協(xié)同創(chuàng)新模式提升自動控制原理課程教學(xué)質(zhì)量的研究

王鹍?田思慶?郝兵?姚凱

摘要：以校級重點課程自動控制原理作為試行目標(biāo)，分析該課程當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，探討協(xié)同創(chuàng)新模式提高自動控制原理課程教學(xué)質(zhì)量的多種可行性創(chuàng)新方式方法，以期提升電氣工程及自動化專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：協(xié)同創(chuàng)新；自動控制原理；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0146-02

協(xié)同創(chuàng)新是近兩年“高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升計劃”的核心概念，反映了科研發(fā)展的基本趨勢。其中的“協(xié)同”，可以有多個層面、多種形式。協(xié)同論的自組織原理顯示，所有系統(tǒng)一旦缺乏和外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交流，其本身就會處于孤立或封閉狀態(tài)[1]。鑒于，協(xié)同創(chuàng)新模式在高校教學(xué)改革中具有較高的推廣價值，所在的一般本科院校電氣工程及自動化專業(yè)也開始積極推動協(xié)同創(chuàng)新理念。

自動控制原理課程是電氣信息類重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是由高數(shù)、大學(xué)物理、電路、電機拖動、機械、數(shù)學(xué)建模多門課程融合的系統(tǒng)理論，與后續(xù)的現(xiàn)代控制理論、自動控制系統(tǒng)、過程控制等相關(guān)課程聯(lián)系緊密，也是控制理論和控制工程研究方向的基礎(chǔ)理論，自動控制原理課程更是很多本科生考研所選擇的專業(yè)課[2]。因此，選擇自動控制原理課程作為協(xié)同創(chuàng)新方式的研究與實踐，探索全面提升教學(xué)質(zhì)量的有效方法。

一、自動控制原理課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

自動控制原理課程傳統(tǒng)教學(xué)模式一直以來都偏重理論，與我校重點專業(yè)電氣工程專業(yè)的“寬口徑、復(fù)合型”的“技術(shù)型電氣工程師”培養(yǎng)目標(biāo)相背離。傳統(tǒng)的自動控制原理課程在人才培養(yǎng)方案、授課方式、實踐環(huán)節(jié)等方面比較保守，缺乏創(chuàng)新和思索；專業(yè)之間交叉少，幾乎是單一專業(yè)教研室獨自培養(yǎng)人才；實踐環(huán)節(jié)落后，課程實驗對學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力幫助不大，學(xué)生都是應(yīng)付了事；教師多屬教學(xué)理論型的，接觸社會少，與企業(yè)聯(lián)系少，解決實際問題的能力比較弱，對所授的專業(yè)課程對應(yīng)的行業(yè)前沿動態(tài)了解的不多，不能很好的將最新的應(yīng)用性技能傳授給學(xué)生，指導(dǎo)技術(shù)型本科學(xué)生能力欠缺；電氣專業(yè)還有二表本科和三表本科的認(rèn)知水平的差異等等。

上述問題導(dǎo)致自動控制原理課程所講授的理論、知識更新以及訓(xùn)練出的學(xué)生實踐能力與實際需求脫節(jié)，尤其是面對校級大學(xué)生創(chuàng)新項目、全國電子大賽、職業(yè)技能大賽等基礎(chǔ)理論需要時，客觀上都急需專業(yè)或教師積極探索控制理論的有效教學(xué)模式。

二、多種教學(xué)方式的協(xié)同

1.傳統(tǒng)教學(xué)方式與多媒體教學(xué)方式的協(xié)同

教師利用板書進(jìn)行傳統(tǒng)的教學(xué)，講解公式及定理的推導(dǎo)過程，細(xì)膩專注，習(xí)題計算和繪制曲線，步驟清晰，一目了然，重點突出，詳略得當(dāng)，板書的形式可以讓學(xué)生掌握理論的來龍去脈，授課效果還是很好的。根據(jù)授課內(nèi)容，如果適當(dāng)減少板書，采用PPT、matlab仿真等多媒體教學(xué)，不僅可以提高課堂的時間效率，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使抽象的理論變得直觀生動。

例如，使用matlab仿真幫助學(xué)生理解掌握控制原理和系統(tǒng)分析設(shè)計的方法?？刂葡到y(tǒng)方框圖化簡，計算和方框圖的一步步化簡過程比較麻煩；理論分析二階系統(tǒng)尤其是高階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，計算難且計算量大；研究一個或幾個參數(shù)變化對系統(tǒng)根軌跡及性能的影響，手工繪圖繁雜且不準(zhǔn)確不靈活；利用伯德圖對系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析和設(shè)計，都需要花費較多的時間來計算和畫圖，且圖形都是近似不準(zhǔn)確的。而matlab軟件輕松解決上述困擾，畫圖特別快捷直觀，系統(tǒng)分析如虎添翼，事半功倍。

