“自動(dòng)控制原理”多方位教學(xué)改革探究

宋曉燕 李紅

摘要：以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與內(nèi)容等方面對(duì)“自動(dòng)控制原理”課程進(jìn)行多方位教學(xué)改革探究，旨在提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理;多方位;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）32-0107-02

“自動(dòng)控制原理”是電氣工程、控制科學(xué)與工程等學(xué)科的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程主要研究經(jīng)典控制理論，包括控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析法、頻域分析法、系統(tǒng)的校正與控制器的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。該課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生辯證思維能力、分析問題、解決問題能力以及建立理論聯(lián)系實(shí)際和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的科學(xué)觀點(diǎn)都具有重要的指導(dǎo)作用。

為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，平頂山學(xué)院教師總結(jié)多年來的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)，摒棄傳統(tǒng)教學(xué)方式，建立“教學(xué)閉環(huán)控制系統(tǒng)”，“教”作用于“學(xué)”，“學(xué)”反饋回來影響“教”，二者相互作用，提高教學(xué)效果。在優(yōu)化課程體系和教學(xué)內(nèi)容、完善教學(xué)方法與改革考核方式以及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降确矫婢〉昧孙@著的成果，形成了自己的課程特色和教學(xué)理念。該課程已經(jīng)逐漸發(fā)展成為平頂山學(xué)院授課內(nèi)容特色鮮明、授課手段先進(jìn)科學(xué)、教學(xué)隊(duì)伍搭配合理的專業(yè)主干課程。2011年“自動(dòng)控制原理”被平頂山學(xué)院評(píng)為校級(jí)精品課程。

一、優(yōu)化課程體系與課程內(nèi)容

1.優(yōu)化教學(xué)體系

平頂山學(xué)院電氣信息工程學(xué)院（以下簡稱我院）的工科專業(yè)有電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)、電子信息工程專業(yè)和測控技術(shù)與儀器專業(yè)，其中電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)分為工程教育實(shí)驗(yàn)班、全日制普通班、專升本班以及成教函授班。根據(jù)培養(yǎng)不同層次人才的需求，對(duì)于不同層次的專業(yè)方向設(shè)計(jì)了不同層次的課程體系。

如對(duì)控制理論要求較強(qiáng)的電氣和測控專業(yè)，要扎實(shí)而細(xì)致地學(xué)習(xí)自動(dòng)控制理論的全部內(nèi)容，教材選用胡壽松主編、科學(xué)出版社出版的《自動(dòng)控制原理簡明教程》（第二版）。該教村不僅沿承了以往選用教材的優(yōu)點(diǎn)，最大的優(yōu)點(diǎn)就是增加了MATLAB編程應(yīng)用，以實(shí)用為宗旨，用豐富的實(shí)例講解自動(dòng)控制原理[1]，并設(shè)置為考試課。對(duì)側(cè)重于信號(hào)處理的電子信息工程專業(yè)，則注重學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的信號(hào)分析和處理方法，選用黃堅(jiān)主編的國家“十五”教學(xué)研究成果教材《自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用》，并設(shè)置為考查課。

2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

不同層次的專業(yè)、不同的專業(yè)方向具有不同層次人才需求和培養(yǎng)目標(biāo)。根據(jù)其特點(diǎn)和要求，分別進(jìn)行了不同側(cè)重點(diǎn)的內(nèi)容安排。平頂山學(xué)院這幾個(gè)工科專業(yè)開設(shè)的“電路分析”、“信號(hào)與系統(tǒng)”和“自動(dòng)控制原理”等專業(yè)基礎(chǔ)課程中存在重復(fù)內(nèi)容，在有限學(xué)時(shí)內(nèi)合理安排相關(guān)課程內(nèi)容，互相聯(lián)系，各有側(cè)重。

如“二階系統(tǒng)的時(shí)域分析”這部分內(nèi)容，在“電路分析”中側(cè)重于講解電路響應(yīng)的求解方法及電氣參數(shù)對(duì)響應(yīng)的影響，而在“自動(dòng)控制原理”中則主要從閉環(huán)極點(diǎn)對(duì)響應(yīng)的影響及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行分析。又如“信號(hào)與系統(tǒng)”中應(yīng)該重點(diǎn)講解拉氏變換的定義、性質(zhì)，而“自動(dòng)控制原理”應(yīng)側(cè)重于講解由拉氏變換得到的傳遞函數(shù)等數(shù)學(xué)模型的相關(guān)內(nèi)容。對(duì)已學(xué)內(nèi)容抓住課程的不同之處進(jìn)行講解，避免重復(fù)。

另外，該課程教學(xué)中應(yīng)理論聯(lián)系實(shí)際，通過學(xué)生熟悉的一些工程實(shí)例引入相關(guān)內(nèi)容，這些實(shí)例的選取應(yīng)與授課學(xué)生專業(yè)相關(guān)或相近。如給電氣專業(yè)的學(xué)生講解傳遞函數(shù)建立時(shí)，以直流電機(jī)控制系統(tǒng)為例，從傳遞函數(shù)建立、系統(tǒng)性能分析到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正，不但能夠使學(xué)生更好地理解與掌握相關(guān)知識(shí)，同時(shí)將理論與工程實(shí)踐結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

