后的作用，是联系机械与电气技术、液压技术以及动力工程等技术的纽带，是基础理论学习到专业知识学习的桥梁，为设计机电控制系统及进一步研究学习控制理论打下坚实的基础。
同时，由于《控制工程基础》是一门理论性与综合性很强的交叉学科，且与数学学科联系紧密，课程内容较为抽象，具有作图和计算多的特点，在实际的教学实践中，形成了“教师难教、学生难学”的问题，因此有必要对传统的教学模式进行思索和总结，探讨在新的教学模式体系下，如何提高教育质量和更好的培养学生。
1 目前课程教学中存在的问题
1.1 具体来讲，有以下几个方面的问题
（1）内容多，学时少
本课程是一门较为开放的学科，涉及的数学知识、电子技术等其他学科的内容越来越多，尤其是随着计算机的发展，新内容不断涌入，控制论的知识越来越丰富，然而在教学过程中，学时却被一再压缩，目前已减少至38～40学时（其中还有4个学时的实验内容），教学内容多、课时少的矛盾越来越
突出。
（2）实验单一，理论与实践脱节
实验是理论教学的不可或缺的有益补充，同时也是提升学生主动学习的积极性和原动力的主要方面，然而，目前由于近几年招生规模的扩大，实验室设备明显不足，通常采用三、四个学生一组的方式，就造成学生没有动手的机会，更给缺乏学习主动性的部分学生提供不做实验的借口，而且实验室所开设的实验大都是验证性实验，缺少综合性、设计性和创新性实验，造成学生理论与实验、实践环节脱节，根本无法满足不同学习层次的学生的需要。
（3）教学方式单一
在传统的教学模式中，教师和教科书是信息传递的主要媒介，还有黑板、粉笔、挂图、模型、仪器等，虽然有教师采用多媒体教学，但仍停留在以PowerPoint演示文稿为载体，照搬教材文字和内容进行教学的方式，起不到应有的教学效果，这已大大不适应信息社会对《控制工程基础》教学的要求。
（4）考核方式单一
在中国传统教育中，考试作为评价学生学习过程和教师教学活动的唯一标准和方式[2]，抹杀了个别学生的个性发展，这种考核方式不对学生的创新能力进行评价，必然导致部分学生在学习该课程时，过分追求考试结果而忽视学习过程，忘记了学习的本质，丧失了学习的动力，同时教师也缺乏进行教学内容和方法创新的动力。
2 课程教学改革的若干方法与实践
为适应高等教育改革进一步发展的趋势，满足培养应用型机械工程技术人才的需要，我们课题组全体教师对《控制工程基础》课程进行了一些有益的改革和实践，具体如下。
（1）优化教学内容
根据控制理论的学科的发展趋势，结合我校对机械类工科学生的人才培养的整体要求，教研室全体教师集体讨论，在既注重强调基础训练、抽象思维能力及综合应用能力的培养又符合时代特色和学科自身发展规律的基础之上，制定新的教学大纲，优选合适的教材，优化整合教学内容：增加了实际工程中经常用到的根轨迹法和现代控制论的初步内容，强化MATLAB软件在控制领域的应用内容，删去一些不够典型且已陈旧的例题和习题，取而代之的是与工程应用结合紧密、具有代表性的习题和例题，精简了一些要求过高的内容，比如高阶系统的时间响应分析、信号流图和Mason公式以及赫尔维茨判据内容，既减轻学生的负担，又能保证对控制论整体知识的理解和掌握。
（2）加强实验教学
注重理论教学和实验教学的结合，针对以往实验教学过程中的不足，在实验内容设计时，正确处理课程内容的技术性、综合性和探索性的关系，以验证性实验为基础，加大综合性、设计性和创新性实验的比例，在已有2个实验的基础上增加了系统的频率特性测试及校正、PID调节器设计等实验[3]，这些内容突破传统的实验模式，既有实物的实验，也有计算机软件模拟仿真的实验，例如我们在针对一阶系统、二阶系统的典型输入信号的时域响应的实验时，我们只给出实验目的和实验原理，让学生自己设计实验方案，一种是在实验室搭建真正的电路，另一种是采用计算机仿真软件如MATLAB或MULTISIM实现，或者让二者结合，互相验证，从而使学生发挥自己的主观能动性和创造力，结合自己的兴趣点，完成实验内容，达到实验教学的目的。
（3）教学手段多样化
