機械類專業《自動控制原理》實驗教學改革探討

王憲磊

摘 要：《自動控制原理》是機械類專業一門重要的控制類課程。該課程工程實踐性強，因此必須重視其實驗教學。結合該課程實驗教學現狀，對實驗內容、實驗模式和實驗考核等進行了一系列改革，以通過實驗激發學生的學習興趣，鞏固學生的課程理論知識，提高學生分析問題和解決問題的能力，并通過改革提升實驗教學效果，提高學生的實踐能力和創新能力。

關鍵詞：機械類專業；《自動控制原理》；實驗教學；創新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.117

《自動控制原理》是機械類專業一門重要的控制類課程。該課程理論性強，課程知識與工程實踐緊密結合，主要講解控制理論的基礎知識，為后續其他專業課程的學習打好基礎。為了與機械類專業的其他課程緊密結合，在講解該課程的理論知識時，必須與機械類的工程實踐相結合，理論知識的學習不能脫離工程實踐。為了鞏固課程理論知識，在教授該課程時還必須重視實驗教學，通過實驗加深對理論知識的理解。同時，為了與機械工程實踐緊密結合，在該課程的實驗教學中要更加重視工程背景，將實驗內容與工程實踐相結合。另外，實驗不能脫離工程背景，這樣才能達到實驗教學的目的——既鞏固了理論知識，又提高了學生分析和解決工程實踐問題的能力。

1 傳統實驗教學存在的問題

筆者所在學校最初的《自動控制原理》實驗教學模式單一——教師先設定實驗教學內容，然后給學生講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗分析、實驗總結等，之后就是學生自己動手操作，按照實驗指導書要求按部就班地接線、測數值、分析實驗結果、驗證所學的理論知識。在這種單一的實驗教學模式下，學生的學習興趣不高，大部分都持應付的態度。由于實驗箱數量有限，實驗只能分組進行，每組一般3人左右。在實驗過程中，每個組基本都是一個學生在做實驗，其他人參與得非常少。這樣，很難使所有學生都參與實驗，學生的實驗積極性不高，總想著每個組只要出實驗結果即可，不在乎自己是不是參與了實驗。學生的這種實驗心態導致其對實驗不重視。同時，在實驗分組時，都是學生自由組合，這樣就會使學生在選擇分組時投機取巧，總想與平時學習好、動手能力強的學生一組，這樣自己就不用做了，由學習好、動手能力強的學生來做。總之，在這種單一的實驗教學模式下，不認真做實驗的學生很多。雖然教師也認識到了這些問題，在實驗中也向學生強調了實驗事項和要求，但是學生還是不能從內心重視實驗，整體實驗效果一般。再加上這種傳統的實驗教學模式死板、缺乏新意，完成每次實驗的程序一成不變，學生只需按照實驗指導書上的實驗內容去接線、分析和測試，就能得出實驗結果，學

生在實驗中缺少思考，只是簡單地做實驗。這種固定的實驗教學模式缺乏多變性，限制了學生的思維，影響了學生實驗過程中能動性的發揮，不利于學生的個性發展，也不利于學生創新能力的培養，實驗效果自然不理想。

2 實驗教學改革

隨著機械類專業人才培養方案的不斷調整，結合機械類專業工程實踐性強的特點，在專業課程教學中，必須注重對學生創新能力的培養，注重將所學的專業知識與工程實踐相結合。《自動控制原理》作為機械類專業一門重要的控制類課程，要與工程實踐緊密結合，注重課程實驗教學，改變傳統單一的實驗教學模式，精選實驗內容，提高全體學生的參與度，為學生創造條件，發揮學生的能動性，從而提高實驗教學效果。具體實驗教學的改進是通過引入MATLAB仿真，在傳統實驗的基礎上，新增仿真實驗。我們可以將該課程的實驗分為兩部分，即實驗臺的動手接線、測量和分析實驗，到機房進行的MATLAB仿真實驗。這樣的實驗教學內容豐富、緊湊，讓學生學會用MATLAB仿真軟件來分析和設計工程實踐系統，拓展學生的知識面，讓實驗教學和工程實踐緊密結合，時刻給學生的課程學習創造工程實踐環境，抓緊課程學習的主線，有利于激發學生的實驗興趣，提高實驗教學效果。

