高職院校中《自動控制基礎》課程教學探討

張麗

摘 要：本文從課程設置、課程目標、課程設計、課程實施、考核方案與教學評價，課程特色及展望這六個方面，探討高職院校中《自動控制基礎》課程的教學。

關鍵詞：高職 自動控制基礎 課程設計

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2016）04-0038-02

自動控制技術的發展，推動各行各業的發展，應用廣泛！比如在航空航天、軍事、交通、工業、農業、消費類電子領域都離不開自動控制技術的運用，學習自動控制技術是適應時代發展之必須。

1 課程設置

高職教育不同于普通高等教育，它的專業設置和課程設置指導思想都是以服務為宗旨，以就業為導向。針對區域經濟發展的要求，我們進行了廣泛的市場調研，重點調研了長三角地區高職畢業生的主要就業崗位，需要具備的職業能力及從業資格證書等問題。通過崗位的典型工作任務，職業能力分析，歸納出職業行動領域，然后根據我系的實際教學條件，實訓條件，將職業行動領域轉化為學習領域，構建了《自動控制基礎》這門課程，同時制定了課程標準。該課程是機電一體化專業的拓展課，共52學時左右，開設在大二的第二學期。

《自動控制基礎》是一門理論性和實踐性都很強的課程。它能夠培養學生的邏輯能力和抽象思維能力，它包括許多工程概念和方法的學習，能夠培養學生處理工程問題的能力。該課程內容豐富，發展快，具有一定的深度和難度，是普遍適用的方法論。

2 課程目標

該課程的總體學習目標是：要求學生掌握自動控制的基本概念和原理，并具備對自動控制系統進行分析、計算、設計、實驗的初步能力，從理論上為后續專業課程的學習創造必要的條件，為學生將來從事機電一體化、電氣、應用電子、數控專業的工程技術工作打下堅實的基礎。

知識目標是：（1）掌握自動控制的基本原理及基本概念。（2）熟練掌握典型自動控制系統的組成及數學模型的建立和研究方法。（3）熟練掌握傳遞函數及其在系統分析中的應用。

（4）掌握反饋控制原理的應用以及分析和設計的一般規律。

能力目標是：（1）對線性定常連續系統進行定性分析、定量估算和初步設計的能力。（2）系統設計計算以及利用已掌握的自動控制知識分析問題的能力。（3）培養運用科學“方法論”和系統的理念來解決生產甚至是生活中實際問題的能力、相關實踐動手能力、綜合應用能力、學習能力、工作能力和創新思維能力。

3 課程設計

3.1設計理念

本門課程設計的基本理念是：以職業能力的培養為最根本出發點，堅持理論學習必須、夠用為度的原則，突出應用、服務于專業。

3.2教材的選取

我們選用大連理工大學出版社郝云主編的《自動控制原理及應用》作為本門課程的教材，選用黃堅主編的《自動控制原理及其應用》和陳瑞華主編的《自動控制原理及其應用》作為參考教材。

該教材的特點是：遵循”講透理論，重在應用“的原則，突出一條”主線“——對控制系統性能的基本要求：“穩”、“準”、“快”。注重課程的體系結構，強調自動控制的基本概念，基本原理和基本分析方法，內容精煉，重點突出，不糾纏推導細節。在理論完整的前提下，內容深入淺出，注重能力的培養，幫助學生樹立工程意識。為便于學生的學習和對知識的理解運用，各章都配有典型例題，不同層次的習題和答案，使學生能真正掌握知識點。注意將傳統控制理論與計算機的應用相結合，引入了風靡世界的Matlab軟件，不僅介紹了軟件在控制系統的輔助分析和設計時

的編程方法，還結合仿真結果進行分析。

3.3授課內容

本門課程的教學重點、難點是：控制系統數學模型的建立；控制系統的時域和頻域分析。

筆者對于重點、難點的處理包括：（1）傳統的講解法。采用板書和講解相結合，注意講解節奏適度，使學生有時間思考和記筆記，教師與學生直接交流，反饋信息直接，是學生從小到大習慣，教師具有豐富經驗的教學方式，容易得到發揮，應該繼承和發揚。比如，使用在傳遞函數的講解和結構圖的化簡中。（2）案例教學法。例如，在講解控制系統的結構框圖的畫法時，筆者結合生活中汽車駕駛的實例，帶領學生建立汽車駕駛控制的結構框圖，激發學生的學習興趣。在講解控制系統的閉環負反饋概念中，筆者結合身邊的實例，家里的全自動洗衣機在放水后不能自動運行，問題出現在哪里？是不是電路的內部發生了故障？引發學生展開討論。（3）Matlab教學仿真：例如在第三章控制系統的時域分析中，我讓學生通過將單位階躍輸入不同的自動控制系統，觀察輸出波形，得到不同系統的性能指標。

