職教師資班自動控制原理教學探索與實踐

摘要：自動控制原理是機電類、電氣類以及自動化類相關專業非常重要的專業基礎課。具有理論性強、實踐應用面廣等特點。結合電氣工程及其自動化專業職教師資班的教學及學生的反饋情況，對課堂教學方法進行了積極的探索和實踐，結果表明可以有效地提高教學質量。

關鍵詞：職教師資；教學方法；自動控制原理；分析工具

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0214-02

一、職教師資班開班背景

目前全國有1000多所高職院校，招生近300萬人。要保證高質量的人才培養，職教師資的來源問題則顯得尤為重要。要解決這個問題，依賴高學歷人才或依賴企業都不現實。廣東省有近80所高職院校，2008年中職學校招生39.81萬人，技工學校招生20.34萬人。到2009年中職學校招生79.99萬人，位居全國第一。高職和中職院校師資緊缺的情況十分明顯，鑒于此種情形，我校在省教育廳的領導下為了順應社會發展的需求在機械設計制造及其自動化、電氣工程及其自動化等專業開設職教師資班。2010年和2011年廣東省高等院校和中職院校在校生人數依然穩步增長，都超過了150萬。近兩年，我校職教師資班招生人數穩定。

1.傳統教學法的優勢和不足。師資班的生源來自省內優秀高職畢業生，他們都經過嚴格的選拔考試才被錄用。他們具有一定的實踐經驗和較好的動手能力，但高等數學基礎相對薄弱一些。自動控制原理這門課恰恰有很多理論分析，計算推導繁雜，涉及數學知識多，加上研究內容是自動控制系統普遍的運動規律，致使概念抽象，給學生的理解和掌握帶來一定困難。傳統本科階段自動控制原理的學習，仍都是采取課堂講授為主的方法，強調課前預習、課后復習并配合習題來鞏固知識，加強知識點的理解和掌握。實驗課程也多是一些驗證性實驗，就市場現有的一些自動控制原理實驗設備在綜合性實驗和創新性實驗方面都有一定的欠缺。歸結起來就是理論學習加實驗驗證。這種方式踏踏實實，按部就班，多花費些功夫會得到不錯的教學效果。然而也存在靈活性不夠，學生學起來費時費力，覺得枯燥乏味的問題。

2.教學形式多樣化的探討。師資班有其自身的鮮明特點，培養目標非常明確：即為中職、高職類院校培養師資。而職業院校注重的是實踐性和應用性。所以必須在宏觀上能夠分析和應用該門課程的知識，并指導實踐。在會用、會分析的基礎上提高理論水平。從學生反饋的信息來看，重要知識點的理解和掌握都不存在大問題。反而是對知識的應用場合和實踐意義有點茫然，也就是宏觀上把握不夠。要改變這種現狀，需要豐富教學方式，可以從以下方面做起。（1）借鑒優秀團隊的成功經驗，目前自動控制原理國家級精品課程已經有多門，他們大都有著幾十年的教學經驗和團隊。有很多值得借鑒的寶貴經驗，文獻3對提高課堂教學效果手段方法做了提綱式的概述：①理論聯系實際，提高課堂效率。②利用現代化的教學手段——CAI軟件，增強教學效果。③加強實踐教學環節，重視學生能力的培養。④積極參加學術研討，不斷提高業務水平。這四大方面涵蓋教學的方方面面，也對教師自身能力提出了要求，需要根據實際情況來深化和落實。（2）充分發揮學生的積極性，培養目標決定了師資班學生必須具有很強的師范性，三筆字、多媒體課件制作以及課堂教學設計等都是需要持續的鍛煉和提高。要積極發揮學生學習的主動性，教師起到啟發和引導作用。每堂課可以適當留5～10分鐘給同學們來討論，鍛煉獨立思考和表述能力。精選實例引發學生的學習興趣，對學習能力較強的同學，可以引導其進行一些研究型學習。強調系統建模、分析，適當淡化部分推理。利用仿真軟件，多媒體課件來使抽象概念形象化。（3）勇于嘗試適合自身的教學方式，目前我們正在嘗試把重點和難點以專題的形式讓學生課下進行討論，每組設組長1名，負責組織并記錄討論結果和疑難點。完成一整章的授課內容后，抽出1小節時間由各組組長對重點難點進行簡單的說課。把他們的理解和討論結果拿出來分享，這樣既能夠有效加強知識點的理解，同時也可以提高學生的講授能力、邏輯思維能力及綜合素養。

