【摘要】根据新时代人才培养需求的不断变化和控制工程基础课程教学改革的需要，结合北京信息科技大学的实际情况，文章提出多元融合的控制工程基础课程教学改革方案。将MATLAB、Multisim以及虚拟仪器等技术有机融合，在进一步改善教学质量的同时激发学生的学习兴趣、提高学生解决复杂工程问题的能力。
【关键词】控制工程基础；MATLAB；虚拟仪器；NIELVISIII
0引言
近年来，工程教育专业认证得到社会各界的广泛关注。信息化时代，工程教育专业认证对高校培养应用型专业人才提出了更加严格的标准和要求，要将以学生为主体、以成果产出为导向、以持续不断改进这三大教育理念贯穿人才培养全过程[1，2]。紧扣学生培养目标和毕业要求，不断改进和探索教育模式和教学方法，增强学生的综合素养和创新精神，提高解决复杂工程问题的能力。控制工程基础是一门多学科交叉融合的基础理论课，是测控技术与仪器专业的基础课，理论性和实践性很强，要求学生具有扎实的数学功底和专业素养。传统的教学模式和教学方法已经难以适应工程教育专业认证和信息化时代应用型专业人才培养的需求。因此，对控制工程基础课程进行教学改革是新时代培养高素质、复合型人才的必然趋势。
1加强课堂教中的师生互动
控制工程基础课程包含大量的理论知识和抽象概念。本课程涉及的时域分析、根轨迹、频率特性分析中包含大量的图解方法。板书绘图直观生动，但是绘图过程烦琐，耗费了大量课堂学时，这在一定程度上降低了教学效率和教学质量。结合多媒体教学，可以在幻灯片中显示一阶、二阶系统的时域响应、根轨迹、奈氏（Nyquist）图、或伯德（Bode）图等，可以有效提高教学效率，但仍缺少曲线的动态绘制过程。学生在课堂上学到的仅是老师事先准备好的材料，很多情况下不能根据学生的要求现场展示不同参数对应的曲线变化，互动性和实时性较差[3]。针对这一现状，将MATLAB应用于控制工程基础课程的教学过程当中，针对各章节中不同知识点演示不同问题的MATLAB编程方法和求解过程，如控制系统建模、编写相应的仿真程序、绘制曲线等，将抽象的理论知识与具体的响应特性结合起来，帮助学生在加深对理论认识的同时掌握MATLAB编程语言。MATLAB中可以任意修改模型参数，绘制模型的仿真曲线，并且与电路仿真以及实物电路的结果进行对比分析。通过课堂的动态演示和学生的反复练习，可以充分调动学生的学习兴趣，引导学生多思考、多动手、多探索、多创新，从而大大提高教学效果。
2构建虚实结合的实践教学模式
实践教学与理论教学是密不可分的有机整体，二者相辅相成。在当前工程教育专业认证、一流专业建设、卓越工程师等教育背景下，要求高校在应用型专业人才培养的过程中更加重视实践教学的重要性，要将理论与实践紧密结合，与时俱进，不断创新。根据测控专业的培养目标，进一步改进和完善实验教学内容，以Multisim和NIELVISIII平台为基础，构建由基础验证实验、综合应用实验以及创新设计实验组成的实践教学方案，培养善于思考、乐于动手、勤于探索的高素质应用型专业人才。
2.1基于Multisim软件完成控制系统的电路仿真
由于控制基础课程实验的实物电路通常较为复杂，学生在实验过程中，由于对控制系统的结构和模型还不熟悉，错误地连线、盲目地调节电位器、电容器等，很容易造成元器件的损坏或电路损坏。如果采用Multisim进行硬件电路的仿真，提前在仿真环境中完成元器件参数的合理选择、电路输入输出模型的测试，将会有效指导实物电路的搭建。如图1所示为二阶欠阻尼系统，1a为Multisim软件的仿真电路；1b为该系统的仿真结果。
2.2基于NIELVISIII平台完成实物电路搭建和参数测量
NIELVISIII是美国国家仪器公司提出的一种面向“新工科”的创新工程教学实验平台（见图2），它将仪器和嵌入式设计与网络驱动的体验相结合，集成了一套常用的实验室仪器，包括模拟和数字I/O以及高性能嵌入式控制器，不仅可通过USB接口，还可使用WiFi和以太网与计算机连接，实现简单、便捷、快速的采集、测量和显示[4，5]。本课程组选择NIELVISIII数据采集平台作为控制工程基础实验综合创新平台，配套的面包板可供学生根据系统电路图自由搭建实物电路，在动手过程中更好地培养学生的实际动手能力。并利用平台集成的示波器、函数发生器、数值万用表、逻辑分析仪、波特分析仪、可变电源等模块，测量电路各项指标参数。
3构建线上线下融合的多维教学资源库
开展线上线下融合的混合式教学是信息时代的必然选择，有利于实现传统课堂转型，提高教学质量[6]。将线上教学与线下教学有机融合，充分发挥二者的互补优势，结合本校实际情况，构建“以学生为本”的线下线上融合的多维教学资源库。具体来说，基于学习通软件构建教学资源库，使学生对课程的学习不受时间、地域的限制。根据控制工程基础课程教学大纲的要求细化知识点，有针对性地设置不同难易程度的任务点，主要形式包括视频、文档、测试等，覆盖课前预习、课堂学习、课后复习等各个教学环节。考查学生对任务点的完成时间、完成程度、正确率、反复学习次数等，进行多维度综合考评。通过学习通教学平台进行考勤签到、选人回答、小组讨论、资料分享、收发作业等师生互动。另外，录制课堂教学的视频并及时在线上教学平台，方便学生能够结合自身情况有针对性地回放和复习。此外，学习通平台还拥有强大的网络资源，包括图书库、期刊库及精品课程等资源，方便感兴趣的同学拓宽视野。在整个“教”与“学”的过程中，教师是组织者和引导者；学生是学习的主体，有效地将传统课堂中以知识讲授为主的被动式学习，转变为由学生为中心的主动式学习模式。课堂不再是教师灌输知识的场所，而是师生共同解决问题、教学相长的殿堂。
4优化课程评价体系
根据专业培养目标和课程教学大纲，并结合本校学生的实际学习情况，优化和改进控制工程基础的课程评价体系。坚持以学生为主体，以提高学生综合素养为目标的主体思想，构建多元化、开放化的课程综合评价体系。除了常规基础理论的闭卷考试，更加注重过程考核。把学生的随堂小测、课程实验、网络互动等纳入考核。此外，从学生个人的自评、同学之间的互评以及教师的点评等多个角度入手，进一步优化控制工程基础课程考核评价体系，从而进一步提高学生学习兴趣、提高学习的积极性和主动性。对课程教学进行深入分析，通过学生的课程达成度评价以及学生的学习反馈等方面综合评价。对于教学过程中的短板进行深入分析和评价，坚持评价———改进———再评价的闭环模式，不断改进和完善教学方法和手段，提高教学质量。
5结语
随着科学技术的迅猛发展和新时代人才培养需求的不断变化，对传统教学模式进行与时俱进的改革和优化是控制工程基础课程发展的必然趋势。本文在新工科、工程认证、卓越工程师、一流专业建设等教育背景下，提出了多元融合的控制工程基础教学改革，对教学方法、实践教学、教学资源构建、课程评价体系等进行改革与探索，旨在进一步提高教学质量，提高学生专业素养和综合素质。
作者：司娟宁 郭阳宽 单位：北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院