基于“卓越計劃”自動控制原理的教學改革研究

張燕紅

常州工學院電子信息與電氣工程學院 江蘇 常州 213002

基于“卓越計劃”自動控制原理的教學改革研究

張燕紅

常州工學院電子信息與電氣工程學院 江蘇 常州 213002

根據(jù)“卓越計劃”的目標和社會對自動化專業(yè)人才的需求，針對自動化專業(yè)的主干課程自動控制原理目前教學中存在的問題，通過增加實踐環(huán)節(jié)的教學，注重自動控制原理和工程實踐相結合，并把卓越工程師培養(yǎng)計劃的理念貫穿于該課程的學習中，使學生感到自動控制原理不再是一門純理論的課程，而是一門工程實踐課程，從而培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

卓越計劃；自動化；自動控制原理；創(chuàng)新能力

從近幾年對高校畢業(yè)生在企業(yè)的工作狀況調查來看，企業(yè)對高校畢業(yè)生的總體評價是：普遍缺乏對現(xiàn)代企業(yè)工作流程和文化的了解，動手能力差，上崗適應慢，缺乏團隊工作經(jīng)驗和溝通能力，缺乏創(chuàng)新能力。這些成為畢業(yè)生日后在企業(yè)發(fā)展的瓶頸。針對這種情況，2010年6月，教育部聯(lián)合有關部門和行業(yè)協(xié)會共同在相關高校中組織實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)，并在多個專業(yè)進行試點。該計劃實施的范圍包括工科的本科生、碩士研究生、博士研究生三個層次，旨在培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強、動手能力強、實踐能力強的高質量工程技術人才?！白吭接媱潯本哂腥齻€特點：一是強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力；二是學校按通用標準和行業(yè)標準培養(yǎng)工程人才；三是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程。我校是教育部批準實施“卓越計劃”的高校，電氣工程及其自動化專業(yè)是首批進入該計劃的專業(yè)之一。自動控制原理是電氣工程及其自動化專業(yè)的主干課程之一，因此該課程教學改革的探索和實施為本專業(yè)實施“卓越計劃”奠定了基礎，具有現(xiàn)實意義。

1 目前存在的教學問題

目前，自動控制原理課程主要以理論教學為主，以驗證性實驗為輔。初學者感覺比較困難，主要是這門課程理論性強，概念多而且抽象化，分析方法中計算量比較多，在整個教學過程中難以把握系統(tǒng)的整體性，難以把控制理論的分析方法應用到實際的控制系統(tǒng)中。而且這門課程是后續(xù)課程的基礎，學生往往不能較好地將自動控制原理的知識運用到其他課程中，如在自動控制原理課程中學習了比例、積分、微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及微分方程，當在后續(xù)課程中遇到PID控制器的時候，只能寫出相應的傳遞函數(shù)，而不能畫出相應的電路圖，更不能設計出相應的控制器，也就是無法把在自動控制原理課程中學到的知識實用化和具體化。再比如分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和暫態(tài)性能，有的學生只知道計算控制系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能指標，而在實驗過程中無法理解這些性能指標的含義，或者當實驗出現(xiàn)波形之后，無法調節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)達到較好的性能指標。這樣，學生學習了這門課程之后，只覺得學到了一些理論知識，而不能深入掌握真正控制系統(tǒng)的分析方法，給后續(xù)課程的學習造成了很大的障礙。

2 教學改革與創(chuàng)新

針對自動控制原理課程教學過程中存在的諸多問題，筆者覺得教學改革和創(chuàng)新主要要注意以下幾點。

2.1 教學內容的改革

自動控制原理課程內容比較多，但只有64課時，在有限的課時內很難將所有內容講完，所以必須以重點內容為主，采用啟發(fā)式與引導式相結合的教學方式，讓學生在課堂上掌握最為重要的內容，利用課下時間自學其他內容，這樣才能保證在有限的課時內完成所有的教學內容。

2.2 激發(fā)學生的興趣

學生學習的好壞與是否對這門課程感興趣有直接關系，如果教師只是泛泛地講解課本上知識，可能導致很多學生昏昏欲睡，所以有必要采取以下措施來提高學生的學習興趣。

2.2.1 在課堂上講解一些具體實例

如講解自動控制系統(tǒng)的組成，不能只是按照課本上的內容對照方框圖進行講解，而要舉一些生活中的例子，如全自動洗衣機、溫度控制系統(tǒng)、電機轉速控制系統(tǒng)，讓學生感受在實際生活中自動控制原理的具體應用，使其有一種學有所用的感覺，從而激發(fā)學生學習的興趣。

