高職《自動控制原理與系統》課程改革與思考

楊惠

摘 要： 《自動控制原理與系統》是電氣類專業的一門綜合性專業課程，該課程內容豐富、理論性強，并且和工程聯系緊密。但是該課程在高職電氣專業中開設效果不太理想。為了提高學生的學習積極性、保障良好的教學效果，本文針對高職學生特點，分析存在這些問題的原因，并提出一些改革措施。實踐表明，這些改革措施不僅提高了學生的學習積極性，提高了學生分析問題和解決問題的能力，而且培養了學生的工程技術能力和創新能力，保障了良好的教學效果。

關鍵詞： 高職;學生;自動控制;改革;MATLAB

隨著科學技術的發展，自動控制技術已成為當今世界的前沿技術，在航空、航天、交通、工業等領域都有很重要的應用。作為高職電氣工自動化技術專業學生，在將來工作中都會接觸自動控制技術，而控制技術的基礎是控制理論，沒有先進的控制理論就沒有先進的控制技術，因此，學好自動控制理論很有必要。《自動控制原理與系統》是一門理論性和實踐性都很強的專業基礎課程，是高職電氣自動化技術專業的重要專業課之一，該課程分為上篇和下篇，上篇是“自動控制原理”部分，主要分析理論，下篇是“自動控制系統”部分，主要分析自動控制系統的運行及改進等。通過這門課程的學習，主要培養學生設計控制系統、分析控制系統以及工程實踐和創新的能力。這門課程的特點是內容豐富、知識面廣、理論性強，想學會這門課需要有很好的高等數學、復變函數以及電工等專業基礎，而高職學生基礎薄弱，學習主動性差，加上這門課理論性強，內容枯燥乏味，這就造成高職院校開設這門課程的效果不好，許多高校電氣自動化專業甚至取消開設這門課程。傳統的教學方法和手段已經不適合高職教育的現狀，針對高職學生的特點，在教學過程中對《自動控制原理與系統》課程進行改革和探索很有必要。

一、課程教學現狀分析

（一）學生基礎薄弱

《自動控制原理與系統》是高職電學類專業的專業基礎課程之一，該課程綜合性很強、理論性很強，學好本課程除了需要扎實的數學基礎外，還需要有電工、電子、電機、電力電子等學科的基礎知識。而高職學生大部分高中數學基礎薄弱，學習自主性差，大一開設的高等數學、電工、電子等課程知識掌握不扎實，不擅長學科之間的交叉應用，而該課程綜合性比較強，輔助課程基礎薄弱直接影響該課程的學習效果[1]。比如，在講授頻域分析法的時候，還需要用到高等數學、復變函數等相關知識，學生對復變函數不了解，就無法寫出系統的頻率特性方程，無法理解頻率特性、傳遞函數、微分方程之間的關系[1]。一部分學生對老師課堂上講授的知識無法完全理解，課下又不去復習，從而造成學生從心理畏懼這門課程，認為很難，自己學不會，甚至放棄學習這門課的想法。

（二）課程內容多，學時不夠

我院本課程教學計劃為64學時，主要包括自動控制的基本概念、自動控制系統的數學模型、自動控制系統的時域分析法、頻域分析法、控制系統的校正以及直流調速系統、雙閉環直流調速系統、直流可逆調速系統、直流脈寬調速系統等內容，課程理論內容多而課時少，加上學生的數學、電工、電子等基礎薄弱，還需要給學生補充微積分、復變函數、拉普拉斯變換等內容，這就造成上課進度快，每節課教學內容多，學生無法消化吸收本節課內容，教學效果不好。

（三）理論教學與實踐教學相脫節

《自動控制原理與系統》這門課程是一門綜合性比較強的課程，該課程概念公式比較多，邏輯性要求比較高，目前主要的教學方法是板書或者PPT講解，注重理論知識的推導，教學過程中以老師為主導，學生的積極性不高。高職學生的動手能力比較強，但對理論知識的主動學習能力比較弱。學生看到抽象的概念公式，沒有實際動手操作，容易對課程失去學習興趣，造成上課不聽，課下不去復習的現象;在實踐環節的教學中，實驗主要是對結果進行驗證，而讓學生自己的設計的實驗很少，學生的創新能力和動手能力無法提高，分析能力和解決問題的能力無法培養，與高職高專學生培養的目標相違背。

二、教學內容及方法改革措施

（一）理論聯系實際，激發學生興趣

在教學過程中，注重理論知識和實際生活的聯系，以及本課程同其他專業課程的聯系，讓學生認識到本課程在高職電氣自動化技術專業中所處的重要地位，以及在以后升本、考研或者工作中的重要作用，讓學生從心里重視這門課程，從而提高學生學習的主動性和積極性。比如，在第一章，我們通過動畫和圖片的形式向學生展示自動控制技術在航空、航天、交通、工業、家庭中的應用，把課程的學習和未來就業聯系起來，讓學生了解本門課程在實際生活中的應用廣泛以及學好本門課程的重要性;結合目前工業4.0概念的提出以及人工智能的發展，向學生介紹智能工廠、智能家電和智能機器人等應用，從而讓學生了解自動控制技術的實際應用和發展趨勢，激發學生的學習興趣;給學生介紹本課程和其他課程的聯系，比如，在講控制系統的校正時，我們可以聯系前面學過的電工、電子技術等課程，讓學生知道本課程在整個專業課程體系中所占的重要作用，從而提高學習的主動性和積極性。

