基于項目化的自動控制原理課程改革

楊裕翠 曹鳳蓮

基于項目化的自動控制原理課程改革

楊裕翠 曹鳳蓮

（淮陰師范學院物理與電子電氣工程學院，江蘇 淮安 223300）

【摘 要】《自動控制原理》是一門理論性很強的專業基礎課，是自動化及其相關專業的重點課程。該課程學習過程中與實際系統結合不緊密，學習具有一定難度，學習效果較差。本文嘗試將項目法用于該課程的教學過程中，分別在理論教學、實驗教學、課程設計方面進行了設計，實踐表明該方法效果較明顯，能有效改善學生的學習效果。

【關鍵詞】自動控制原理;項目法教學;課程改革

中圖分類號： TP13 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）08-0046-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.018

Curriculum Reform of Automatic Control Principle Based on Project Method

YANG Yu-cui CAO Feng-lian

（Huaiyin Normal University Huaian，Huaian Jiangsu 223300，China）

【Abstract】"Automatic Control Principles" is a theoretically strong professional foundation coursewith complex theory， which is the key course of automation and related majors.In the learning process of this course，it is not closely integrated with the actual system，so the learning is difficult and the learning effect is poor.This paper attempts to apply the project method to the teaching process of the course.It is designed in the aspects of theoretical teaching， experimental teaching and curriculum design.The practice shows that the method is effective and can effectively improve the learning effect of students.

【Key words】Automatic Conrol Theory;Project teaching;Curriculum reform

0 引言

在科學技術日新月異的今天，自動控制技術已成為現代社會生活中不可缺少的重要組成部分。隨著人工智能的飛速發展，其控制理論基礎——“自動控制原理”的地位也越來越重要。《自動控制原理》作為大學本科自動化及其相關專業的一門非常重要的專業基礎課，在控制相關專業的課程體系中占有很重要的地位，是學生學習數字控制、計算機控制系統、過程控制等后續的應用型專業課程必需的知識基礎儲備。同時能加強學生的綜合分析能力、理論聯系實踐能力、團隊合作能力，因此該課程的地位和作用更為突出。

1 改革的必要性

該課程主要學習經典控制理論，主要包括模型的建立、系統分析與系統綜合，配有相對應的實驗教學。但是，實際的教學效果差強人意，主要體現在：（1）課堂教學效果差。目前課堂教學仍是以老師講，學生聽為主要手段，在此過程中部分學生缺乏學習主動性，課堂吸收少甚至是不吸收。也有部分同學基礎不牢固，在學習過程中感覺吃力甚至有聽天書的感覺。同時老師感覺講解的很累，還沒有效果。（2）課后作業沒有達到鞏固學習的效果。目前課后作業與實踐結合的少，很多同學覺得做這些沒有意義，再加上大家的作業都一模一樣，因此抄襲參考就成為一部分人的選擇。（3）實驗教學效率低。實驗有的以MATLAB為主，結合實踐能力弱;有的是一些簡單電路的搭建，學生覺得和模電、數電實驗無區別，因此普遍缺乏積極性，效果差。

2 項目教學法的嘗試

針對這些情況，嘗試在教學中采用項目教學法。項目教學法是行為引導型教學方法中的一種，是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。這是一種全新的嘗試，在一門純理論的課程教學中加入適當的實踐環節，讓學生既動腦又動手。希望通過這種方法的使用，充分將理論和實踐相結合，調動學生學習的積極性，掌握《自動控制原理》課程學習的技巧和方法，能順利將課本知識和實際生產生活中的實際應用很好的結合起來，為今后走上工作崗位從事自動控制相關開發工作打好堅實的基礎。

2.1 改革目標

通過確立的項目主題，把課本的理論知識和現場作業相聯系，使學生的學習更有針對性和實用性，也加強和鞏固學生對理論知識的掌握，同時也因為項目的綜合性，使學生對專業相關課程的知識能夠更好的掌握，實現學科交叉教學，促進專業知識的融合。具體教學目標為以下三點：

（1）通過項目法教學使學生掌握《自動控制原理》的基礎知識，包括自動控制系統的相關概念、性能指標、分析方法（時域法、根軌跡法、頻域法）、設計方法、校正方法等。

（2）通過項目法教學使學生掌握自動控制系統設計的一般步驟和設計方法，能對所建立的系統進行性能分析和校正。

（3）通過項目法教學使學生掌握常用的一些自動控制系統設計的子項目，為今后從事大型系統的設計開發作好鋪墊、打好基礎。

2.2 改革內容

將項目教學法融入《自動控制原理》課程的理論教學、實驗教學、課程設計等教學過程中。具體改革內容如下：

（1）理論教學部分：將自動控制原理基礎知識的學習轉化為10-15個應用于實踐的工程項目，通過對工程項目要求的講解，項目中涉及的基本知識的講解，以及項目完成步驟的闡述和對學生完成情況的評價等步驟完成這些項目的教學，在此過程中讓學生更好的掌握相關理論知識。同時由于該課程的特點，部分知識可以拿出來做翻轉課堂，使學生能學會，可講出，全面掌握自動控制系統。

