田飛 施剛 施衛(wèi)東 歐鳴雄 徐偉幸

摘要：隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展，面向能源與動力工程學(xué)科的控制基礎(chǔ)理論教學(xué)也發(fā)生了變化。本文根據(jù)筆者所在教研組教學(xué)實踐，授課方式由老師講解走向?qū)嶒炇?、學(xué)生講課、視頻補充等理論與實踐相結(jié)合的教授方式，由單一化教學(xué)向翻轉(zhuǎn)課堂、慕課和虛擬實驗等多形式化發(fā)展，使學(xué)生的能力得到很大的提升，提高綜合素質(zhì)，取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：能源與動力工程控制基礎(chǔ)；教學(xué)一體化；案例教學(xué)；慕課；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）43-0088-02

一、課程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

傳統(tǒng)教學(xué)圍繞課本展開教學(xué)，具有理論重、實踐輕的特點，學(xué)生學(xué)習(xí)靠想象，對于實際的控制系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化卻無能為力。《能源與動力工程控制基礎(chǔ)》課程，我們編寫了新教材，對課程結(jié)構(gòu)進行了改革，制定了新大綱，確保理論不少，推導(dǎo)過程不減，除了自動控制原有的經(jīng)典算例外，還補充了與能源與動力工程專業(yè)相關(guān)的工程實例，引入Matlab軟件的學(xué)習(xí)與實例。為讓學(xué)生更加直觀的認識控制系統(tǒng)，該課程還增加了實踐課，實踐的具體系統(tǒng)也是與本學(xué)科相關(guān)的具體實例?？傊?，優(yōu)化后的課程突出了本課程特點，更有利于能源與動力工程學(xué)科的學(xué)生學(xué)習(xí)。

二、理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)手段

本著理論和實踐相結(jié)合的宗旨，形成了板書+PPT+動畫展示+上機（Matlab）+實驗的學(xué)習(xí)一體化模式經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，我學(xué)院本。在教學(xué)過程中，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，使學(xué)生循序漸進的理解、掌握控制原理基本理論和方法，進而進一步運用理論解決專業(yè)問題。

1.教師講解?！赌茉磁c動力工程控制基礎(chǔ)》這個課程涉及到大量的理論基礎(chǔ)，有很多的概念容易混淆，課堂上的講解是重要的，且必不可少的。對于概念、理論的講解，教師主要是板書+PPT的形式，結(jié)合算例對比、提問進行講授。以本課程第二章里提到的“同一系統(tǒng)，不同的輸入量，相同的輸出量，其系統(tǒng)的微分方程將不同”為例，這個問題很好理解，但是在實際應(yīng)用中卻常常出錯，一旦出錯，后面所有的系統(tǒng)特性、優(yōu)化都將是無用功，一切都要重新再來。為了加深學(xué)生對于不同輸入量和輸出量的理解，在教學(xué)中以舉例形式給學(xué)生講解，以增加學(xué)生的理解和提高他們的重視，避免今后在系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化中犯錯。在講授過程中，應(yīng)用了大量的對比例題的講解和比較，幫助學(xué)生更深的體會本課程的理論和概念。

2.翻轉(zhuǎn)課堂——學(xué)生課堂學(xué)生做主。由于受課時的限制，在課堂上，對于Matlab軟件，只能是程序和語法的介紹，以及簡單算例的引入，如下圖1（見下頁）所示，其繪圖速度、精度是傳統(tǒng)手工繪圖無法比擬的，讓學(xué)生能夠體會軟件的便捷，從而激起他們學(xué)習(xí)的欲望。

在每一章節(jié)的學(xué)習(xí)中，均會布置不同系統(tǒng)的算例，學(xué)生分組，課后自學(xué)Matlab，上交程序和所需的數(shù)據(jù)圖形。抽選最優(yōu)秀的算例和最差的算例，課堂上給出20—30分鐘，由學(xué)生講授算例中所涉及的控制基礎(chǔ)知識、理論，編程涉及到的基本語句，以及重點難點。其他學(xué)生和授課教師一起提問、討論，提出改進方案。這樣的形式會在整學(xué)期的課堂上進行5—6次，即擴充了本課程教學(xué)內(nèi)容，又活躍課堂氣氛，提高學(xué)生自學(xué)能力、語言表達能力、應(yīng)用能力和團隊合作能力。