将多媒体教学与传统教学科学合理地有机结合，有效提高课堂教学效率。对于多媒体课件，一定要精心组织内容，绝对不作教材内容的“搬运工”。课件将工程实践中与教学相关的图片、视频等形象、直观地向学生展示，信息量大，且时常更新，做到短时间内传递大量信息，抽象的理论与具体的工程实物结合[4]，有效地弥补了教材的不足，使学生的理解、体会更加深刻，顺利地突破这些教学重点和难点。在使用多媒体课件授课时，绝对不局限于仅仅做一个幻灯片的播放者，不能一味地依赖课件，一定要结合黑板板书等传统的授课形式，或者做一些简单的推导和证明，注意学生课堂上的反应，对学生进行启发，调动学生积极参与课堂讨论，既做到在有限的课堂提供给学生尽量多的信息，又尽可能地留给学生做笔记的时间和思考问题的空间，加深学生对问题的理解运用，使教学效率及效果得到真正意义上的
提高。
（4）建立信息反馈平台，教学相长
教师向学生传授知识的过程，从控制论的角度来说，理想状态应该是一个带有信息反馈的过程，该过程可用图1所示的方框图来表示[5]。所以，如果要达到理想的教学目的，在教学实践中，有效的信息反馈平台必不可少，我们采用利用网络、QQ群、课外学习小组、课后作业、课后答疑、平时测试、课堂提问等多种方式，有效地和学生建立了学习情况的反馈机制，通过这个平台，根据教师可以根据学生对已学知识的掌握情况，及时研究和调整教学方法，适时改变教学进度和节奏，教学相长，把教师和学生这两个不同的主体紧密的联系起来，使得教师应传授的知识与学生实际掌握的知识的误差趋近于零。
（5）丰富考核方式
根据控制工程基础对理论性和实践性要求都比较强的特点，在课程考核方面，我们尝试采取理论考核、实验考核和平时考核三者结合起来进行综合评价，合理分配三者之间的比例，其中平时考核占20%，主要由平时上课出勤情况、作业完成情况、课堂回答问题情况等组成，实验考核占30%，主要从实验态度、动手能力、创新能力、完成情况、实验报告等组成，考试占50%，采用开卷和闭卷相结合的灵活方式，对于常识性、客观性的内容采用闭卷形式，开卷主要以主观应用型题目为主，避免学生花大量时间死记硬背公式，着重考核学生对知识的深入理解和灵活应用能力（图1）。
3 结语
《控制工程基础》作为工科机械类专业中的一门核心课程，对学生的工程能力的培养是具有重要意义的。教学改革的目的是提高教学效果，培养学生学习的主动性和积极性，从而培养学生在工程实践中的创新意识和创新能力。多年来，我们教研室全体教师一直以此为目标，不断更新教育观念，积极尝试进行教学的改革和探索，初步形成具有校院自身特色的教学模式，达到了较满意的教学效果，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
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控制工程基础范文第7篇
关键词：控制工程基础 主要问题 教学改革
1 《控制工程基础》课程目前存在的主要问题
《控制工程基础》是机械设计制造及其自动化专业的一门主要的基础学科。该课程从时域、频域两个方面系统地对经典控制论的主要内容进行介绍，重点讲述了控制理论及控制系统的分析和设计，为专业课的学习打下了良好的基础，同时培养学生掌握科学地方法论，以此提高学生分析问题和解决问题的能力。我们在日常教学过程中，发现存在的以下问题，大大影响了对控制理论知识的掌握。
①课程所讲的控制理论相对比较抽象，教学推导过程相对复杂。在工程上如果讲述简化，就会让学生很难理解。
②因为学生对课程的重要性认识不深，就会失去学习的兴趣；但是因为它对实践有重要的指导意义，就需要引导学生进行学习。
③由于学生对相关学科的知识掌握不够扎实，做不到融会贯通，不能把这些相关的学科整合到一起进行问题解决。
针对上述这些问题，我们通过对近些年教学内容、教学方法和实践教学等几方面的教学改革和探索，达到良好的效果。
2 《控制工程基础》课程教学改革的探索
2.1 教学内容的调整