理論教學中，相關項目的完成主要以教師為主體，以教師的講解為主。實施步驟為：

①對具體項目目前的研究現狀和市場前景進行講解。

②講解本項目完成過程中所需要用到的相關的軟硬件知識，對于比較簡單的部分可以要求學生自學及講解。

③要求學生思考項目完成的方法、步驟，并利用課堂進行交流、討論。

④教師對學生的交流討論進行評價，并按照交流和討論的結果逐步給學生講解項目的具體完成步驟。

課堂教學參考項目如表1所示。

（2）實驗教學部分：為了提高學生對實驗課程的重視程度、對動手操作的興趣，提高課程實驗教學成績在最后課程總成績中的比重。在具體進行實踐教學時，將自動控制原理的課程實驗設置成6-8個和理論教學的項目相關的、難度稍大的工程實際項目。實驗講義上可以幫助學生規劃好項目的設計要求和注意點，學生通過分組建立實驗小組，進行相應的思考、設計、在實驗課堂上或是開放實驗室完成項目軟硬件的設計，完成對項目的仿真，撰寫相關報告。課后有興趣的同學還可以自己動手，購買相關元器件，按照自己的設計制作出相應成品。最后教師對學生完成的步驟進行總結和評價。

實驗教學中，具體項目的完成主要以學生為主體，以學生的自行完成為主。實施步驟為：

①布置具體的實驗項目，給出項目設計的任務書。

②學生查閱相關項目的背景資料——決定設計方案——選擇元器件——硬件電路構建——軟件編程——系統調試——撰寫設計報告。

③根據學生的完成情況和撰寫的報告，教師對學生項目完成過程中的設計方案、硬件電路結構、軟件編程的思想進行總結評價。

實驗教學參考項目如表2所示。

（3）課程設計部分：建議增加一周的課程設計時間，要求學生按照理論教學、實踐教學過程中掌握的相關知識，查閱相關資料，自行選題，設計制作一個自動系統。要求將選題、設計方案、仿真結果交給教師進行審核，審核通過后才能進行相關操作。一周的時間學生對通過審批的項目進行硬件的設計、電路板的設計制作、相關元器件的焊接、系統調試，直到完成自己的實際作品。最后要組織相關教師對每一位學生的成品進行答辯驗收，給出總評成績。養成自主學習和探索的優良習慣，增強其學習的主動性和積極性，培養其工程意識和創新精神。

課程設計中，充分調動學生的積極主動性，完全以學生為主體，教師主要負責對學生完成的情況進行總結和評價。實施步驟為：

（1）學生自擬題目。

（2）上交實驗選題，教師審批。

（3）學生自己查閱資料，擬定任務書，進行軟硬件規劃設計，完成仿真，制作電路板，焊接元器件，最后完成成品。

（4）組織相關教師對學生的作品進行答辯驗收。

2.3 改革擬解決的問題

怎樣學好《自動控制原理》的理論部分，怎樣將自動控制原理的理論知識很好的融入到每一個自動控制系統設計中去，讓學生在攻克每一個工程項目的同時，全面、更好的掌握相關理論知識。

3 項目法改革注意點

（1）項目的選擇

項目教學法成敗的關鍵是設計合適的工作任務。要圍繞自動控制理論的教學目標，提高學生對具體系統建立數學模型的能力、分析系統的能力和設計控制系統的能力，同時提高組織協調能力來選擇合適的項目。項目的大小和難度要適中，既有助于提高學生的能力，又能通過努力實現。

（2）項目的要求

這部分由老師提出，老師綜合學生所學理論和實踐知識，以及學生的理解能力來提出項目要求。給出項目的最終目的、性能指標的要求，以及本項目涉及的基本知識點。

（3）分組工作，系統分析

一個班級劃為多個任務小組。每小組對任務進行分析，包括對系統要求的分析、數學模型的建立、控制方案的確定、軟件仿真、硬件軟件功能的劃分等。這時候老師要給予一定的指導。分析后可以進行合適的硬件結構設計。

（4）控制方案的實現

硬件結構一旦確定，就可以進行系統的設計。如需軟件，同時進行軟件的分析、設計、實現。系統設計完成后進行調試，如能達到預期目標，則該項目完成，進行項目報告的書寫工作。

（5）討論和評估

把全班同學組織在一起，舉行一次評估工作。對每個項目進行一次討論，總結實驗過程中遇到的問題和交流解決辦法。并根據每個項目的完成情況進行綜合評分。

4 結束語

《自動控制原理》課程理論性較強，和實際系統結合的不緊密，這就造成學生學習起來興趣不高，效果較差。本文針對目前的現狀，提出了將項目法教學應用于該課程中。針對理論教學、實驗教學和課程設計方面提出了一些具體項目與實施步驟。在項目教學中，學習過程成為一個人人參與的創造實踐活動，注重的不是最終的結果，而是完成項目的過程。學生在項目實踐過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗創新的艱辛與樂趣，培養分析問題和解決問題的思想和方法，已達到事半功倍的效果。

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