3.案例教學(xué)實驗。本課程實驗依托江蘇大學(xué)能源與動力工程實驗中心，在學(xué)院現(xiàn)有教學(xué)、科研的實驗基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有的實驗系統(tǒng)，加上與本課程相關(guān)的控制系統(tǒng)。比如水泵測試系統(tǒng)是本中心現(xiàn)有的系統(tǒng)，在水泵測試系統(tǒng)中附加入電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，在單獨的操作界面中供學(xué)生操作實驗，學(xué)生可以通過輸入不同的電機轉(zhuǎn)速，得出水泵內(nèi)某截面流體的不同流速分布圖。這些控制系統(tǒng)是我們教研組老師開發(fā)的，授課教師會將控制系統(tǒng)的電路圖、應(yīng)用的原理講授給學(xué)生，學(xué)生只能操作，感受一下控制的輸入量和輸出量，看到控制結(jié)果。

2017年，教研組申請開發(fā)了能源與動力工程控制基礎(chǔ)虛擬實驗平臺，在平臺內(nèi)，學(xué)生可以自己設(shè)計控制系統(tǒng)，組裝模塊，最終可以模擬控制過程、結(jié)果，對于系統(tǒng)的修改也很方便。學(xué)生更加直觀的了解控制系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化的全過程。這種虛擬實驗平臺，比起我們實際搭建實驗平臺要省時省力省資金，在效果上，完全可以替代實際的實驗。

4.慕課——課堂知識的鞏固和延伸。針對能源與動力工程控制基礎(chǔ)這門課的重點難點，課后習(xí)題講解，還有限于課時，沒有展開講解的內(nèi)容，我們教研組制作了若干10分鐘的小視頻、共享PPT等。一個個視頻、PPT將知識點分解，講解言簡意賅，學(xué)生可以根據(jù)自己掌握情況，在課后，有選擇性的反復(fù)觀看視頻和PPT，加深對重難點知識的理解。

三、以能力測試為重點的考核方式

對于能源與動力工程專業(yè)的學(xué)生來說，控制基礎(chǔ)是實踐性很強的課。教師將考核分別三部分，一部分是學(xué)生平時利用Matlab給出算例情況；一部分是虛擬實驗平臺上，按照老師給的參數(shù)、要實現(xiàn)的控制功能，根據(jù)學(xué)生設(shè)計、開發(fā)的控制系統(tǒng)情況、實驗報告等；還有一部分是筆試，主要考核課程所學(xué)的基礎(chǔ)理論、概念、方法掌握和熟練情況。三部分成績，按照2：2：6的比例，合成最終的成績。這樣，即重視了實驗，學(xué)生的實踐能力，又考核了知識與技能。

四、教學(xué)效果

為了了解這個一體化教學(xué)的效果，特對2015級江蘇大學(xué)能動學(xué)院學(xué)生和2015級京江學(xué)院的流體機械學(xué)生約400人進行無名問卷調(diào)查。90%的同學(xué)認為慕課教學(xué)對課程學(xué)習(xí)有很大幫助，表示遇到難點、不會的知識點會去查相關(guān)視頻和PPT進行學(xué)習(xí)，87%的學(xué)生對虛擬實驗平臺感興趣，喜歡在平臺上設(shè)計控制系統(tǒng)，88%的學(xué)生覺得翻轉(zhuǎn)課堂很有參與感，讓他們自己學(xué)習(xí)自己講解，對知識點的理解更加深入，84%的學(xué)生覺得老師的課堂講解非常生動，利用算例對比講解，他們更加能夠接受，91%的學(xué)生熟練掌握Matlab軟件，98%的學(xué)生認同這門課程的重要性，認為這是一門很有用的課程。另外，對該級學(xué)生成績進行統(tǒng)計，97%的學(xué)生成績合格。由此可見，我們總結(jié)的這套教學(xué)體系，學(xué)生是接受的，學(xué)生對知識點的掌握是到位的。

總之，這套教學(xué)體系提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性、創(chuàng)造性，促進了理論和實踐的結(jié)合，使得學(xué)生更加明確了學(xué)習(xí)方向。通過教學(xué)改革，學(xué)生的理論水平和動手能力都得到了很大的提升，提高教學(xué)質(zhì)量，達到教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力和解決問題的能力。

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Abstract：With the development of science and technology，the teaching of basic theory of control for energy and power engineering has changed.According to the author's research group teaching practice，teaching methods by the teacher explained the theory and practice to the laboratory，student lectures，video supplement combining Professor，from single teaching to flip the classroom，Mu class and virtual experiment and other forms of development，the ability of students have been greatly improved，improve the comprehensive quality.Good results have been achieved.

Key words：Control foundation of energy and power engineering；Integration of teaching；Case teaching；MOOCs；flipped classroom