应用型本科院校材料成型专业控制类课程群建设

李华英，李振江，胡建华，刘光明

摘要：本文介绍了材料成型及控制工程专业的概况和发展，以及新形势下材料成型及控制工程专业面临的问题。针对应用型本科院校和企业对材料成型及控制工程专业提出的新要求，阐述了材料成型专业控制类课程的重要性，探讨了具有材料成型特色的控制类课程群的建设思路。

关键词：控制类课程；材料成型专业；应用型本科院校

材料成型及控制工程专业（以下简称“成型专业”）是普通高等学校机械类本科专业，一般开设在材料学院或机械学院。成型专业本科生毕业后可进入钢铁工业、装备制造业、汽车制造业、机械加工业等领域，从事与合金铸造、轧制、冲压等相关的设计生产工作。材料成型及控制工程是一门融合机械、材料等多学科的复合型工程技术专业，其应用范围广泛，技术综合性强，旨在培养掌握铸造、焊接、压力加工等成型工艺知识，以及熟悉材料成型设备的工作原理和机械控制技术的学生，以期达到将材料成型工艺技术与设备控制技术有机结合的目的。材料成型专业学生因同时具备成型工艺专业知识和控制技术，在工业生产中可持续对现有的成型控制技术进行改进和创新[1]。

1. 成型专业面临的新问题

目前钢铁生产等加工制造业越来越走向大型化、连续化、智能化，急需技术人员掌握装备自动控制的知识和能力。在现场，材料成型工艺装备的控制由自动化专业的技术人员负责操作和维护，但是自动化相关专业的本科生很难深入掌握材料成型工艺的相关知识，而材料成型专业的学生又很少具备设备控制的必要理论和专业知识，导致毕业生很难快速满足生产对复合型人才的需求。因此，如何让材料成型专业毕业生对控制技术相关的基础知识进行系统学习，以适应制造业的自动化、智能化生产，这是相关行业企业共同面临与亟待解决的问题[2]。

随着《国家教育事业发展“十三五”规划》的出台，使得应用型本科院校的发展成为当前高等教育体系的一项关键性改革，应用型本科院校必须重新审视其专业发展方向，将重点放在解决实际问题上，以便培养能够胜任实际工作所必须具备的高素质、具有创新能力和实践能力。针对应用型本科院校的材料成型及控制工程专业，我们将着眼于满足当前社会的实际需求，精心设计并完善相关的课程与教学内容，并着眼于提升学生的实践操作能力。

材料成型及控制工程专业以培养具有一定专业基础理论和实践操作技能的学生为目标，使其具备材料成型工艺的专业知识，及其设备的设计和使用技能，这使得专业的本科教学以材料科学基础、机械设计原理、材料成型工艺等主干专业课程为主。而随着传感器与自动检测技术、单片机与可编程控制技术、大数据技术、智能控制决策等在传统机械制造领域中的应用[3]，高等院校材料成型及控制工程专业的教学培养计划中，加大了控制类课程在该专业教学上的比重，使学生在掌握传统主干专业课程的基础上，对成型过程自动控制方法有了基本的认识和了解[4]。

2. 成型专业控制类课程的教学现状

（1） 授课内容和讲授方式。以《控制工程基础》为例，目前很多高校的控制工程基础都将课程讲授内容放在系统数学模型建立、求解传递函数、时域分析、频域分析、稳定性分析等这些基础知识。由于授课内容过分关注知识的传播，学生则处在被动的状态，只要遇到困惑，他们会立刻向老师求助，这使得他们非常依赖老师，从而无法激发他们的自我探索和创新精神。在这种情况下，许多国内的教育研究者也在尝试着用更加简易、更加系统的方式来整合和归纳，如安阳工学院利用计算机检索法和分叉法解决梅逊公式求解复杂控制系统[5]，而中国石油大学则探索利用等效交换原则，补充了系统框图简化方法以求解系统传递函数[6]。同时，《控制工程基础》等专业课程涉及的数学、电子等内容较多，尤其是随着控制理论的发展，不断增加新内容，然而教学学时却被一再压缩，课程内容多和学时少的矛盾突出。

（2） 脱离知识应用的专业背景。大多数工科高校虽然将《控制工程基础》、《材料成型测试技术》等控制类课程，作为本科材料成型及控制工程专业基础课程,但该类课程的教材通常选用通用的规划教材，缺乏材料成型及控制工程的专业特色，对现有材料成型及控制工程专业培养目标的支撑不足够。结果，学生将《控制工程基础》等专业课程与大学物理、高等数学、化学等公共基础课程等同看待，没有意识到其在材料成型专业课程体系中的重要作用。不仅如此，由于控制类课程的概念较多，理论性强，导致学生的学习主动性较差，进而影响教学效果。

