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研究控制工程的教学内容体系论文

研究控制工程的教学内容体系论文

1.引言

长久以来，除了高等数学外，自动化专业所需要的工程数学知识

散见于多门课程之中，例如线性代数、复变函数理论，积分变换等。

各个课程通常强调各自的理论体系，一些知识学习理解比较困难，但

后续专业课程甚至专业生涯中都很少用到。因此，在精简教学课时的

教改大潮中，一些学校将某些工程数学课程逐出教学计划，以腾出足

够的课时给随着信息技术迅速发展而需要开设的课程。但是，这样又

给学生造成知识体系的缺失，不利于构建学生完整的知识结构。因此，

如何用不多的课时，教给学生必要而足够的工程数学知识，就成为应

用技术主导型自动化专业教学改革的一个值得注意的课题。

北京信息科技大学自动化专业是国家级特色建设专业“控制工程

数学基础”课程是我校自动化学院的公共专业基础课，是重点建设的

课程之一。为我校自动化、智能科学技术、电气工程及自动化等专业

本科生开设的必修课，其先修课程为高等数学，后续课程有电路分析

基础、自动控制原理、现代控制理论、系统仿真、数字信号处理、计

算机控制系统等，它是一门理论性和实践性较强的工具类课程。

“控制工程数学基础”课程对培养学生学习兴趣、夯实学生基础

知识、进行后续课程的学习起着非常重要的作用。也可以这样说，本

课程教学的成功与否直接关系到学生基本素质与能力的培养与发展。

学生对该课程学习的好坏、对有关知识点掌握的熟练程度如何，能否

有效地实施相关实践教学环节，将直接关系到学生运用专业知识解决

实际问题的能力。因此，我们在“控制工程数学基础”课程的教学内

容安排上进行了改革，修订了新的教学大纲。

2.教材改革

我校“控制工程数学基础”课程的教学以前选用的教材是“信号

与系统教程”学生普遍对该课程非常重视，但其内容对于大一学生来

说，有很大的难度，不容易学懂。为了调动学生学习的积极性，堤高

教学效果，促进教学质量的堤高，我们课程组探索和尝试着对课程的

教学内容进行改革，出版“控制工程数学基础”教材，以堤高教学的

实际效果。

本课程教材改革是由该学科内容的抽象性、逻辑性和系统性以及

所要求的基础知识的广博性所决定的。课程教材的编写应该考虑到以

下三个问题：首先是对于自动控制的相关基本概念、原理和方法应有

明确的表述，使学生形成对整个理论体系一个总体的把握。其次是适

当增加控制理论教材中工程应用的例子，把新的知识建构在学生已有

的知识结构的基础上。第三，在改革教材方面，采取以教材为主，与

之对应的辅导材料为辅的教学参考模式。

3.教学内容体系研究

教学内容是教学改革的重要一环。针对教学实际情况，结合专业

培养人才目标的需要，我们对本课程内容进行了调整和充实。基本概

念、基本原理、基本方法必须要牢固掌握，加强训练的力度和内容。

一些定理的证明不追求其严密性，只给出简要的解释或说明，重点强

调结论的正确内涵直观意义和满足条件。面向实际应用的问题，强调

其来龙去脉，便于面向对象处理问题。具有物理背景内容的教学，如

滤波器等，增加物理系统的实例。物理意义弄清楚，不仅有利于学生

理解内容，而且便于记忆一些传统教学内容不便表述或计算的问题。

教学内容要使学生明了怎样把所学理论用于工程实际，促进课程

教学内容的改革。在教学内容的组织与安排上，将各章节定为既相对

独立的教学周期，又与下一章节内容有机结合，相辅相成。这样所有

的教学内容通过这种周期循环和相互连接、重复与不断强化的过程，

就可以达到使学生理解所学理论的知识体系和扎实学生理论知识的目

的。比如教学过程中，通过一个运动控制系统的实例，就可以给出一

些基本控制理论概念，然后用基本物理知识和数学知识对它建立数学

模型。

傅里叶变换、拉普拉斯变换和z变换是工程实践中用来求解线性

常微分方程的简便工具，同时也是建立系统在频率域数学模型-频率特

性、复数域的数学模型-传递函数和z域的数学模型-脉冲传递函数的工

程数学基础。这些工程数学的运算能力是自动化及相关专业从事科研

和技术工作的基本功，而在目前的课程体系中，像傅里叶变换、拉普

拉斯变换和z变换是分别在不同学期、不同课程中讲授的，学时又较

少，这样就造成学生对这些知识的掌握缺乏系统性和扎实性，在本科

生毕业设计和研究生教学中明显地暴露出来这方面的弱点。

本教学改革以控制工程所需要解决的问题为出发点，在