應(yīng)用型大學(xué)建設(shè)背景下“自動(dòng)控制原理”教學(xué)改革探索

盛桂敏，王春紅，曲曰陽

（綏化學(xué)院　電氣工程學(xué)院，黑龍江　綏化　152000）

應(yīng)用型大學(xué)建設(shè)背景下“自動(dòng)控制原理”教學(xué)改革探索

盛桂敏，王春紅，曲曰陽

（綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院，黑龍江綏化152000）

工程實(shí)踐必須具備自動(dòng)控制理論知識(shí)，而控制理論的學(xué)習(xí)理論性強(qiáng)，難度大，傳統(tǒng)的教學(xué)存在教學(xué)枯燥，與實(shí)踐脫節(jié)等問題，因此，本文提出了多媒體與板書結(jié)合教學(xué)，比較式與啟發(fā)式教學(xué)結(jié)合，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，改善了傳統(tǒng)的教學(xué)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合.通過考核檢驗(yàn)了教學(xué)效果，提高了教學(xué)水平.

自動(dòng)控制原理；實(shí)踐；教學(xué)手段

1　引言

自動(dòng)控制在工業(yè)化社會(huì)發(fā)展中，起著舉足輕重的作用.高校大多數(shù)工科專業(yè)都開設(shè)自動(dòng)控制原理課程，根據(jù)高校發(fā)展方向以及專業(yè)的差別，對(duì)自動(dòng)控制的掌握程度也不同.綏化學(xué)院自轉(zhuǎn)型發(fā)展以來，注重學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng).對(duì)自控控制的實(shí)際應(yīng)用有了更高的要求.傳統(tǒng)的教學(xué)滿足不了專業(yè)實(shí)踐的要求.因此，迫切需要對(duì)自動(dòng)控制原理的教學(xué)進(jìn)行改革.

2　課程特點(diǎn)及教學(xué)存在的問題

（一）課程的理論性強(qiáng)，概念多，需強(qiáng)大的數(shù)理基礎(chǔ)作為鋪墊，同時(shí)需要電路分析，模擬電子電路等專業(yè)課程，我校開設(shè)自動(dòng)控制原理在大三上學(xué)期，對(duì)于二本的學(xué)生來說，需要的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)多，難度大.

（二）圖形分析法多，教學(xué)中板書畫圖形耗時(shí)，費(fèi)力，占用了部分教學(xué)時(shí)間.教學(xué)進(jìn)度受到影響.

（三）應(yīng)用實(shí)踐性強(qiáng)［1］.自動(dòng)控制系統(tǒng)理論來自實(shí)踐，系統(tǒng)的理論教學(xué)則依靠板書，實(shí)際系統(tǒng)是在教師講述，學(xué)生想象完成，理論和實(shí)踐出現(xiàn)嚴(yán)重脫節(jié).

3　解決方法

3.1教材選擇

我校轉(zhuǎn)型發(fā)展以來，注重實(shí)踐能力培養(yǎng)，課程的理論性、概念性可適當(dāng)弱化，增加實(shí)踐操作部分的訓(xùn)練.為此，我校采用的是高等教育出版社出版，由黃堅(jiān)主編的《自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用》的教材，該教材增加了matlab仿真及實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用舉例部分，對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)踐性有了更深的認(rèn)識(shí)［2］.

3.2教學(xué)手段

1.多媒體與板書結(jié)合教學(xué)

連續(xù)的自動(dòng)控制原理分析方法主要是解析法，根軌跡法和頻率特性法.其中，解析法要求精確，有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，該部分教師要利用板書詳細(xì)推導(dǎo)，得出結(jié)論，方便同學(xué)們思考，記筆記；而復(fù)雜的系統(tǒng)靠解析法是不行的，因此，根軌跡法和頻率特性法則是以圖形分析為主的，但是圖形的分析，利用板書畫圖占用了大量的教學(xué)時(shí)間，這部分的學(xué)習(xí)，主要采用多媒體教學(xué)方式，課件的演示簡(jiǎn)單，生動(dòng)，教學(xué)上既可以節(jié)省設(shè)計(jì)，又使得同學(xué)們有更直觀的感受.

2.比較式教學(xué)與探究式教學(xué)結(jié)合

本課程的各種分析方法，是從不同的角度解決系統(tǒng)的性能，各種分析方法之間存在著一定的聯(lián)系.同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中，常常把知識(shí)點(diǎn)混雜，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果變差，無法正確利用知識(shí)解決實(shí)際問題［3］.因此，教授過程中，采用比較式教學(xué)法，將各種分析方法歸納，總結(jié)，對(duì)比，建立起各種方法之間的聯(lián)系，使同學(xué)們脈絡(luò)清晰的掌握控制原理的基本知識(shí).例如，控制系統(tǒng)的性能分三個(gè)方面：穩(wěn)定性，快速性和準(zhǔn)確性，而穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提，控制系統(tǒng)的分析方法主要是時(shí)域分析法，根軌跡分析法，頻域分析法，各種分析方法又對(duì)應(yīng)著利用開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)分析，三種方法歸納系統(tǒng)穩(wěn)定性如表1所示：

表1　三種穩(wěn)定性分析方法對(duì)比

探究式教學(xué)，也即啟發(fā)教學(xué)，不斷為學(xué)生設(shè)問，引發(fā)大家的思考，讓學(xué)生進(jìn)行探索，找到解答方法.學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，積極參與進(jìn)來，學(xué)習(xí)的積極性得到提高，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立思考和自學(xué)的能力.例如，分析給定控制系統(tǒng)的性能，如何進(jìn)行改進(jìn)？系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，穩(wěn)態(tài)性能都與什么有關(guān)？分析討論時(shí)具體的實(shí)施方案，得出結(jié)論.

