機械類專業(yè)自動控制原理創(chuàng)新型教學(xué)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(xué)機械電氣化工程學(xué)院，新疆阿拉爾843300）

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機械類專業(yè)自動控制原理創(chuàng)新型教學(xué)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(xué)機械電氣化工程學(xué)院，新疆阿拉爾843300）

摘要：針對自動控制原理在機械類專業(yè)中的重要性，以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為目標，注重提高教學(xué)效果，該課程在教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面進行創(chuàng)新型改革，實現(xiàn)了該課程與機械類專業(yè)的有機結(jié)合，提高學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機械類；自動控制原理；課程；創(chuàng)新型；教學(xué)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(xué)（以下簡稱“我校”）機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程和農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，同時是一門非?；钴S的課程，該課程在機械工程領(lǐng)域中有著非常重要的應(yīng)用，已經(jīng)逐漸成為機械類各專業(yè)的核心課程。其總框架和教學(xué)內(nèi)容以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代控制理論為展開內(nèi)容，逐步向前沿學(xué)科發(fā)展。該課程的特點是概念抽象、與數(shù)學(xué)結(jié)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(shè)計系統(tǒng)，課程計算多，分析設(shè)計系統(tǒng)要借助大量的數(shù)學(xué)計算，對學(xué)生的數(shù)學(xué)知識要求很高，涉及到高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，該課程與工程實際聯(lián)系很緊密，課程中大量的知識點通過舉工程實例講解，學(xué)生才能通俗易懂。因此在該課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生會感到有一定的難度，因為該課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，對該課程學(xué)習(xí)的掌握程度，會直接影響相關(guān)專業(yè)的后續(xù)課程學(xué)習(xí)，也會影響學(xué)生的實際設(shè)計控制系統(tǒng)的能力，進一步影響學(xué)生對知識的運用，因此進行機械類專業(yè)自動控制原理課程的教學(xué)改革，對提高學(xué)生熟練掌握自動控制理論的方法和技巧，對提高學(xué)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(yè)自動控制原理教學(xué)改革思路

自動控制原理課程具有很強的工程應(yīng)用背景，要結(jié)合不同的機械專業(yè)，制定合適的教學(xué)內(nèi)容，采取合適的教學(xué)素材，確保學(xué)生能結(jié)合自身專業(yè)，深刻領(lǐng)會該課程的內(nèi)涵。

（一）教學(xué)目標定位

自動控制原理是研究自動控制規(guī)律的一門課程，隨著科技的發(fā)展，自動控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于機械、制造、農(nóng)業(yè)、機電等領(lǐng)域，自動控制原理的研究對象是自動控制系統(tǒng)，因此必須從大量的自動控制系統(tǒng)入手，來講解基本的控制理論。我校機械類專業(yè)（包括機制、農(nóng)機、機電專業(yè)）都開設(shè)了該課程，要根據(jù)不同專業(yè)和課程的授課目的，制定不同專業(yè)的課程教學(xué)目標，如對于機制專業(yè)的學(xué)生，該課程主要使學(xué)生了解自動控制在機械工程中的應(yīng)用，熟悉機械工程設(shè)備中的簡單自動控制過程，了解最基本的控制原理，學(xué)會機械設(shè)備的控制分析；對于農(nóng)機專業(yè)來說，該課程要給學(xué)生重點展示自動控制在農(nóng)業(yè)機械方面的應(yīng)用，還要多介紹自動控制在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，側(cè)重讓學(xué)生了解自動控制的核心內(nèi)容，重點學(xué)會分析；對于機電專業(yè)學(xué)生，自動控制是機電聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)，讓學(xué)生重點體會如何用電來控制機械，要深刻領(lǐng)會該課程的內(nèi)涵，全面掌握該課程的綜合技能。要分析不同專業(yè)對自動控制的不同要求，結(jié)合各專業(yè)涉及到的工程實例，充分與自動控制課程有機結(jié)合，力求使自動控制課程能更好的與各專業(yè)實際相結(jié)合。針對不同專業(yè)，制定合適的教學(xué)目標，精選出合適的教學(xué)內(nèi)容。

（二）教學(xué)方法改革

根據(jù)機械類各專業(yè)對該課程不同的定位，結(jié)合各專業(yè)該課程不同的學(xué)時數(shù)量，因為機電專業(yè)學(xué)時多，講授內(nèi)容也適當增加，因為機制專業(yè)和農(nóng)機專業(yè)，學(xué)時相當，授課內(nèi)容要精選適合各專業(yè)自身的工程實例，從各專業(yè)實際出發(fā)，將教學(xué)與工程背景相結(jié)合，根據(jù)不同專業(yè)、不同教學(xué)內(nèi)容選取不同的工程案例，采取案例式教學(xué)。

（三）教學(xué)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(dǎo)，多媒體課件要精簡公式，不能太繁瑣，讓學(xué)生淡化公式推導(dǎo)，重點是掌握課程相關(guān)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(xué)生一目了然，便于掌握課程內(nèi)容。針對機械類不同專業(yè)，多媒體與板書相結(jié)合，有針對性的制作圖文并茂的多媒體課件。

二、機械類專業(yè)自動控制原理創(chuàng)新型教學(xué)改革實踐

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

針對機械類不同專業(yè)，查閱機械類各專業(yè)人才培養(yǎng)方案，分析自動控制課程在專業(yè)中的地位，考慮到各專業(yè)自動控制課程學(xué)時數(shù)，結(jié)合與機械方面老師溝通交流，與機械類專業(yè)在校生溝通，發(fā)放調(diào)查問卷，廣泛聽取意見和建議，認真精選課程教學(xué)內(nèi)容。