開展這種形式的教學，難點在于學生需要花費很大的精力在這門課的學習上，而且要具有較強的自學能力。這對于一部分同學來說可能要求有點高，所以分組和組長的選用非常重要。組長必須能夠帶動組員積極思考，發現并解決問題。教師應根據作業，答疑及課堂反饋等情況，讓接受程度高、責任心強的同學擔任組長。

二、突出職教師資特點

在自動控制原理輔助教學上，最流行的輔助軟件當屬matlab。它的Simulink仿真工具箱和控制理論分析工具箱為用戶提供了強大的分析手段，利用它可以大大簡化計算并且提高分析效率。可方便實現時域分析、根軌跡繪制、伯德圖繪制乃奎斯特曲線繪制等功能。對于師資班的學生掌握必要的分析手段，對應用能力的培養至關重要。另一方面，如果今后踏上教學崗位多媒體課件制作也是必備手段。而自動控制原理多媒體課件不同于一般課程，它專業性非常強。一些動畫、視頻圖像等素材必須通過專業的輔助軟件才能獲得。我們在教學過程中，本著方便易用的原則。對教學中幾個難點：時域分析、根軌跡繪制和系統校正等知識點，逐步制作輔助分析軟件。其中系統響應的在線分析軟件取得了較好的教學效果，它為繁雜的公式推導和響應曲線不能動態化的問題提供了良好的彌補措施。在教學軟件的制作技術上，經過認真考慮，沒有使用matlab。由于該軟件用于控制系統輔助分析時，功能雖然強大，但是都借助于工具箱函數或者現成的分析工具，比如sisotool和LTI Viewer。這些經過封裝的函數或者工具箱，不利于對系統分析原理的掌握。而師資班的學生，必須要對原理有較深的理解和掌握，才能為今后的教學工作打下堅實基礎。最后經過考慮，我們選了excel_vba作為編程語言來開發輔助分析軟件。選擇該環境的主要優勢如下：①VBA是Visual Basic的一種宏語言，主要能用來擴展Windows的應用程式功能，是一種用來控制應用程序的語言，簡單易學，應用廣泛，特別是對Microsoft Office軟件功能的擴展。教師要經常與office軟件打交道，對其熟練使用并能夠進行擴展，是教師的重要技能之一。②excel軟件應用廣泛，具有一定的數據分析和可視化能力。而控制系統的分析，對數據可視化的要求并不高，對三維作圖要求不高時，該軟件完全可以勝任。③excel占資源少，通用性也很好。目前幾乎所有的電腦都有安裝office軟件，而matlab軟件的通用性較之相差甚遠。④使用excel_vba來開發，可以將分析原理毫無保留地展現出來，這點對用戶理解和學習控制系統分析原理非常有益。我們利用excel_vba技術制作的控制系統時域輔助分析軟件，已經服務與教學。學生對該軟件具有較好評價。該軟件不僅能夠正確繪制系統時域響應曲線，還可以計算調亮、調節時間等性能指標。對于高階系統，軟件能夠在excel中計算并輸出勞斯表，并可根據勞斯判據分析系統的穩定性。同時也可以求出系統的所有閉環特征根，根據根的分布情況來判別系統的穩定性，兩種方法可以相互對比，從而確保分析結果準確無誤。該軟件的設計完全是創新應用，已經成功申請登記計算機軟件著作權，登記號為：2012SR038269。

職教師資班課程教學和普通本科教學相比有著鮮明的自身特點，在教學過程中必須具體問題具體分析。師資班自動控制原理課程教學必須結合學生自身特點，突出應用性和實踐性。同時靈活運用探究式、案例式、討論式等多種教學手段方式并結合多媒體輔助分析工具來增強教學效果。

參考文獻：

[1]李新玲，張國.職教老師從哪兒來[N].中國青年報，2008-07-14.

[2]幸曉維，葉健夫.廣東統計年鑒2012[EB/OL].

http：//www.gdstats.gov.cn/tjnj/2012/table/18/18-02.htm，2013-10.

[3]劉慧英.“自動控制原理”課程的改革與實踐[J].西北工業大學學報，2000，20（1）：81-89.

[4]袁玲，裴海龍，彭康擁.MATLAB在自動控制原理CAI教學中的應用[J].計算技術與自動化，2006，25（1）：100-102.

作者簡介：伍銀波（1984-），男，碩士，廣東技術師范學院自動化學院講師，主要從事智能化電氣技術、系統集成等方面的研究。endprint