高職自動控制原理課程教學改革探索

薛峰　林俊　李艷玲

【摘要】自動控制原理是高職院校電類相關專業(yè)的必修專業(yè)課，傳統(tǒng)的教學模式已不能滿足教學需求。設計基于MATLAB軟件GUI的教學和實驗平臺輔助教學，可以調(diào)動學生的學習積極性，培養(yǎng)學生對控制系統(tǒng)的自主分析和動手實踐能力，提高教學效果。

【關鍵詞】高職 自動控制原理 教學和實驗平臺 MATLAB 教學改革

【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0229-01

近年來，全國各高職院校紛紛開展教學改革，更加注重知識的應用性，注重學生解決實際問題的能力。電類相關專業(yè)是高職學院中開設較多的專業(yè)，自動控制原理是大部分電類專業(yè)的核心專業(yè)課程，教學改革一直在探索中前行。

1.高職自動控制原理課程教學現(xiàn)狀

以我院（湖南機電職業(yè)技術學院）為例，共有應用電子技術，電氣自動化，機電一體化，樓宇智能化4個相關的電類專業(yè)，自動控制原理均是核心專業(yè)課。高職院校在自動控制原理這門課程的教學過程中普遍存在下列問題：學生的抽象思維能力較差，數(shù)學功底普遍不好，學習過程中分析計算看不懂[1]，不能滿足專業(yè)理論的系統(tǒng)學習；學生對理論知識學習缺乏興趣，教師無法調(diào)動學生的學習積極性；創(chuàng)新能力差，不能獨立完成某一個項目；高職院校針對自動控制原理課程的實驗設備較缺乏，不能滿足學生的學習需求。

2.設計基于MATLAB軟件GUI的教學和實驗平臺

MATLAB軟件是一種集數(shù)學計算、分析、可視化、算法開發(fā)與發(fā)布等于一體的軟件平臺。MATLAB自帶有豐富的函數(shù)庫，大量復雜的數(shù)學運算，自動控制原理課程中用到的大量圖形曲線分析析都可以直接調(diào)用MATLAB函數(shù)[2]。MATLAB提供了控制系統(tǒng)工具箱和完備的simulink仿真，可以模擬大量的自動控制系統(tǒng)實驗。MATLAB還提供了功能強大的圖形用戶界面（GUI）開發(fā)環(huán)境，可以設計人機交互簡單，容易操作的用戶界面。

基于MATLAB軟件的GUI設計虛擬教學和實驗平臺的主要工作：

（1）根據(jù)高職教學現(xiàn)狀，把自動控制原理內(nèi)容分解成數(shù)學功能、時域分析、頻域分析、根軌跡分析、控制校正、離散控制系統(tǒng)這六個模塊。

（2）使用MATLAB的GUI針對這六個模塊設計操作簡單，實用性強的界面窗口[3]。

（3）分別編寫界面中各個功能按鈕的傳遞函數(shù)以達到該功能的實現(xiàn)。

（4）制作幫助界面。使學生能通過幫助界面準確理解概念、原理，并能通過操作指導方便準確的進行相關的操作，完成學習和實驗。

完成后的虛擬教學和實驗平臺界面如圖2-1所示

2-1 虛擬教學和實驗平臺界面引導界面

上述離散控制系統(tǒng)界面中階躍響應的回調(diào)函數(shù)如下：

function pushbutton1_Callback（hObject， eventdata， handles）

a=str2num（get（findobj（gcbf，‘Tag，‘edit1），‘string））；

b=str2num（get（findobj（gcbf，‘Tag，‘edit2），‘string））；

c=str2num（get（findobj（gcbf，‘Tag，‘edit3），‘string））；

[m，n]=c2dm（a，b，c，‘Zoh）；

dstep（m，n）；

輸入?yún)?shù)后，運行結果如2-2所示。

2-2 階躍響應運行結果界面

3.教學改革試點展開

在完成本虛擬教學和實驗平臺的設計和調(diào)試后，選定了本校電氣自動化專業(yè)13級的一個班級進行教學改革實驗。具體的教學實施細節(jié)如下：

（1）重新制定了教學計劃。根據(jù)虛擬教學和實驗平臺梳理教學任務，分配不同的教學課時。比如以前學生難于掌握的拉普拉斯變換和傳遞函數(shù)，通過本平臺，可以只注重概念的理解，計算分析都可以在平臺上完成。所以課時可以適當減少。

（2）在計算機教室組織實施課程教學，一人一機，方便本平臺的普及和使用。教導學生學會根據(jù)平臺的操作指導進行相關操作，提高學生的自學能力和對控制系統(tǒng)的自主認知分析能力。

（3）和傳統(tǒng)的實驗手段相結合。在使用本平臺完成實驗的同時，可以結合傳統(tǒng)的實驗儀器進行相互驗證，這樣可以加深學生對知識的理解和記憶。

（4）考核不再僅僅依賴于答卷形式。在不同的教學時期，設計有針對性的考核內(nèi)容對學生進行考核，能隨時幫助學生查漏補缺、成長進步。

4.小結

虛擬教學和實驗平臺在高職自動控制原理課程的教學中能調(diào)動學生的學習積極性，鍛煉學生的動手能力，充分發(fā)揮學生的潛力，顯著的提高自動控制原理課程的教學效果。

參考文獻：

[1]齊斌，朱永強.淺談高職“工程數(shù)學”、“自動控制原理”兩門課程知識銜接[J].科技風，2013，14：182.

[2]范振瑞. MATLAB在高職自動化專業(yè)《自動控制原理》課程中的教學應用研究[J].軟件，2013，03：155-157.

[3]劉坤，高少平，張福軍.基于GUI的自動控制原理仿真平臺[J].牡丹江師范學院學報（自然科學版），2012，02：66-67.