考虑到河北建筑工程学院学生的主要问题就是基础知识不太扎实，而毕业生大多数都将到生产一线进行工作，因此在大学阶段的时候，学校就应该有针对性的对学生进行培养，要以扎实学生基础为前提，强化学生能力和素质为辅导，使学生毕业后能够成为适应能力强的应用型工程技术人才。因此在课程内容的取舍上要突出应用性和工程性，并且要跳过繁杂的教学推导，将内容给学生讲解明白，做到有所为和有所不为。比如在讲授控制系统稳定的充要条件时，可以略去推导过程，只讲解结论就可。在介绍Naquist稳定判据时，不必讲授判据的来由，理解稳定判据并能够正确使用就行。
由于机械专业没有安排《信号与系统》和《积分变换》课程，那么就需要教授在讲课的时候要能够补充相应的知识，让学生能够融会贯通。有些概念是在《信号与系统》课程里定义的，但是本专业课程只是简单阐述或者根本不讲，比如：激励和响应，只要求理解不讲准确定义。《积分变换》中详细介绍了拉氏变换的内容，因而必须将拉氏变换补充进该课程。
在授课过程中，如何做到把课程内容讲授的详略得当，一直是我们不懈的追求与探索。
2.2 教学方法的改革
在教课过程中，我们始终围绕着学生容易理解和掌握的原则和目的来进行组织教学内容，教学方法多样只是手段。整个讲授中，围绕“自动控制系统”这一中心，抓住一根主线，即系统建模系统分析系统校正。
比如系统建模有数学描述的微分方程、传递函数和频率特性函数等，还有图示方法的系统框图和信号流图等；在进行系统分析的时候，我们同样有时域和频域的代数方式、Naquist图和Bode图的图示方法；校正分析同样有解析方法和图示方法。整个教学过程中逐步深化学生对课程内容的整体把握。
课堂教学中，教师可以随时把自己对相关知识的理解和感悟及时传达给学生，比如控制理论中的“反馈”，可以结合学生课堂上的表现或作业中的问题，介绍学生传递给教师的反馈信号，以及教师根据教学任务和反馈信号如何及时调整授课内容和方法等，最终提高教学效果和学生的学习效果。教师还可以把控制理论发展历程中科学家的故事穿插其中，将大大激发学生学习控制理论的兴趣。
为了调动学生的积极性，教师还要将传统的板书教学与多媒体教学手段有机结合起来，并充分发挥这两种教学手段的优势，这样才能在课堂教学中与学生进行良好的互动。也能够及时了解学生的学习状态和对知识的理解和掌握程度，便于能够积极调动学生学习的主观能动性，根据学生情况调整课堂节奏还要布置一定量的典型课后作业，并有针对性地对课程教学的重点知识进行巩固，还要能够及时改正作业中的错误之处。
2.3 实践教学环节的充分利用
2.3.1 改革传统实验，增设计算机仿真实验
目前，《控制工程基础》课程实验主要是验证性实验，而实验课主要是依附于理论教学。我们应该围绕实验的教学目标，按照基本知识实验、综合性实验、设计性实验三个层次组织实验教学，改革传统实验，增设计算机仿真实验。而实验内容的选择则是整个实验教学设计中最重要的一个环节，也是当前实验教学改革的重点和突破口。
MATLAB的控制系统工具箱主要处理的就是以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的问题。该工具箱主要是对控制系统的建模、分析和设计提供相对完整的解决方案，我们还可以利用该软件的现代功能，开设典型系统的时间响应和稳定性分析、控制系统的频率特性分析等项目的仿真实验，上机实验指导书可以根据教学多年的教学经验，并结合教学大纲的要求和教材的内容进行编写。而计算机仿真实验的开发，既能够节省投入资金，又可以拓展实验项目。只有通过计算机仿真实验的开设，才能够激发起学生的学习兴趣，增强学生对本课程的感性认识，才能调动起学生的积极性，培养学生的创造能力。
2.3.2 利用实习的机会，学习控制理论
开设本课程期间，学生有外出实习的机会。尤其对于机电产品比如高层住宅中运行的电梯、啤酒生产线、混凝土搅拌站等，多观察，勤思考，学习信号的检测、传递与系统自动控制的实现等。用所学理论能够解释或解决实际问题，将会给学生带来很大的成就感和满足感，也必将提升学习兴趣。