2.2.2 制作動態(tài)課件

平時所用課件大多是靜態(tài)文字配上相應的圖示，教師只是對照圖示給學生講解，這樣學生很難跟上教師的節(jié)奏，而且還容易誤解教師所指點的教學內容，如講解根軌跡的畫法時，根據(jù)以往講解的內容，學生很難理解幾條根軌跡是同時的，而是把它們獨立開來。如果我們做成動態(tài)的根軌跡，能夠實時演示根軌跡隨著K值的變化過程，那么學生就很容易理解K值和根軌跡以及系統(tǒng)是否穩(wěn)定的關系了，這樣自然就提高了學生的興趣。

2.2.3 課堂上增加Matlab知識

Matlab是功能很強大的軟件，在科研中起著非常重要的作用，在課堂中增加Matlab知識，既能讓學生掌握新的軟件，又能讓學生提高解決問題的效率，學生感到學習的不僅僅是理論知識，還能應用這些知識通過Matlab做一些科研探索，從而提高學生學習的興趣。

2.2.4 把課堂內容和實驗室設備結合起來

結合實驗設備中的控制系統(tǒng)，讓學生從理論的方框圖或者傳遞函數(shù)中認識到具體的對象，這樣的講解能夠提高學生學習自動控制原理的興趣。

2.3 加強學生動手能力的培養(yǎng)

現(xiàn)在高校都非常重視學生動手能力的培養(yǎng)，筆者認為主要可以通過以下幾點來實現(xiàn)。

2.3.1 加強設計性和綜合性實驗

學生以往做的實驗都是驗證性實驗，不能完全發(fā)揮學生的動手操作能力。增加設計性和綜合性實驗，有利于培養(yǎng)學生的動手能力。如在自動控制原理課程中學到的比例、積分、微分環(huán)節(jié)及慣性環(huán)節(jié)，做實驗的時候，讓學生自己設計電路圖和簡單的實驗板，然后利用實驗室的設備進行測驗，這樣既增加了學生的動手能力，也加強了學生理論知識和實踐能力的聯(lián)系。從典型環(huán)節(jié)的設計開始，直到整個系統(tǒng)的設計也會自然而成，如果沒有典型環(huán)節(jié)的設計和制作，很難做出一個系統(tǒng)的實驗板，更不可能把這些部件和整個系統(tǒng)聯(lián)系在一起。

2.3.2 組建開放型實驗室

學生在做設計性實驗時，在實驗課的時間內無法完成任務，如果課下沒有實驗環(huán)境也很難完成。如果實驗室是開放型的，那么學生在課余時間可以繼續(xù)做設計性實驗，這樣既能提高實驗設備的利用率，也能培養(yǎng)學生的思維能力和動手能力。

2.3.3 與企業(yè)共建實驗室

目前我們的實驗設備只能基本滿足日常的教學需求，與實際生產(chǎn)需要還有一定的距離，因此有必要通過與企業(yè)共建實驗室的方式，把企業(yè)的先進技術引入實驗室中，讓學生學到當今最先進的控制技術，如我院電氣工程及自動化專業(yè)與施耐德電氣有限公司已經(jīng)合作共建了工業(yè)自動化實驗室，為學生提供了很好的實踐平臺。

2.3.4 采取“走出去，請進來”的方式

在一些實踐環(huán)節(jié)中，讓學生走出學校，走進企業(yè)，加強學生的動手能力、溝通能力和協(xié)作能力，如在自動控制原理的課程設計中，可以帶學生走入企業(yè)，開闊學生的視野，培養(yǎng)學生的實踐能力，還可以聘請企業(yè)中的工程技術人員來學校給學生作報告和進行交流，使學生了解當今最前沿的工業(yè)技術。

3 結束語

隨著“卓越計劃”在我校的實施，學生理論知識的學習與工程實踐結合得越來越緊密。自動控制原理的講授不能只注重理論，也應該增加實踐環(huán)節(jié)的內容，增加實際控制系統(tǒng)的講解，增加學生動手設計的內容，以培養(yǎng)學生的系統(tǒng)能力、動手能力和創(chuàng)新能力，切實提高教學質量，培養(yǎng)行業(yè)需要的優(yōu)秀工程人才。

Research on teaching reform of automatic control principle based on "Excellence Program"

Zhang Yanhong

Changzhou institute of technology, Changzhou, 213002, China

According to the target of "Excellence Engineer education plans" and demand of society for automatic talents, and the problems existed in the present teaching of automatic control principle, we pay attention to connect the automatic control theory and engineering practice by increasing the practice teaching, and the training plan concept of "excellence program" is inf i ltrated throughout the study of this course, which makes students feel that the automatic control principle is no longer an academic curriculum, but a practical course, so as to train the students' practical ability and innovative ability.

excellence program; automation; automatic control principle; innovative ability

2012-03-23

張燕紅，博士，講師。