高職《自動控制原理》課程的教改探索

陳季云

（南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇 南通 226007）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)如今自動控制技術(shù)已遍及生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，不論是哪種自動控制系統(tǒng)，都可以在自動控制原理中找到它的思想方法的源頭，所以對于我院的機(jī)電一體化技術(shù)、電氣自動化技術(shù)等專業(yè)的學(xué)生來說，《自動控制基礎(chǔ)》就成為一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要內(nèi)容是經(jīng)典控制理論的一般概念以及自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生清晰地認(rèn)識自動控制系統(tǒng)的體系構(gòu)成，并初步學(xué)會利用經(jīng)典控制理論分析和設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)。然而，這門課程理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)含量大，且與工程實(shí)際結(jié)合緊密，特別是對于數(shù)理薄弱的高職學(xué)生而言，學(xué)習(xí)起來有一定的難度。針對學(xué)生的這些情況，并結(jié)合近幾年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們對該課程的知識結(jié)構(gòu)和教學(xué)方法等方面進(jìn)行了探索和改革，以適應(yīng)高職教育的要求。

1 教學(xué)內(nèi)容改革

高職學(xué)生將來的工作崗位主要是對已有實(shí)際系統(tǒng)的分析改進(jìn)或?qū)σ延邢到y(tǒng)的故障檢修，而不是從事控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)弄清自動控制系統(tǒng)的原理。因此，在教學(xué)中，我們本著“講透理論，重在應(yīng)用”的原則，對傳統(tǒng)的學(xué)科式教育教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了較大的精煉和壓縮，力求做到深入淺出，循序漸進(jìn)，通俗易懂，注重物理概念敘述的同時引入案例，做到理論聯(lián)系實(shí)際，具體體現(xiàn)在以下兩方面：

1.1 理論必須夠用為度，精選教學(xué)內(nèi)容

我院“自動控制原理”課程理論學(xué)時為48學(xué)時,教學(xué)內(nèi)容多而學(xué)時少,教學(xué)中我們結(jié)合高職學(xué)生側(cè)重應(yīng)用的特點(diǎn),按照理論必須夠用為度的原則，刪繁就簡，弱化理論推導(dǎo)。比如在該課程中經(jīng)常會運(yùn)用到拉氏變換，然而大部分學(xué)生并不具備完成相應(yīng)推導(dǎo)的數(shù)學(xué)能力，由此產(chǎn)生厭學(xué)情緒，達(dá)不到教學(xué)效果。針對此問題，教學(xué)中我們只要求學(xué)生熟記一些必須夠用的常用函數(shù)的拉氏變換結(jié)果，并教會學(xué)生靈活運(yùn)用拉氏變換的相關(guān)定理去解決非常用、復(fù)雜函數(shù)的拉氏變換即可，所以在課堂上無需花時間去講解相應(yīng)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，這樣的教學(xué)安排不僅不會對學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)帶來影響，還會使學(xué)生更容易接受，增強(qiáng)他們對這門課程的學(xué)習(xí)信心。

1.2 構(gòu)建工程實(shí)際案例，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

該門課程主要是基于“反饋控制”的核心思想，針對自動控制系統(tǒng)及其動態(tài)的工作過程，把實(shí)際的物理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，轉(zhuǎn)換成采用微分方程或傳遞函數(shù)為主的定量數(shù)學(xué)描述，在此基礎(chǔ)上分析控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，所以數(shù)學(xué)模型的建立和系統(tǒng)性能指標(biāo)分析是我們教學(xué)的重點(diǎn)。然而，在講解自控原理時僅僅以單純的數(shù)學(xué)模型分析為基礎(chǔ)，缺乏工程實(shí)際案例，理論知識的空乏會造成學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的缺失，完成課程的學(xué)習(xí)后還不知控制理論的應(yīng)用所在。針對此問題，我們嘗試了案例化的教學(xué)改革，即根據(jù)精選的理論教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建工程實(shí)際案例，注重案例的引入和應(yīng)用，讓學(xué)生感受到課程內(nèi)容很實(shí)在，用途很廣泛。比如在第一次課講解自動控制系統(tǒng)的組成時，筆者引入了一個淺顯易懂的水位自動控制系統(tǒng)，讓學(xué)生們自己分析它的工作過程，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生回答哪個是被控對象，哪個是檢測元件，哪個是執(zhí)行元件等等，學(xué)生都能一一回答正確，因?yàn)橛辛藢?shí)際案例的引入，所以學(xué)生在輕松活躍的課堂氣氛中學(xué)會了有關(guān)自動控制系統(tǒng)組成的理論知識，取得了很好的教學(xué)效果。在后續(xù)的教學(xué)中，我們還構(gòu)建了恒溫控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流控制系統(tǒng)等等來滿足理論教學(xué)的需要，降低了教學(xué)的難度，也增強(qiáng)了學(xué)生的工程意識。