2.3.3 毕业设计是控制理论应用的最好时机
毕业设计，是学生将在学校所学的理论知识与实践很好结合的一个平台，也能够鼓励学生动手实践；近些年，学生完成的相关毕业设计题目如：粮食水分测试仪的研发、塔式起重机的遥控设计、粮食自动称重系统和单片机控制输液装置等，极好地锻炼了学生的动手能力，以及对机电结合产品中控制工程理论应用的思考。
2.3.4 鼓励和支持学生参与各种形式的科技实践活动
河北省高等院校组织的“大学生实践创新设计大赛”，有经费支持和老师指导，学生可以积极参与；国家组织的各种机器人大赛，师生都可以观摩学习；还可以参与老师的科研课题，这些都会促使学生的能力得到更好地锻炼。而且这些活动都会让学生能够更加深刻的领悟到控制工程的理论知识。
3 结束语
本课程阶段性的学习主要就是在数理基础课和专业课程之间架起一座桥梁，使两者能够有效相结合。而教师要想提高教学质量，就要对教学内容、教学方法以及实践教学等环节进行深入大胆的探索。这就需要教师在课前认真准备自己所要讲课的内容，参阅多个版本的教材，并选出学生能够接受的讲解方法，以此提高讲课效果，并充实自己的理论知识，为学生的后续专业课的学习创造良好的条件；并将理论性实验与设计型、综合型、研究性实验相结合的实践教学思路，加强对学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养，并融合到课堂与实践教学环节中。
当然，教师的专业知识结构与先进的教学水平也是决定教学结果的关键所在。因此，在教学和科研过程中，教师积累经验的同时，还要不断吸取新知识和技能，可通过参加学术研讨、观摩教学、听取学生的反馈意见等活动来提高自己的教育教学水平，以此培养出适合时展需要的具有创新能力的合格人才。
参考文献：
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控制工程基础范文第8篇
关键词： 控制工程基础 教学方法 教学过程方框图
1.引言
“控制工程基础”是工科类高等院校机械及测控类专业本科生的一门专业基础必修课。通过该课程的学习，学生能了解和掌握控制系统的分析和设计方法。该门课与数学联系紧密，具有理论性强、教学内容抽象、作图和计算较多等特点。因此，要想让学生对该门课产生兴趣并掌握该门课的主要内容，教师除了要对教学内容深刻理解，在教学方法上也要积极思索和总结。
2.教学方法思索
通过多年对“控制工程基础”课程的教学实践，我认为以下几个方面对增强该课程的教学效果有积极的帮助作用。
2.1注意强调重点内容，帮助学生提纲挈领。
重点内容包括这门课程的重点内容及每节课的重点内容。首先要让学生明确这门课程要研究的两个重点内容：对于一个具体的控制系统，如何从理论上对它的动态性能和稳态精度进行定性的分析和定量的计算；根据对系统性能的要求，如何合理地设计校正装置，使系统的性能能够全面地满足技术上的要求。这两个重点内容又被分解成为若干个知识点分布于每节课当中。因此在讲授每节课时首先要提出本节课的重点内容，结尾再次强调该重点内容，以及相应的基础知识点。在知识点掌握到适当的时候要及时总结，并和课程的研究内容相呼应，使学生能从整体的角度把握所学的知识，将知识体系在学生的大脑中系统构建起来，而不是一盘散沙。
2.2拉氏变换部分要慢讲、细讲。
拉氏变换是研究控制系统的重要数学工具，是介绍控制理论不能避开的一个重要内容，但很多学生由于对数学及复杂的数学表达式有畏难的心理，一旦理解速度跟不上讲课速度，这部分内容则成了他们继续学习的一个障碍，后面紧接着的时域响应分析理解起来就比较吃力，致使通过前面授课使学生产生的对控制这门学科的兴趣顿时丧失。失去了“兴趣”这个最好的老师，学习效果可想而知。这一点其他老师也有体会［1］［2］。针对这个现象，建议在介绍这部分知识时，一定要放慢讲课的速度，把拉氏变换的概念、特点、性质、变换与反变换的方法等通过结合例题的形式简单清楚地呈现给学生。一旦消灭了拉氏变换这个“拦路虎”，后面的学习则没有了心理负担，学习效果就会好很多。