通過該課程的學(xué)習(xí)，使機械類專業(yè)學(xué)生掌握自動控制系統(tǒng)的基本組成和工作流程，理解自動控制技術(shù)在機械系統(tǒng)中的應(yīng)用，學(xué)會對基本的機械系統(tǒng)分析控制過程。由于機械類專業(yè)的自動控制課程學(xué)時普遍較少，課程內(nèi)容抽象，學(xué)生不易學(xué)，因此，要對授課內(nèi)容進行優(yōu)化，重點講授緒論、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時域分析法和頻域分析法四章內(nèi)容，對于控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正做一簡單介紹，最后對MATLAB仿真在自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用做一介紹。在教學(xué)中，要重點講好緒論，讓學(xué)生明白自動控制在機械系統(tǒng)中的重要作用，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)模式

通過外出調(diào)研，到新疆其他高校相關(guān)機械專業(yè)調(diào)研學(xué)習(xí)，參觀自動控制實驗室，與同行老師廣泛交流，學(xué)習(xí)該課程好的教學(xué)做法和經(jīng)驗，查找自己不足，再結(jié)合我校實際，有針對性的調(diào)整該課程的教學(xué)方案。

通過調(diào)研分析，大部分高校的機械類專業(yè)自動控制授課中，必須由任課老師認真準備教學(xué)素材，因為現(xiàn)成的自動控制教學(xué)材料與機械類專業(yè)本身結(jié)合較少，所以任課教師必須自己認真準備，使講課內(nèi)容盡量與專業(yè)本身結(jié)合起來，體現(xiàn)該課程的價值，使其能很好的服務(wù)于各專業(yè)的人才培養(yǎng)。各高校在該課程的教學(xué)中，普遍都采用案例式教學(xué)，針對不同專業(yè)例舉大量的工程自動控制實例，比如，在講解自動控制的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理中，結(jié)合機械類專業(yè)，可以例舉如農(nóng)業(yè)自動灌溉系統(tǒng)、溫室大棚自動控制系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品加工中的自動控制系統(tǒng)、采棉機中的自動控制、自動收獲機中的自動控制、GPS自動導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)、機械制造系統(tǒng)、加工自動化、各類工程機械等，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）與機械類相關(guān)企業(yè)聯(lián)系，搜集教學(xué)素材

結(jié)合機械設(shè)計、農(nóng)業(yè)機械化、機械電子工程等不同機械類專業(yè)，到新疆相關(guān)企業(yè)單位、科研院所、農(nóng)牧團場，調(diào)研相關(guān)生產(chǎn)一線，為自動控制原理課程的教學(xué)提供原始素材，不斷調(diào)整課程授課內(nèi)容，與新疆實際緊密結(jié)合。自動控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品加工、設(shè)施農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)、收貨機械中，極大地提高了生產(chǎn)率，因此必須在學(xué)校期間，使學(xué)生掌握更多的自動控制理論和實際知識，為學(xué)生將來從事相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。當前，機械裝備系統(tǒng)數(shù)量不斷增加和規(guī)模龐大，而且機械裝備質(zhì)量不斷提升，技術(shù)越來越先進，已經(jīng)向自動化、智能化發(fā)展，因此，各類機械設(shè)備的控制越來越復(fù)雜。通過到機械相關(guān)企業(yè)調(diào)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(xué)材料，在教學(xué)中，以此為案例，讓學(xué)生直觀了解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使學(xué)生通俗易懂，并能感受到課本知識在實際機械系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)理論聯(lián)系實際，使學(xué)生能更加深刻領(lǐng)會課本知識，便于學(xué)生掌握和記憶課本知識，有效地提高了學(xué)習(xí)效率。

（四）將教師科研成果引入教學(xué)中

課題組成員，大部分都主持或承擔(dān)了自動控制的相關(guān)科研項目，對自動控制在具體科研項目中的應(yīng)用有深刻體會，在教學(xué)中，可以結(jié)合自身從事科研項目的情況，給學(xué)生介紹自動控制在科研項目中的應(yīng)用，現(xiàn)身說法，引起學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，同時主持在研課題的老師，也可以把教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的優(yōu)秀學(xué)生，吸引到自己的科研項目中，提高學(xué)生的知識應(yīng)用水平，鍛煉學(xué)生處理實際問題的能力，提高本課程的教學(xué)效果。

（五）以大學(xué)生科技競賽為導(dǎo)向，體現(xiàn)本課程的價值

機械類專業(yè)的學(xué)生，在參加“挑戰(zhàn)杯”、全國大學(xué)生智能汽車競賽、全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽、全國大學(xué)生機器人大賽、全國大學(xué)生機械創(chuàng)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(xué)中，以大賽為導(dǎo)向，有意識的給學(xué)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(huán)節(jié)，幫助學(xué)生在各類大賽中取得佳績。

三、結(jié)束語

通過對機械類專業(yè)自動控制原理創(chuàng)新型教學(xué)改革，在不同機械專業(yè)中，引入與專業(yè)相關(guān)的工程案例、教師科研成果、大賽導(dǎo)向、最新的機械裝備等，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也實現(xiàn)了自動控制原理課程與專業(yè)的有機結(jié)合，擴展了學(xué)生視野，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適合社會需求的具有創(chuàng)新能力的合格人才。

參考文獻

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

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

［3］程廣貴.機械專業(yè)自動控制原理教學(xué)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(xué)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(xué)機械電氣化工程學(xué)院，碩士，講師，研究方向：電氣類課程教學(xué)工作以及電力系統(tǒng)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(xué)機械電氣化工程學(xué)院，碩士，副教授，研究方向：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械裝備設(shè)計理論及關(guān)鍵技術(shù)研究。