3.設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與電子實(shí)訓(xùn)實(shí)踐結(jié)合

（1）理論知識(shí)的理解和運(yùn)用，要靠實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)［4］.因此，我們?cè)黾恿藢?shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以通過自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行模擬，連接硬件電路，通過觀察不同參數(shù)下系統(tǒng)的輸出結(jié)果，分析系統(tǒng)的性能.例如，對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，可以設(shè)計(jì)一個(gè)三階系統(tǒng)，硬件電路如圖1所示，系統(tǒng)放大倍數(shù)為K=5時(shí)的響應(yīng)曲線如圖2所示，圖3為系統(tǒng)放大倍數(shù)為K=10時(shí)的響應(yīng)曲線，圖4為系統(tǒng)放大倍數(shù)為K=20時(shí)的響應(yīng)曲線，由響應(yīng)曲線可以看出，系統(tǒng)穩(wěn)定與放大倍數(shù)有關(guān)，系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是0＜K＜10.

圖1　三階控制系統(tǒng)原理圖

其開環(huán)傳遞函數(shù)為：

系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖所示：

圖2　系統(tǒng)K=5時(shí)的響應(yīng)曲線

圖3　系統(tǒng)K=10時(shí)的響應(yīng)曲線

圖4　系統(tǒng)K=20的響應(yīng)曲線

（2）電子實(shí)訓(xùn)

控制理論是設(shè)計(jì)系統(tǒng)必備的理論知識(shí)，我校的電子實(shí)訓(xùn)中心，為同學(xué)們開設(shè)了一個(gè)平臺(tái)，學(xué)生可以在這里設(shè)計(jì)實(shí)際的控制系統(tǒng)，同時(shí)，任課教師也深入實(shí)訓(xùn)中心，與學(xué)生一起對(duì)系統(tǒng)的控制部分進(jìn)行調(diào)試，幫助學(xué)生解決實(shí)在的問題.同學(xué)們根據(jù)自己的作品進(jìn)行參賽，大家進(jìn)行交流，提高對(duì)控制理論的理解.

4　考核檢驗(yàn)

教學(xué)效果的好壞，要通過一定的考核來檢驗(yàn).以我校為例，2015年度的考核多樣化進(jìn)行［5］，具體的考核方式為：平時(shí)成績(jī)+階段性測(cè)試+答辯+實(shí)驗(yàn)操作四個(gè)部分.其中，平時(shí)成績(jī)占20%，章節(jié)測(cè)試占50%，答辯成績(jī)占10%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%.圖5和圖6為2014年（12級(jí)電氣2班）與2015年（13級(jí)電氣1班）改革前后的考核成績(jī)對(duì)比圖，兩個(gè)年級(jí)的學(xué)生人數(shù)均為45人.

圖5　12級(jí)和13級(jí)自控成績(jī)對(duì)比圖

圖6　自控各分?jǐn)?shù)段人數(shù)分布柱形對(duì)比圖

在實(shí)踐中，我校同學(xué)參加的2014年全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽，榮獲得全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng).

5　結(jié)論

學(xué)校的轉(zhuǎn)型發(fā)展，要求自動(dòng)控制理論的實(shí)踐性越來越強(qiáng)，理論知識(shí)不能用實(shí)踐來檢驗(yàn)也是教學(xué)的弊端.教學(xué)改革勢(shì)在必行，因此，調(diào)動(dòng)一切教學(xué)手段，利用網(wǎng)絡(luò)資源，現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，調(diào)整教學(xué)方式，增加比較式教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)，用實(shí)踐來鞏固理論，同時(shí)用理論來指導(dǎo)實(shí)踐.形成規(guī)范的教學(xué)手段，推動(dòng)教學(xué)改革.

〔1〕劉榮榮.《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)方法探討［J］.大眾科技，2007（10）：182-183.

〔2〕黃堅(jiān).自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2004.98-110.

〔3〕夏靜萍，王瑛.自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究-基于實(shí)物命題的遞進(jìn)式教學(xué)法［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（12）：184-189.

〔4〕王肅青.應(yīng)用型本科院?！白詣?dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革的探索與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014，17（1）：104-109.

〔5〕張弘強(qiáng)，王春紅.電子信息工程專業(yè)課考核改革的探索與實(shí)踐［J］.韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，36（8）：87-90.

G642.0

A

1673-260X（2016）10-0258-02

2016-06-22

綏化學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目（JJ20140242）