2.3善于整理相关知识，帮助学生融会贯通。
控制系统的性能分析主要包含三个内容：稳定性、快速性和准确性，这三个内容均从时域和频域给出了不同的分析方法。但这些知识点在教材中是分散的，因此教师需要对这些分散的相关知识进行整理，帮助学生真正掌握这些知识。以稳定性分析为例，当学生学习了Routh稳定性判据、Nyquist稳定性判据和Bode图上的稳定性判据（主要是根据相位裕量［3］）之后，可以让学生用这三种不同的方法确定使一个闭环系统临界稳定的增益值，并将所得结果用根轨迹法确定出的临界增益值进行验证。通过这个例子不仅可以加深学生对各稳定性判据的熟练应用，而且可以使学生对稳定性分析这个知识点融会贯通。
2.4善于通过比较帮助学生消化知识。
有些知识点分散开讲不如放在一起比较着讲更利于学生对知识的理解和掌握。比如控制系统的设计部分是本科教学的一个重点和难点，在频域里介绍到的典型校正装置主要是超前校正、滞后校正和滞后――超前校正。大多数教科书用不同的例题介绍不同的校正装置，虽然学生也能够理解，但印象不太深刻，为使学生对各校正装置的特点有更深刻的认识，建议可将不同的校正装置用于对同一系统的校正中，通过对不同校正装置特点的比较加深学生对知识的理解和掌握。
例如有这样一个闭环控制系统，其开环传递函数为：Gs=Ks（0.2s+1），要求该系统满足两点性能指标要求：（1）单位斜坡信号作用下的速度误差不超过输入信号斜率值的0.32%；（2）最大超调量不超过20%。该题未对响应速度提出具体要求，其校正装置的设计不唯一，因此可以以此题为例将超前校正和滞后校正同时作为该系统的校正装置并将校正结果绘制于同一个Bode图中，通过比较来让学生理解和掌握这个知识点。图1是不同校正装置校正结果的比较图。其中相位超前校正装置的传递函数为：αGc1s=1+0.041s1+0.0055s，相位超前校正装置的Bode图用双点划线表示，用该装置对系统校正后的Bode图用粗实线表示；相位滞后校正装置的传递函数为：Gc2s=1+3.34s1+334s，相位滞后校正装置的Bode图也用双点划线表示，用该装置对系统校正后的Bode图用虚线表示。
根据对图1中不同校正装置校正结果的比较，学生就能够迅速而牢固地掌握这两种校正装置的特点：（1）超前校正以其相位超前特性在幅值穿越频率附近获得校正效果，滞后校正则通过其高频衰减特性，在远低于幅值穿越频率的低频段产生校正作用；（2）超前校正系统的带宽总是大于滞后校正系统的带宽，因而超前校正系统有着更快的响应速度；（3）滞后校正降低了系统在高频段的增益，但并不降低系统在低频段的增益，所以低频增益可以增加，从而提高稳态控制精度，而且系统具有较好的抑噪能力等。
2.5将Matlab作为辅助教学手段融入多媒体课件。
很多新版的控制理论方面的教科书把Matlab这一先进的系统分析和计算软件编入其中，由此可见其在控制理论学习中的重要作用。利用该软件可以将许多抽象的、枯燥的控制理论知识生动形象而又直观地呈现给学生［4］［5］，对于激发学生的学习兴趣，提高教学效率等有着非常明显的作用。
2.6积极获取学生对知识掌握程度的反馈信息。
获取反馈信息是教师教学过程中非常重要的一个环节。反馈信息的获得有多个渠道，如课下与学生的交流、阶段性学习的测试、答疑及批改作业等。教师可根据所获取的反馈信息及时了解学生对各知识点的掌握程度，并据此修订教学计划、改进教学方法、完善教学指导，从而提高教学质量。
3.结语
教师的教学过程是遵循控制系统的反馈工作原理的。该过程可用一方框图来表示，见图2。教师首先应深刻理解传授的教学内容，研究相应的教学方法，并在教学过程中通过各种手段充分获取学生实际掌握知识情况的反馈信息，据此对采用的教学方法进行调整，最终才能提高教学效率，使学生更好地掌握大纲要求的知识。
参考文献：
［1］孟令雅.自动控制理论教学漫谈［J］.电气电子教学学报，2006，28（1）：48-50.
［2］李涛.自动控制理论课程教学改革探索［J］.考试周刊，2008，35：15.