再例如，判定系統(tǒng)穩(wěn)定性是控制理論最重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，在理論講授完成后，讓學(xué)生思考總結(jié)，寫個小報告，利用matlab至少有幾種方法可以幫助判定系統(tǒng)的穩(wěn)定。據(jù)學(xué)生們反饋，課上課下寢室都在一起研究討論著，非常主動積極。報告內(nèi)容分為閉環(huán)判斷穩(wěn)定性和開環(huán)判斷穩(wěn)定性兩大類。一類是已知系統(tǒng)閉環(huán)傳函或是特征多項式，利用指令root（）直接求特征根，再根據(jù)所求得的根是否都具有負(fù)實部，是則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；利用step（）命令繪制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，若曲線收斂，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，反之不穩(wěn)定。另一類是已知系統(tǒng)的開環(huán)傳函，利用rlocus（）指令繪制系統(tǒng)的根軌跡曲線，可以判定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及參數(shù)的穩(wěn)定范圍；區(qū)別使用bode（）、nyquist（）、margin（）、allmargin（）指令，也可判定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

教師總結(jié)時，當(dāng)學(xué)生聽到不同的方法，趕緊去研究，充分調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)效果很好。

2.課堂教學(xué)與課外實踐協(xié)同

在課堂上，課程講解時老師是主體，當(dāng)學(xué)生自由討論問題各抒己見時，老師穿針引線，分析總結(jié)，學(xué)生便是主體。教師若能在自控原理知識融會貫通的基礎(chǔ)上，多思考并設(shè)計一些啟發(fā)性的問題或任務(wù)留給學(xué)生，尤其是設(shè)計的任務(wù)涉及到電氣、機械等實際系統(tǒng)，既要數(shù)學(xué)建模，又要系統(tǒng)分析和綜合設(shè)計時，極大的激發(fā)了學(xué)生的求知欲，學(xué)生自由組合，形成活學(xué)活用的虛擬空間，為將來的實踐打下了比較堅實的基礎(chǔ)。

（1）開放實驗室。在校內(nèi)，實驗室開放是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的主要手段，各實驗室分層次面向?qū)W院的學(xué)生開放。實驗室開放的重點是指導(dǎo)和培養(yǎng)本學(xué)院的學(xué)生進(jìn)行各種科技創(chuàng)新活動，完成學(xué)生自選科技項目。許多學(xué)生甚至將研制出的作品拿去應(yīng)聘，提高了自身的競爭力，也滿足了單位對人才的需求[3]。

（2）校企協(xié)同。除了課堂講授、課程實驗、實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計外，師生與企業(yè)聯(lián)合，進(jìn)一步實現(xiàn)理論與實踐的協(xié)同。本專業(yè)最近幾年逐漸加大校企合作，與佳木斯鹽業(yè)公司、市污水處理廠等幾家企業(yè)建立了多個課外實習(xí)基地，選擇參加的學(xué)生自動控制原理、PLC、單片機等課程成績都是很優(yōu)秀的。在由教師、工程師、工人一起解決企業(yè)的科研實際難題的過程中，教師和學(xué)生協(xié)同，校企雙方在原理、技術(shù)、水平上都有不同程度的提高，使得高校的教學(xué)科研與生產(chǎn)實際相融合，更有利于企業(yè)與學(xué)校的橫向合作，實現(xiàn)雙贏。

三、資源協(xié)同

1.教師協(xié)同

自控原理課程學(xué)時多，選修的學(xué)生多，學(xué)生的學(xué)習(xí)要求層次多，一名專業(yè)課教師可能由于種種原因不能完全勝任對幾十甚至百余名學(xué)生的指導(dǎo)工作，但多個教師聯(lián)合起來的力量將會更大，兩位或是幾位教師分章節(jié)上同一門課，各有各的精彩和特長，教師還能有更多整塊的時間和精力去搞科研，再來反哺教學(xué)。這種多教師協(xié)同培養(yǎng)方式，打破了傳統(tǒng)的一對多的師生關(guān)系，拓展到了多對多，能拓寬學(xué)生的研究思路和技術(shù)領(lǐng)域。

