機械類專業自動控制原理創新型教學改革與實踐*

王憲磊　王偉裴玖玲　張洪洲　劉潤澤　范修文（塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾843300）

?

機械類專業自動控制原理創新型教學改革與實踐*

王憲磊王偉*裴玖玲張洪洲劉潤澤范修文
（塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾843300）

摘要：針對自動控制原理在機械類專業中的重要性，以提高學生創新能力為目標，注重提高教學效果，該課程在教學目標、教學內容、教學方法、教學手段等方面進行創新型改革，實現了該課程與機械類專業的有機結合，提高學生的工程意識和創新能力。

關鍵詞：機械類；自動控制原理；課程；創新型；教學改革

Abstract：Because of the importance of the principle of automatic control in the major in machine，the course innovatively reform the teaching objectives，teaching content，teaching methods，teaching means in order to improve students' innovative ability and teaching effectiveness，combining the course and the major，improving the students' engineering consciousness and innovation ability.

Key words：machinery；principle of automatic control；course；innovative；teaching reform

引言

自動控制原理是塔里木大學（以下簡稱“我校”）機械設計制造及其自動化、機械電子工程和農業機械化及其自動化專業的一門重要的技術基礎課，同時是一門非常活躍的課程，該課程在機械工程領域中有著非常重要的應用，已經逐漸成為機械類各專業的核心課程。其總框架和教學內容以經典控制理論為基礎，以現代控制理論為展開內容，逐步向前沿學科發展。該課程的特點是概念抽象、與數學結合緊密、實踐性強。具體來說是課程知識體系緊密，有大量的作圖方法，用作圖法分析和設計系統，課程計算多，分析設計系統要借助大量的數學計算，對學生的數學知識要求很高，涉及到高等數學、線性代數、復變函數與積分變換等數學基礎知識，該課程與工程實際聯系很緊密，課程中大量的知識點通過舉工程實例講解，學生才能通俗易懂。因此在該課程的學習過程中，學生會感到有一定的難度，因為該課程是專業基礎課，對該課程學習的掌握程度，會直接影響相關專業的后續課程學習，也會影響學生的實際設計控制系統的能力，進一步影響學生對知識的運用，因此進行機械類專業自動控制原理課程的教學改革，對提高學生熟練掌握自動控制理論的方法和技巧，對提高學生的理論水平和實際工程能力具有一定的意義。

一、機械類專業自動控制原理教學改革思路

自動控制原理課程具有很強的工程應用背景，要結合不同的機械專業，制定合適的教學內容，采取合適的教學素材，確保學生能結合自身專業，深刻領會該課程的內涵。

（一）教學目標定位

自動控制原理是研究自動控制規律的一門課程，隨著科技的發展，自動控制技術廣泛應用于機械、制造、農業、機電等領域，自動控制原理的研究對象是自動控制系統，因此必須從大量的自動控制系統入手，來講解基本的控制理論。我校機械類專業（包括機制、農機、機電專業）都開設了該課程，要根據不同專業和課程的授課目的，制定不同專業的課程教學目標，如對于機制專業的學生，該課程主要使學生了解自動控制在機械工程中的應用，熟悉機械工程設備中的簡單自動控制過程，了解最基本的控制原理，學會機械設備的控制分析；對于農機專業來說，該課程要給學生重點展示自動控制在農業機械方面的應用，還要多介紹自動控制在農業領域的廣泛應用，側重讓學生了解自動控制的核心內容，重點學會分析；對于機電專業學生，自動控制是機電聯系的重要環節，讓學生重點體會如何用電來控制機械，要深刻領會該課程的內涵，全面掌握該課程的綜合技能。要分析不同專業對自動控制的不同要求，結合各專業涉及到的工程實例，充分與自動控制課程有機結合，力求使自動控制課程能更好的與各專業實際相結合。針對不同專業，制定合適的教學目標，精選出合適的教學內容。

（二）教學方法改革

根據機械類各專業對該課程不同的定位，結合各專業該課程不同的學時數量，因為機電專業學時多，講授內容也適當增加，因為機制專業和農機專業，學時相當，授課內容要精選適合各專業自身的工程實例，從各專業實際出發，將教學與工程背景相結合，根據不同專業、不同教學內容選取不同的工程案例，采取案例式教學。

（三）教學手段改革

自動控制課程理論多、公式多、圖形多、分析方法多，針對一些公式，要簡化推導，多媒體課件要精簡公式，不能太繁瑣，讓學生淡化公式推導，重點是掌握課程相關概念。對于個別公式，上課時用板書。對課程里面的各種圖形和分析方法，可以充分利用MATLAB仿真軟件，制作出圖文并茂的課件，讓學生一目了然，便于掌握課程內容。針對機械類不同專業，多媒體與板書相結合，有針對性的制作圖文并茂的多媒體課件。

二、機械類專業自動控制原理創新型教學改革實踐

（一）優化教學內容

針對機械類不同專業，查閱機械類各專業人才培養方案，分析自動控制課程在專業中的地位，考慮到各專業自動控制課程學時數，結合與機械方面老師溝通交流，與機械類專業在校生溝通，發放調查問卷，廣泛聽取意見和建議，認真精選課程教學內容。