4 課程實施

筆者對于本門課程的總體設計安排是：（1）重視理論教學。課堂講授中注意基本概念與基本方法的介紹、注重理論聯系實際，結合工控領域中大量控制系統的實際項目進行分析，提高學生分析問題的能力；（2）根據教學內容適量安排習題課，組織學生開展討論，通過對典型例題的分析，提高學生分析和解決問題的能力；（3）充分利用學校機房、實驗室相關設備，讓學生獨立完成實驗，提高其動手能力；（4）動員學生積極參加課外科技制作，如：數學建模、電子制作、機器人大賽等，綜合運用自控原理、電子技術等相關知識解決實際系統設計中的問題，從而實現了理論與實際、課內與課外、傳授知識與創新思維能力培養的有機結合。

下面就第二章的第一節微分方程的建立這一次課來說明筆者的教學組織。微分方程的建立是學習控制系統的數學建模的第一道難關。將現實生活中的各種實際情況進行抽象對學生的邏輯抽象表達能力要求較高，而學生的基礎起點低，可能在高數的學習過程中已經產生了對微分方程的畏難情緒，不能夠準確理解微分方程的物理意義。所以在教學方法的策略上，我運用了人類的認知規律，從“知其然”出發，把啟發式教學貫穿于整個教學過程，通過探究性實驗或多媒體仿真，把抽象的理論知識難度降低，達到突破難點，幫助學生化難為易，去尋求其所以然，從而達到“知其然”又“知其所以然”的完美效果，讓學生輕松愉快充滿信心地完成學習。

本次課共分為6個教學步驟：（1）復習回顧導入新課（5分鐘）讓學生回顧電阻和電容上的伏安關系，換路定則。建立數學模型的方法：解析法和實驗法。讓學生首先通過實驗法對一階RC電路進行測試和分析。（2）一階RC電路測試分析（30分鐘）實驗中每4人分組，學生可以通過搭建物理電路或仿真電路來進行測試，改變電路中電容和電阻以及輸入方波的周期，觀察輸出波形的變化，得到初步的結論。然后教師帶領學生進行一階RC電路工作原理總結。（3）一階RC電路工作原理總結（10分鐘）當電路的充放電時間常數遠遠大于二分之一矩形波的周期時，從電容兩端輸出的電壓與輸入電源電壓之間呈積分關系。引發學生進一步展開討論。（4）課堂討論（列寫和求解微分方程）（20分鐘）微分方程列寫步驟：確定輸入、輸出變量；列寫各部分微分方程；消除中間變量；求解微分方程。在電路的求解過程中安排答疑時間，目的是為了檢查學生的學習效果，并且顧及那些在課堂中不善于發言或不善于表達的學生，對這部分學生進行啟發性提問，從而讓每位學生都能參與到活動中來，體會到學有所用的樂趣。（5）小結（10分鐘）通過以上幾個教學環節，總結建立RC電路模型需要知道電路中各個元件上的伏安特性；合理確定電路元件參數；根據電路的物理規律按照一定的步驟列寫方程；運用拉式變換求解方程。（6）布置課外作業（5分鐘）學生通過利用網絡資源，查找資料，建立第一章已接觸過的自動液位控制系統的微分方程。

5 考核方案與教學評價

根據學校對考查科目的考核要求，本門課程期中成績占30%，平時成績占40%，期末成績30%。平時成績包括：課堂考核，課后作業，單元測驗。本門課程的教學評價有：校內督導評價，同行專家評價，教師自我評價，學生評價。

6 課程特色及展望

6.1特色

在教學過程中將理論教學和實驗教學相結合，實驗教學中又將仿真實驗和物理實驗相結合。運用Matlab中的Simulink環境，可以完成抽象概念和理論的驗證，通過逼真的動畫形象大大提高學生的學習興趣。另外，學生還可自主的完成從系統模型搭建、系統分析到系統性能驗證的全過程，了解各模塊之間的相互作用，使實踐環節變得輕松，不受時間和地點的限制。

6.2展望

我們可以適當增加實驗課時，在實驗室添置自動控制綜合實驗設備，并且以具體系統對象為主線和核心開展教學，同時，在課后安排學生和教師到相關崗位實習和學習。