2.多專業(yè)學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新

我院組織電氣工程及自動化專業(yè)學(xué)生參加全國電子大賽、省級大賽很多年了，最近兩年又組織學(xué)生參加校級大學(xué)生創(chuàng)新項目、職業(yè)技能大賽，其它學(xué)院也開始參加這幾個比賽。過程中發(fā)現(xiàn)：控制專業(yè)的學(xué)生盡管自動控制原理、檢測、電機、PLC等已經(jīng)學(xué)習(xí)過，但機械及數(shù)學(xué)建模等知識了解的不深入，有時題目要求的系統(tǒng)模型都很難建立起來，就談不到后續(xù)的控制及編程；而機械、數(shù)學(xué)等專業(yè)的學(xué)生，控制方法和編程又稍弱，比賽成績不盡人意甚至直接被淘汰。試想，大學(xué)在組織管理、績效評價、權(quán)益分配等協(xié)同機制上有所作為，將電氣工程、自動化、機電、通信、數(shù)學(xué)、電路、控制等多學(xué)科交叉協(xié)同，不同專業(yè)的優(yōu)秀教師和學(xué)生協(xié)同組成一個科技小組，在平時的學(xué)習(xí)和科研中，技術(shù)技能專業(yè)知識相互彌補，相得益彰。在學(xué)習(xí)過程中，自然分出層次，然后推薦不同的學(xué)生參加適合的大學(xué)生競賽，學(xué)生在協(xié)同創(chuàng)新的訓(xùn)練后勢必有新的突破。在2014年的黑龍江省大學(xué)生電子設(shè)計大賽中，所有參賽學(xué)生均獲獎，一等獎一名、二等獎一名、三等獎兩名，成績?yōu)闅v年來最優(yōu)。以各項比賽為契機，促進(jìn)學(xué)生對自動控制原理課程及其它相關(guān)專業(yè)課的理解與掌握。

3.儀器設(shè)備協(xié)同

大學(xué)的實驗室存在儀器設(shè)備分散，設(shè)備利用率低，學(xué)生的實驗相對封閉，選修自控原理的學(xué)生多，但本專業(yè)的實驗設(shè)備不足，對其它實驗室的設(shè)備只能望洋興嘆，學(xué)生的實驗效果不好也無計可施。當(dāng)各學(xué)院之間、實驗室之間、學(xué)科之間作為競爭者時，相互的合作就會更少[4]。但是，當(dāng)相關(guān)專業(yè)有意愿協(xié)同創(chuàng)新時，教師的資源與實驗室的資源就能自由組合，更好的發(fā)揮整體的實力。

4.多專家協(xié)同

傳統(tǒng)課程例如經(jīng)典的自動控制原理課幾十年來的講授，容易使學(xué)生形成固定的思維和模式，任課教師經(jīng)常鼓勵學(xué)生們嘗試用其它學(xué)科的思維方法研究本課程的問題。為此，學(xué)院每學(xué)期都盡力請一些不同方向的專家走進(jìn)課堂，在相互交流相互碰撞中，促進(jìn)了學(xué)生思考，開拓了學(xué)生的視野，觸類旁通，學(xué)生們比以前更能活學(xué)活用控制原理的精髓，對不同的控制系統(tǒng)不再有為難情緒，在系統(tǒng)分析和設(shè)計過程中，幾種設(shè)計方法進(jìn)行比較，思考利弊，非常有利于學(xué)生的協(xié)同創(chuàng)新，這種方式很受學(xué)生歡迎。

四、結(jié)語

本文基于協(xié)同創(chuàng)新模式下的自動控制原理課程的教學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，通過教學(xué)方式和教學(xué)手段的改革，加強實踐教學(xué)和學(xué)科交叉，學(xué)生很大程度的由惰性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)同創(chuàng)新性學(xué)習(xí)，在以學(xué)生、教師、企業(yè)等多種資源協(xié)同學(xué)習(xí)的彈性平臺上，有助于學(xué)生更深入的掌握經(jīng)典的自動控制原理課程，有助于促進(jìn)學(xué)生學(xué)用結(jié)合，有助于實現(xiàn)自動控制原理課程教學(xué)質(zhì)量的提升。實踐協(xié)同創(chuàng)新模式，教師教學(xué)與科研能力都不同程度得到了提升，綜合提高了師生解決實際問題的實踐創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

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[3]田思慶，蘇貴章，王越男，等.電氣工程應(yīng)用型人才“3+1”培養(yǎng)模式的研究與實踐[J].中國電力教育，2011，（3）：170-171.

[4]葉仕滿.協(xié)同創(chuàng)新：高校提升創(chuàng)新能力的戰(zhàn)略選擇[J].中國高?？萍?，2012，（3）：16-18.

（責(zé)任編輯：劉麗娜）