控制工程基础范文第9篇
关键词：工程教育；实验教学；控制工程基础
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）07-0006-02
实施高等工程教育专业认证，对于提高高等教育质量，推动高等教育在各个方面的改革有很好的促进作用，同时也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1-2]。中国工程教育专业认证协会在
2015年修订并出台了新的通用认证标准，毕业要求项包含的12项内容中，工程知识、问题分析和研究这三项内容要求学生能够将所学专业知识用于解决复杂工程问题、能够应用数学和自然科学及工程科学的基本原理分析复杂工程问题、能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究并得到合理有效的结论，为了达到这样的要求，在课程的教学过程中对学生应该有针对性的训练，如何设计实验内容、改进实验教学方法和增加实验分析对于学生的思维开发、综合分析问题的能力的提高、得出针对相关复杂工程问题解决的有效结论是很有效的。
一、工程教育背景下实验改革的意义
传统的高等工程教育把获取知识、拥有知识作为课程的主要目标。实际上，获取的知识如果得不到应用，就不能深化为能力，这些知识将很快被遗忘，因此，能力的培养应是课程的主要目标，要使学生自觉主动地参与课程的学习，教师的职责不仅是授业，更重要的是培养学生在实践中自主学习、综合分析和创新的能力。
“控制工程基础”课程作为沈阳航空航天大学机械、航宇和材料等专业的一门重要的专业基础课程，2009年被评为辽宁省省级精品课程，理论性很强。作为实践教学的重要组成部分，实验是教学过程中不可缺少的重要环节，实验对于激发学生学习兴趣，促进学生将知识转化为能力、逐步地完成由学习者到实践者的转化，满足社会对应用型专业人才的需求，具有不可替代的作用[3]。通过实验有助于把枯燥抽象的理论形象化，加深对理论知识的理解，也是培养学生分析能力、动手能力、创新能力、自主学习能力的重要环节。
在工程教育背景下，我们必须对现阶段的教学模式进行调整，培养出具备丰富的理论知识和实践经验的工程师。实验可以使学生在掌握扎实的理论基础的同时获得一定的实践能力和工程应用认识，合理的实验教学不仅可以培养学生的动手能力，也能提高学生的独立思考和综合分析问题的能力。因此，如何提高“控制工程基础”实验课程的教学质量，提高学生在实验中的自主学习、自主实践的兴趣和积极性是当前面临的迫切任务。
二、“控制工程基础”实验教学现状
2005年课程教学团队将实验改革为Matlab仿真实验，可使学生直观地看到实验结果，丰富了感性认识。但是，本课程在实验内容和教学方法上的弊端已经不适应现阶段工程教育的需求，存在如下问题。
（一）控制系统直观概念模糊
实验的内容是由控制系统的传递函数编程绘制出响应曲线、频率特性曲线或零极点分布图，只能培养学生在仿真方面的初步能力，学生接触到的仅仅是抽象的系统数学模型，是一堆堆的字符和数字，对控制系统的理解仍停留在传递函数阶段。这种教学模式，使得学生很难将抽象的数学表达式与实际的控制系统联系起来，难以对控制系统建立起直观的概念。
（二）实验类型设置不当
实验类型均为验证性，是对基本理论知识的验证，实验项目中可变化的参数很少，仿照例题的程序，只要稍加改动就可以编写出与思考题相对应的程序，键盘输入无误就可以直接运行出结果完成实验，以此进行理论的验证，学生处于被动学习的地位，难以建立基本的工程意识，实验效果一般。
（三）教学模式陈旧
在实验教学过程中依然采用传统的以教师为主体的方式，尽管实验指导书已经编写得很详细，但是实验开始时指导教师依然进行细致的讲解，学生运行出结果就等待教师检查，出现问题就等待教师帮助解决，学生对指导教师的依赖性很强，教师没能起到引导学生主动思考的作用。
（四）忽视实验结果分析
实验报告的书写都以学生抄写实验原理和实验程序为主，对于实验过程中出现的问题和解决方法没有进行阐述，对于得到的实验曲线或实验数据没有给出相应的结论，仅注重数据的正确性，不利于培养学生利用实验的结果进行分析总结的能力。
三、“控制工程基础”实验教学改革的措施