2.1 學生自主選擇驗證性實驗內容

在實驗臺完成實驗的過程中，對于驗證性實驗，教師不指定具體實驗內容，由學生自行根據所學的課本知識和實驗指導書選擇自己感興趣的實驗來做，按照要求完成實驗規定的學時。這種不指定具體實驗內容的教學模式有利于發揮學生的實驗主動性和選擇性，學生可以根據自己的實際情況，針對自己所學的課本知識，結合自己的興趣選擇實驗內容，從而激發學生的實驗興趣。以往，教師確定了實驗內容，學生無自主選擇權，可能學生對某些實驗根本不感興趣，但是也要去做，學生的實驗積極性自然不高。因此，學生自選實驗內容能夠很好地提高學生的實驗參與度，激發他們的學習興趣。

2.2 增加綜合性和設計性實驗

針對驗證性實驗中實驗過程簡單、學生相對較容易做的特點，為了提高實驗教學質量，增加實驗難度，也為了提高學生的分析和設計能力，要增加綜合性和設計性實驗。可以結合機械類專業現有的實驗和生產實踐來挖掘綜合性和設計性實驗內容，比如帶學生到機械類的數控機床實驗室、PLC控制實驗室、液壓與氣動實驗室等，有條件的還可以帶學生到附近的工廠去參觀學習，給學生介紹機械設備中《自動控制原理》的相關知識，讓學生觀看機械設備的運轉情況，分析其中的控制問題，找出不足，思考改進的方法，從而培養學生的創新思維，讓學生直觀地認識到《自動控制原理》的重要性。通過參加機械設備的運轉情況，學生能夠樹立工程實踐意識，啟發思維，為后續綜合性和設計性實驗的順利開展打下基礎。教師要提前做好綜合性和設計性實驗的素材準備工作，實驗內容要結合當地的機械工程實際，從工程實際出發設置綜合性和設計性實驗，將實驗內容和工程實際相結合，增強學生的實驗意識。通過綜合性和設計性實驗，培養學生分析和解決實際問題的能力，使學生學以致用，針對不同的設計性題目和要求，激發他們的潛力，發揮他們的才能，自行設計實驗方案，完成運行和分析，直到最終完成設計性實驗。這種設計性實驗既能讓學生熟悉自動控制實驗設備和儀器，也能培養學生用所學知識分析和解決實際問題的能力，培養學生的創新思維能力，為以后的工作打好基礎。

2.3 增加MATLAB仿真實驗

在傳統實驗的基礎上新增MATLAB仿真實驗，使學生學會用計算機輔助分析和設計，降低課程的抽象性，通過仿真實驗使課程的內容更加直觀。MATLAB仿真軟件應用廣泛，功能強大，適用于該課程中的系統建模、系統穩定性分析、系統時域分析、系統根軌跡、系統的頻率響應、系統的校正和設計等。MATLAB仿真實驗的增加使得自動控制實驗內容更豐富，提高了實驗效果。將MATLAB仿真實驗與和設計性實驗相結合，用仿真實驗來演示設計性實驗的內容，模擬設計性實驗的每個環節，便于觀測實驗結果。如果能夠對設計性實驗中的方案加以修改，對參數進行調整，通過仿真很容易觀測到結果的變化，可以更好地幫助分析和設計系統。借助MATLAB仿真實驗，綜合性和設計性實驗更加直觀，同時，學生也可以應用先進的計算機仿真工具輔助分析和設計。

3 實驗考核方式改革

傳統的實驗考核方式側重實驗報告，主要是按照實驗報告給學生打分。這種考核方式容易造成學生只重視實驗報告的書寫而忽略了實驗過程。為了使學生重視實驗的全過程，必須改革實驗考核方式，以考核為杠桿，引導學生重視實驗的各個環節。考慮到《自動控制》課程實驗包括三大部分，即驗證性實驗、綜合性和設計性實驗、MATLAB仿真實驗，實驗成績比例可以設置為驗證性實驗占20%，綜合性和設計性實驗占40%，仿真實驗占40%，以此引起學生對實驗各個模塊的重視。在每個實驗模塊的考核中，要將學生的考勤、實驗參與程度、實驗準備、實驗完成情況和實驗報告等作為考核依據。這種實驗考核方式能使學生重視實驗的每個環節，提高實驗教學質量。

4 結束語

機械類專業《自動控制原理》實驗教學的改革解決了傳統實驗教學模式單一、學生創新思維能力不足等問題，通過在實驗教學中引入機械工程實際，為學生創造了機械工程實踐環境，使實驗內容與機械工程實際緊密結合，既鞏固了學生的理論知識，又提高了學生分析和解決問題的能力。另外，MATLAB仿真實驗的增加可以將抽象的課程變得更加直觀，激發學生的實驗興趣，從而提高實驗教學質量。

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〔編輯：劉曉芳〕