（二）采用項目化教學，培養工程能力

在教學過程中，把理論教學和實際工程應用相結合，根據企業的需求，采用項目化進行教學，要求學生完成和本專業崗位相關的任務。比如，把本課程分為若干項目，結合直流電機調速系統，要求學生通過本門課程的學習完成直流電機調速系統的分析和調試，在每一個項目中，分別要求學生會建立直流電機調速系統原理框圖和數學模型、會對直流電機調速系統進行時域分析和頻域分析，以及會對直流電機調速系統性能指標的校正，從而在項目化教學中使學生掌握本課程的基本概念和原理，并且會用計算機對控制系統進行建模、分析和校正等。

（三）精選教學內容，強化重點，淡化數學推導

由于該課程內容多課時少，按照高職學生人才培養方案的要求，根據教學大綱，適當精選教學內容，突出重點。在授課過程中，挑選每章重點內容進行講授，比如傳遞函數、勞斯穩定判據、伯德圖繪制、系統校正等重點知識，對于一些純理論的知識者、復雜計算的內容或者大綱要求了解的知識，少講或者不講[2]。在計算推導時挑選簡單的例題進行推導，在保證控制理論內容嚴謹的前提下，淡化數學推過程，增加實例進行分析[3]。在對概念、原理和分析方法進行講授過程中，采用項目化教學的方法，圍繞建模、分析和應用展開進行教學，重點給學生講思路、方法，降低對學生數學推導和計算的要

（四）多媒體技術與 MATLAB 工具相結合

課堂上，給學生講授知識點時，配合一些動畫或者動態圖，比如在直流電機調速系統中，配合直流電機調速的動畫，把一些抽象的知識形象的展現在學生面前，加深學生對知識的理解和掌握。課堂上配合MATLAB軟件進行仿真。MATLAB軟件在本科中用的比較多，但是在專科中應用的比較少。在課堂上把MATLAB和教學內容相結合，比如對二階系統進行動態響應分析、判定系統穩定性、乃奎斯特圖、伯德圖的繪制、直流調速系統的分析等，都可以通過MATLAB/Simulink進行仿真，學生通過觀察參數的變化來分析系統的穩定性、快速性和準確性，把控制理論內容形象的展示出來，給學生留下深刻的印象，保證更好的教學效果。

（五）增加M ATL AB仿真實驗教學環節

在每一章節學完后，都有一節上機課，配合項目化教學進行，讓學生親自動手操作，仿真MATLAB，完成實驗建模、設計。比如，在MATLAB中解決拉氏變換和反拉氏變換;繪制系統時域階躍響應曲線;解決系統穩定性問題;通過簡單的程序繪制系統的伯德圖和乃奎斯特圖，并且判定系統的穩定性，求取穩定裕度;實現PID仿真以及串聯校正等。MATLAB軟件操作界面簡單、靈活，節約時間，得到的曲線逼真，并且可以隨時改變參數，通過參數的變化來觀察對系統的影響。上機課調動了學生的學習積極性和主動性，課堂氛圍活躍，培養了學生的動手能力、實踐能力和創新能力。

三、考試改革措施

學院本課程為考查課，在之前的考試中，都采用閉卷的方式進行考試。學生期末成績 = 期末考核成績（40%）+平時出勤（10%）+平時考核成績（50%）。為了和課程改革相配合，更好的考核學生的學習效果，期末考試除了閉卷考試外，增加了MATLAB上機操作考試，其中閉卷考試和MATLAB上機操作考試各占一半，共占期末成績的40%。閉卷考試和之前的考試差別不大，主要考查學生對基本概念、原理的理解和掌握情況;上機考試主要考查學生在MATLAB環境下對控制系統的建模、分析和設計能力。平時考核成績，除了平時作業完成情況，增加項目化任務學生完成情況。通過這樣的考試方式，可以調動學生平時學習的積極性，培養學生分析問題和解決問題的能力。

四、結語

在《自動控制原理與系統》課程的教學與改革探索中，結合高職學生特點，從學生實際情況出發，分析了我校在講授這門課程中所存在的問題，探討存在這些問題的原因，并提出改革措施。在最近幾年的教學過程中，本文所提出的方法已經實施并且達到了良好的教學效果，不僅提高了學生的學習興趣和學習積極性，讓學生從被動的接受知識變成主動分析、思考，而且把工程實例引入課堂，提高了學生未來就業的競爭力，達到了良好的教學效果。

參考文獻

[1]李蓉娟.高職院校《自動控制原理與系統》教學改革的探討[J].智庫時代，2017（16）：122+298.

[2]薛邵文.高職《自動控制原理》課程教學改革探究[J].瀘州職業技術學院學報，2014（03）：33-38.

[3]張坦通.高職《自動控制原理》課程教學改革與探索[J].信息與電腦（理論版），2014（07）：227-228.