针对在“控制工程基础”实验教学中存在的一些问题，对提高学生在实验中的自主学习、自主实践的兴趣和积极性是当前面临的迫切任务进行了思考，探索出了适应工程教育的背景的一些实验改革措施。光明日报2013年11月27日16版的一篇文章《工程教育认证对于中国高等教育意味着什么》指出，“教育要首先关注学生的感受”、“教学要从句号课堂向问号课堂转变”，工程教育的核心理念是“以学生为中心”，因此实验教学也要充分发挥学生的主体作用。
（一）设置合理的实验体系
控制工程基础范文第10篇
关键词：控制工程基础；案例式教学；军队院校
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0070-02
随着军队院校教育改革的进一步深化，在构建新型课程体系中应坚持通识教育与专业教育相结合，注重加强基础和提高适应能力。按照大专业、多方向、宽口径的培养思想，在新版人才培养方案中，将“控制工程基础”设为全院所有工程专业的专业教育选修课程。该课程全面阐述了自动控制的基本概念、基本理论与基本应用，理论严谨，系统性强，且具有很强的工程背景。该课程不仅可以为各专业后续专业课程的学习打下坚实的基础，而且对于培养学生的辩证思维能力和创新能力，提高综合分析问题、解决问题的能力等方面，都具有重要的意义。在以往的授课中，存在以下问题直接影响着教学效果：一是控制工程基础理论性强，公式多，抽象难懂，缺乏理论与实践的紧密结合，因此学生看到的是抽象的理论，而没有实际操作，久而久之，学生会对高深的理论失去信心。二是教师往往严格按知识点的顺序进行讲授式教学，虽然逻辑严密，但学生在学习过程中难见全貌，并且以讲授为主的教学手段，使课堂气氛沉闷，很难激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，学习效果也不理想。三是笔者所在工程院校，“控制工程基础”课程是面向所有专业开设的选修课程。不同于控制专业的学生，通信、电气等专业的学生普遍认为“控制工程基础”课程与本专业没什么关系，学习积极性不高，学生的学习目的不明确。
为解决以上问题，需对“控制工程基础”课程教学中的各环节进行改革。其中，案例式教学就是一种运用日益广泛且相当有效的课程教学方法。在“控制工程基础”课程授课中合理采用案例式教学法，能有效调动学员的积极性，加深学员对重要概念、理论的理解，提升学员解决实际问题的工程实践能力等，具有明显的优势。
一、案例式教学法
案例教学法的历史可以追溯到孔子与苏格拉底的“问答式”教学，其定义是：教师以教学案例为载体，在课堂上帮助学习者达到特定学习目标的一套教学方法。案例教学法是一个以教师为主导、以学生为主体、全员分析与解决问题的过程。[1]学员在案例处理中，运用课程所学的“源知识”，发挥自己的思考和智慧解决问题，在参与中理解、探索出“衍生知识”，“参与”就是“掌握”的保障。
案例式教学法一般可分为学员自行准备、小组讨论准备、小组集中讨论和总结四个阶段。首先，一般在正式开始集中讨论前，就要把案例材料发给学员。让学员阅读案例材料，搜集必要的信息，并积极思索，初步形成关于案例中的问题的原因分析和解决方案。教师可以在这个阶段给学员列出一些思考题，让学员有针对性地开展准备工作。其次，各小组应以有效的方式自行组织讨论。再次，在正式上课时间内组织集中讨论。由各小组派出代表介绍本小组对于案例的分析和处理意见，并接受其他小组的讯问并作出解释。教师可以提出几个意见比较集中的问题和处理方式进行重点讨论，以将学员的注意力引导到方案的合理解决上来。最后，讨论完成之后，教师应该留出一定的时间让学员自己进行思考和总结，同时这也是获取知识和经验的重要方式。案例引入有案例―讲解―总结回顾、讲解―案例―反馈、案例―讲解―案例―总结回顾三种方式。[2]应根据具体知识点，在教学过程中不断摸索和改进，合理选择案例引入方式和科学应用。