通過該課程的學習，使機械類專業學生掌握自動控制系統的基本組成和工作流程，理解自動控制技術在機械系統中的應用，學會對基本的機械系統分析控制過程。由于機械類專業的自動控制課程學時普遍較少，課程內容抽象，學生不易學，因此，要對授課內容進行優化，重點講授緒論、控制系統的數學模型、時域分析法和頻域分析法四章內容，對于控制系統的設計與校正做一簡單介紹，最后對MATLAB仿真在自動控制系統的應用做一介紹。在教學中，要重點講好緒論，讓學生明白自動控制在機械系統中的重要作用，引起學生的學習興趣，使課程有一個好的開始。

（二）借鑒其他高校自動控制教學模式

通過外出調研，到新疆其他高校相關機械專業調研學習，參觀自動控制實驗室，與同行老師廣泛交流，學習該課程好的教學做法和經驗，查找自己不足，再結合我校實際，有針對性的調整該課程的教學方案。

通過調研分析，大部分高校的機械類專業自動控制授課中，必須由任課老師認真準備教學素材，因為現成的自動控制教學材料與機械類專業本身結合較少，所以任課教師必須自己認真準備，使講課內容盡量與專業本身結合起來，體現該課程的價值，使其能很好的服務于各專業的人才培養。各高校在該課程的教學中，普遍都采用案例式教學，針對不同專業例舉大量的工程自動控制實例，比如，在講解自動控制的結構、組成、工作原理中，結合機械類專業，可以例舉如農業自動灌溉系統、溫室大棚自動控制系統、農產品加工中的自動控制系統、采棉機中的自動控制、自動收獲機中的自動控制、GPS自動導航駕駛系統、機械制造系統、加工自動化、各類工程機械等，引起學生的學習興趣。

（三）與機械類相關企業聯系，搜集教學素材

結合機械設計、農業機械化、機械電子工程等不同機械類專業，到新疆相關企業單位、科研院所、農牧團場，調研相關生產一線，為自動控制原理課程的教學提供原始素材，不斷調整課程授課內容，與新疆實際緊密結合。自動控制系統廣泛應用于農產品加工、設施農業、精準農業、收貨機械中，極大地提高了生產率，因此必須在學校期間，使學生掌握更多的自動控制理論和實際知識，為學生將來從事相關工作打下基礎。當前，機械裝備系統數量不斷增加和規模龐大，而且機械裝備質量不斷提升，技術越來越先進，已經向自動化、智能化發展，因此，各類機械設備的控制越來越復雜。通過到機械相關企業調研，搜集大量的機械自動化控制實例，拍大量的圖片和視頻，后期通過教師的整理，形成完善的教學材料，在教學中，以此為案例，讓學生直觀了解，激發學生學習的主動性，使學生通俗易懂，并能感受到課本知識在實際機械系統中的應用，實現理論聯系實際，使學生能更加深刻領會課本知識，便于學生掌握和記憶課本知識，有效地提高了學習效率。

（四）將教師科研成果引入教學中

課題組成員，大部分都主持或承擔了自動控制的相關科研項目，對自動控制在具體科研項目中的應用有深刻體會，在教學中，可以結合自身從事科研項目的情況，給學生介紹自動控制在科研項目中的應用，現身說法，引起學生對該課程的學習興趣，同時主持在研課題的老師，也可以把教學中發現的優秀學生，吸引到自己的科研項目中，提高學生的知識應用水平，鍛煉學生處理實際問題的能力，提高本課程的教學效果。

（五）以大學生科技競賽為導向，體現本課程的價值

機械類專業的學生，在參加“挑戰杯”、全國大學生智能汽車競賽、全國周培源大學生力學競賽、全國大學生機器人大賽、全國大學生機械創新大賽等比賽中，大部分都要涉及到自動控制基本理論。因此在該課程的教學中，以大賽為導向，有意識的給學生介紹到各種比賽中用到的自動控制理論情況，可以舉一些大賽的實例，來分析其中的自動控制環節，幫助學生在各類大賽中取得佳績。

三、結束語

通過對機械類專業自動控制原理創新型教學改革，在不同機械專業中，引入與專業相關的工程案例、教師科研成果、大賽導向、最新的機械裝備等，激發了學生學習的積極性，也實現了自動控制原理課程與專業的有機結合，擴展了學生視野，激發了學習興趣，提高了教學質量，培養適合社會需求的具有創新能力的合格人才。

參考文獻

［1］董玉紅.機械控制工程基礎（第2版）［M］.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2009.

［2］姚立健.面向農機專業的“自動控制原理”課程教學改革［J］.中國電力教育，2012（32）.

［3］程廣貴.機械專業自動控制原理教學方法探討［J］.中國電力教育，2011（13）.

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）07-0132-02

*基金項目名稱：塔里木大學高教研究項目；項目編號：TDGJ1534

作者簡介：王憲磊（1983-），男，陜西子洲人，塔里木大學機械電氣化工程學院，碩士，講師，研究方向：電氣類課程教學工作以及電力系統及其自動化方面。

*通訊作者：王偉（1979-），男，遼寧沈陽人，塔里木大學機械電氣化工程學院，碩士，副教授，研究方向：現代農業機械裝備設計理論及關鍵技術研究。