《控制工程基础》、《材料成型测试技术》等作为工程教育专业认证标准规定的机械类专业学科专业基础课。目前全国高校材料成型及控制工程专业都开设了相关课程，且对课程都进行了一定程度的建设。但是，一般课程建设多是针对一门课程开展的，包括内容体系、教学方法、教学手段、评价方法等方面。虽然一般课程建设可以保障教学目标的实现，但高校的课程建设旨在提升学生的知识水平，因此应采取更加科学的、全面的和有效的措施。因此，亟需对相关课程的群体性有一个整体融合和规划，即开展相应的“课程群建设”，课程群的建设既可保证专业知识的系统性和完整性，也可解决教学内容多与学时少的矛盾。自提出智能制造2025计划，智能制造的重要性日益突现，在材料加工领域，例如高精度压铸、冶金机器人、钢板缺陷辨识系统等，将会有着巨大的发展潜力。各应用型大学应加快转型升级，及时调整人才培养方案，凸显应用特色。因此，控制类课程体系的建设，对提升机械类专业学生工程能力及素养具有现实的重要意义。

3. 成型专业控制类课程群建设思路

（1）以成型专业特色为主线，设置控制类课程群

根据工程教育专业认证标准规定和自身专业方向特点，我校成型专业方向均开设3门以上的控制类专业基础课，如轧制工程方向，开设了《控制工程基础》、《材料成型测试技术》、《可编程控制器》和《轧制过程控制和数学模型》等课程。对课程内容进行整合优化，着眼于以成型工艺过程控制为中心的设置方式，使控制类课程与其相融合，形成一个相对完整的知识体系。在授课过程中，将控制理论知识与材料成型专业知识相结合，以期使学生在掌握自动控制基本理论和方法的基础上，对于其在材料成型各领域（如连轧机控制系统、压铸机控制系统、锻造液压机控制系统及精整线机器人的控制系统等）中的应用有较为深入的了解。

（2）融合成型专业工程应用与学术能力的课堂教学设计

控制类课程群有别于传统的单门课程建设，它需要冲破教师之间和课程之间的阻碍，达到各门课程知识点的融合与分解。经过精心的设计和优化，可以将课程群的每个知识模块都有机地结合起来，形成一个完整的结构，从基础知识到材料成型及控制工程的应用，体现课程群内课程的相关性、相承性及相互渗透的特点，进而有效地提升课程的教学质量。

（3）采用材料成型实例教学法

实例教学法是指教师在组织教学过程中，根据教学目的和教学内容的要求，将应用实例编入教案，组织学生对实例进行思考、分析和讨论等活动，以加深学生对专业知识的理解，提高学生发现、分析和解决问题的能力。首先选取合适的材料成型专业应用实例，并进行详细的教学设计，再根据课程群内课程的先修后修关系，将整个实例的实施进行分阶段讲授。学生通过整个课程群内课程的学习，能够完整的串联起材料成型实例的实施过程，掌握实例中应用的专业知识，了解各门课程知识在材料成型实例中的应用。

4. 结论

以材料成型及控制工程专业特色为主线，将若干门课程内容分离，但课程内容联系紧密，属于控制技术范畴的课程组合在一起。设计和优化课程群知识模块，使材料成型专业各门控制类课程的知识传授处于连贯的和进阶的状态。通过多门相关课程的有机结合，设置具备共同的、相关联的学习内容，实现教学资源共享，解决教学内容多和课时少的矛盾。利用实例教学法，根据课程群内课程的先修后修关系，将整个实例分阶段在多门课程中体现，可提高学生的学习效果，加深学生的理解，从而更好地掌握控制类课程的基础理论，提升学生的实践能力，提高材料成型及控制工程专业的教学质量，培养能够适应新形势下的高素质应用型人才。

参考文献：

[1] 王艳晶，高恩志，王杰，童文辉. 材料成型自动化课程教学改革实践[J]，铸造技术，2018，39: 490-492.

[2] 刘倩，李佳凝，田亚强，郑小平等. 基于轧制特色的材料成型及控制工程实践型人才培养[J]，中国冶金教育，2020(2): 14-16.

[3] 高刚毅. 机械专业控制类课程教学方法研究[J]，南方农机，2020(1): 132.

[4] 邱鹏飞. 应用型本科控制工程基础教学改革探讨[J]，科技视界，2018，11: 94-95.

[5] 宋强，师会超. “控制工程基础”课程中梅逊增益公式的应用技巧[J]，南方农机，2016(2): 119-121.

[6] 李春明. 机械控制工程基础的几点创新[J],机械设计与制造，2017(4): 37-39.

【作者简介】李华英（1981.10——），男，副教授，材料成型及控制工程专业。

【基金项目】山西省高等学校教学改革项目（J2021423）；太原科技大学教学改革创新项目（202049）（JG2021021）