案例式教学的关键在于案例的准备、编写是否妥当，能否激发学生的思路、提高课堂授课效果，这都决定了案例式教学的成功与否。案例是许多知识的综合体，优秀案例应具备以下特点：一是趣味性。二是结果多元化。三是案例内容具有一定的代表性和普遍性，具有举一反三、触类旁通的作用。同时，不是所有的知识点都能够或者都有必要寻求典型案例的分析。因此，并不是所有的课程以及课程的所有知识点都普遍适合采用案例教学法。笔者认为，针对“控制工程基础”课程的特点，可以选择以下两类案例用于课程教学：一是能够贯穿整个课程教学过程的综合案例。该案例应尽可能涵盖经典控制理论中的所有知识点，涵盖各种工程应用技术，同时还应是贴近生活、容易理解的案例，如水位控制系统、直流电机速度控制系统等。二是数个小案例。在通过上述完整案例讲授某一知识点时，适当补充几个小案例有利于学生对该知识点的进一步理解。但案例教学不是举例教学，人们所习惯的“案例教学”实际上是举例子，往往是就事论事，缺乏深层次的理论思考，所举例子也只是虚构的或真实案例片断或者干脆是教师即兴所得，其功能仅限于解释和补充说明所讲授的理论内容，是对所宣讲理论的简单重复。
二、案例式教学的课堂实践
下面引用一个连续案例和一个独立案例来分析案例式教学所能达到的效果。
1.综合案例
液位控制系统[3]在控制工程方面有一定的典型性，比较贴近学生的经验，易于学生理解，其中液位、流量等变量都比较直观，而且它们之间定性和定量的关系也易于理解，为后面深入系统地分析且引导出相应的概念、原理打下坚实的感性认识基础。液位控制系统是一个贯穿整门课程的综合案例。
课中，可以举出诸如抽水箱水位控制、锅炉液位控制系统等实例，使学生在浓厚的兴趣中对自动控制产生感性认识，发现单调的理论知识与生活实例、工程实例之间的联系，并准确掌握控制系统组成、基本控制方式等基本概念。随着学习的深入，作为定量分析的基础，结合具体系统可以总结建立系统各种数学模型的方法，并通过对比，引导学生发现各种模型的特点和联系。在学习控制系统时域分析法时，可以获得系统实际液位的变化曲线，帮助学生形象地理解各种性能指标的含义。介绍到PID控制器时，可以启发学生进一步探讨水箱水位控制系统的控制器是什么，通过课堂讨论，分析出该系统是利用杠杆原理实现的比例控制。通过对案例的深入分析，让学生能够充分理解理论知识和实际应用的联系，提高学生的知识应用能力。[4]
2.稳定性补充案例
针对稳定性部分的教学内容，使用“垮塌的塔科马大桥”作为补充案例，用于引出控制系统稳定性的问题、总结稳定性的定义，同时案例的趣味性可以激发学生的学习兴趣。
案例描述：1940年11月8日美国华盛顿州的《塔科马新闻论坛》刊登了一则轰动一时的爆炸新闻，大字标题“海峡大桥坍塌”。塔科马大桥是一座跨海悬索桥，姿态苗条，造型优美，号称当时世界第三。大桥于1940年7月1日建成通车，只要有风，这座大桥就会晃动。1940年11月7日，一阵不算很大的风激发起大桥的振动，且随着持续的风吹，跨边上下翘起的最大幅度越来越大，以指数状增大，仅十几分钟，振幅就达到28英尺（8.5米），最终大桥在震耳欲聋怒吼声中坍塌。
问题：从控制理论的角度分析大桥垮塌的原因。
分析：从生动的生活实例引导学生从控制理论的角度分析问题，将大桥当做一个控制系统，定性分析当风作为外作用时大桥的形变问题。结合大桥垮塌的现象，引导学生得出大桥本身是一个临界稳定系统的结论。进一步通过计算机仿真或理论推导等手段，启发学生理解对于临界稳定的控制系统，当正弦外作用的频率等于系统固有频率时，系统响应发散，这也是导致大桥最终断裂的原因之一。说明临界稳定系统不具有工程实用性。
三、结论
案例教学法是以培养学生的能力为核心的新型教学法，使用该教学方法，选择某些合适的工程实际，通过多媒体的有效传媒手段，结合传统教学手段，对提高理工科院校专业课的教学效果帮助很大，具有一定的推广性。同时，优秀的案例具有一定的交流性，对于提高整体授课质量有着不小的益处。但是在案例式教学应用中，应注意以下方面：一是案例式教学耗时较多；二是授课中不同专业背景的学生往往更容易接受和理解本专业的一些案例，所以要针对授课对象具体为之；三是案例式教学弥补了传统讲授法的一些不足，具有很大的优越性，但它并不能取代讲授法而独立存在。
参考文献：
[1]王学仁，艾春安，宁超.高等院校“传热学”案例式教学法探讨[J].中国电力教育，2010，（12）：74-76.
[2]王平.案例式教学中关于案例引入方式的思考[J].济南职业学院学报，2008，（2）：29-30.
[3]黄坚.自动控制原理及其应用[M].北京：高等教育出版社，2009.