根據(jù)不同專業(yè)和課程的授課目的，從不同側(cè)重點(diǎn)、不同角度去設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化能夠起到關(guān)鍵作用。

二、探索教學(xué)方法

為提高教學(xué)效果，加強(qiáng)學(xué)生能力的培養(yǎng)，平頂山學(xué)院教師積極探索教學(xué)方法，逐步形成了多元化教學(xué)方法，如問題教學(xué)法、“立體交互式”教學(xué)方法、討論式教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法以及網(wǎng)絡(luò)交互式教學(xué)等。

如采用問題教學(xué)法：教師啟發(fā)引導(dǎo)—學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題—獨(dú)立思考分析問題—相互討論初步解決問題—反饋情況完整解決問題，整個(gè)教學(xué)過程中通過師生合作和互動(dòng)，從知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀念等方面能夠培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)興趣和主動(dòng)探究能力[2]。

教學(xué)過程本身是一個(gè)互動(dòng)的過程，利用課堂板書和多媒體教學(xué)、課后活動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、課外專題講座等多種教學(xué)方法全方位地激發(fā)學(xué)生認(rèn)知接受知識(shí)的“立體交互式”教學(xué)方法，也能夠很好地提高教學(xué)質(zhì)量。不同的老師有不同的教學(xué)方法，唯有能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、引發(fā)學(xué)生思考、達(dá)到自我學(xué)習(xí)目的的方法才是真正有效的方法。

三、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際有機(jī)結(jié)合的橋梁。做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅有利于提高學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解與掌握，而且有利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力、工程實(shí)踐能力。目前在“自動(dòng)控制原理”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用教師課堂講授、學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)步驟，在老師的現(xiàn)場指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式既受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備等客觀條件的限制，效果不理想，同時(shí)也不利于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。[3]結(jié)合平頂山學(xué)院的專業(yè)特點(diǎn)與教學(xué)情況，對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與內(nèi)容進(jìn)行了改革。

1.先做實(shí)驗(yàn)再講解

以前傳統(tǒng)教學(xué)中先課堂講解，后做實(shí)驗(yàn)，目的是幫助學(xué)生理解課堂知識(shí)。[4]其實(shí)際效果卻是學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)只是得到結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，很難引發(fā)深入的思考。現(xiàn)在反過來先做實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用結(jié)論來解決問題，這樣，學(xué)生們會(huì)很想知道結(jié)論的來歷，進(jìn)行思考，就會(huì)主動(dòng)去查書和網(wǎng)上查找資料。課堂上學(xué)生想知道自己的理解與老師是否有不同，或者存在不理解的地方，在課堂上更多的是答疑和討論，做到“真正的學(xué)習(xí)在課下”。

2.多形式實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

為突出培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，開發(fā)創(chuàng)新思維，將單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為“實(shí)驗(yàn)箱模擬實(shí)驗(yàn)+MATLAB仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)+以實(shí)物為對(duì)象的研究設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”等多種形式并存的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健Ｆ巾斏綄W(xué)院引進(jìn)了求是教儀教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)備“THKKL-6控制理論實(shí)驗(yàn)儀”。該設(shè)備在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)合MATLAB增加仿真實(shí)驗(yàn)，虛擬示波器和真實(shí)濾波器相結(jié)合進(jìn)行比較分析，以溫度控制單元、直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制和水箱等實(shí)物為對(duì)象進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。另外，教師們可以結(jié)合自己的科研項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)際演練，使學(xué)生能夠真正掌握本課程的實(shí)質(zhì)和應(yīng)用。

該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綕M足了不同個(gè)性、不同水平學(xué)生的需求，使他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室體驗(yàn)到研究的樂趣，自覺地開展研究性學(xué)習(xí)。

3.增加設(shè)計(jì)性與綜合性實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力，本著“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念，增加了設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生將該課程的基礎(chǔ)知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合，讓學(xué)生根據(jù)自己感興趣的題目自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如線性系統(tǒng)的串聯(lián)校正，在確定目標(biāo)的同時(shí)，獨(dú)立思考，制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和手段，實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生開放，在實(shí)驗(yàn)過程中老師給予指導(dǎo)和支持。這樣不但能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，而且在實(shí)驗(yàn)過程中能夠培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。

四、結(jié)論

在“自動(dòng)控制原理”理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，堅(jiān)持以學(xué)生為主體，通過優(yōu)化課程體系與教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方式，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與內(nèi)容，形成立體化培養(yǎng)模式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考能力與實(shí)踐能力，提高相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，并取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡壽松.自動(dòng)控制原理簡明教程[M].第二版.北京：科學(xué)出版社，2008.

[2]徐穎秦，潘豐.自動(dòng)控制原理立體化教學(xué)新體系的探索與實(shí)踐[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2012，24（2）：152-155.

[3]孫潔.“自動(dòng)控制原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（6）：69-70.

[4]吳旖旎，吳建平.多角度“自動(dòng)控制原理”課堂教學(xué)改革探索[J].中國電力教育，2012，（13）：91-92.

（責(zé)任編輯：王祝萍）