2 教學(xué)方法改革

本課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式是 “教師—黑板 （PowerPoint演示）—學(xué)生—練習(xí)”，這樣學(xué)生總是處于被動接收的地位，極大地妨礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性的發(fā)揮。因此,我們結(jié)合課程特點(diǎn)和高職學(xué)生實(shí)際情況,在教學(xué)方法上進(jìn)行了適當(dāng)改革,用以提高教學(xué)效果。

2.1 多媒體技術(shù)與MATLAB軟件相結(jié)合，發(fā)揮現(xiàn)代化教育技術(shù)的優(yōu)勢

我們充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段,制作了“自動控制原理”課件,用簡潔的文字、豐富的畫面、逼真的動畫以及聲音等直觀形象地將抽象的知識呈現(xiàn)在學(xué)生面前,使學(xué)生樂于接受，更容易理解和掌握。同時,在教學(xué)課時安排中適當(dāng)增加了Matlab軟件使用這一內(nèi)容,把Matlab作為一種基本工具與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合,教學(xué)效果有明顯提高，因?yàn)镸atlab軟件有很多優(yōu)點(diǎn)，可以在它的仿真器中構(gòu)造實(shí)際的物理系統(tǒng),在仿真時可以任意改變參數(shù)或環(huán)節(jié)來觀察該參數(shù)或環(huán)節(jié)的變化對整個系統(tǒng)響應(yīng)過程的影響,操作靈活,得到的曲線直觀,復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算可以用簡單的程序來完成,節(jié)省時間，講課時既可以用多媒體進(jìn)行動態(tài)演示,也可以讓學(xué)生在電腦上自己動手操作,充分調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動性。

2.2 將課堂搬到生產(chǎn)現(xiàn)場，充分發(fā)揮校外實(shí)訓(xùn)基地的作用

傳統(tǒng)的理論教學(xué)以單純知識講解為主,實(shí)驗(yàn)教學(xué)也只是對課堂教學(xué)內(nèi)容的驗(yàn)證,易使學(xué)生不知所學(xué)知識有何用處。若能充分發(fā)揮校外實(shí)訓(xùn)基地的作用，讓學(xué)生親臨生產(chǎn)現(xiàn)場，聆聽企業(yè)工程技術(shù)人員的講解，學(xué)生會親自感受到學(xué)以致用，加深對工程概念、工程原理和基本理論的理解與運(yùn)用。所以，在教學(xué)中，我們會安排一定量的課時到校外實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行認(rèn)識實(shí)習(xí)，比如讓學(xué)生們觀察工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的物料小車控制系統(tǒng)、直流調(diào)速系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)等等，并引導(dǎo)他們分析系統(tǒng)工作的來龍去脈，在分析的同時適當(dāng)?shù)匾肫渌鼘I(yè)課程的相關(guān)知識，不僅使學(xué)生深刻領(lǐng)悟到自動控制原理是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法來源，還能使學(xué)生對整個專業(yè)體系認(rèn)識更加清晰，知道每一門專業(yè)課程的用武之地。

2.3 改革傳統(tǒng)的考核方法，完善考核機(jī)制

課程考核的目的是正確評價(jià)學(xué)生對知識的掌握程度，考核方法應(yīng)科學(xué)合理，體現(xiàn)出課程特點(diǎn)和職業(yè)特色。該課程以往的考核方式都是憑借一張?jiān)嚲韥碓u價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，然而面對高職教育是以高素質(zhì)高技能高技術(shù)為目標(biāo)的培養(yǎng)要求，我們必須改革傳統(tǒng)的考核方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。所以我們將考試成績分為“平時成績+實(shí)踐成績+考試成績”，平時成績占30%，包括學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂出勤率、答疑情況、學(xué)習(xí)的主動性、完成作業(yè)情況等；實(shí)踐成績占30%，包括實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況、實(shí)訓(xùn)基地學(xué)習(xí)情況以及運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識解決問題的能力等；考試成績占40%，在題型分布方面，應(yīng)該強(qiáng)化對工程應(yīng)用分析方面的考核，弱化對公式推導(dǎo)及數(shù)理計(jì)算的要求。改革后的考核辦法更加貼近高職教育的目標(biāo)，有利于教學(xué)水平和教學(xué)效果的提高。

3 結(jié)論

在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中,我們已經(jīng)對上述改革方法進(jìn)行了初步實(shí)踐,取得了良好的教學(xué)效果,然而教學(xué)改革是一個長期的、不斷探索的過程，我們要緊扣該課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生自身的特點(diǎn),在今后的工作中不斷嘗試各種教學(xué)方法,不斷分析總結(jié),不斷改進(jìn),找出適應(yīng)高職高專教育的有效途徑。

［1］陸錦軍.自動控制原理課程教學(xué)改革實(shí)踐[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005(6):103-104.

［2］趙肖宇.工程本位“自動控制原理”教學(xué)模式改革探討[J].黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(1):83-84.

［3］郝蕓.自動控制原理及應(yīng)用[M].大連理工大學(xué)出版社，2011.