面向“四四制”人才培養(yǎng)的“自動控制原理”教改研究

摘 要：針對“四四制”人才培養(yǎng)的不同方向要求將“自動控制原理”內(nèi)容在“四四制”綜合學(xué)習(xí)階段和分類培養(yǎng)階段從課程體系調(diào)整、教學(xué)思想及教學(xué)規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)等方面對提出了相應(yīng)的改革方法、設(shè)計(jì)步驟并進(jìn)行了綜合分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：自動控制原理；“四四制”教學(xué)改革；課程體系建設(shè)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）20-0131-03

Abstract： According to the different teaching requirement in the "four-four system" personnel training mode， this paper proposes teaching reform measures and steps of "automatic control principle" during the comprehensive study phase and classified cultivating phase from the aspects of adjustment of curriculum system， teaching idea and teaching plan， construction of practical training and network resources etc.

Keywords： automatic control principle； "four-four system" personnel training mode； teaching reform

“四四制”人才培養(yǎng)是我校獨(dú)立學(xué)院向應(yīng)用技術(shù)型轉(zhuǎn)變提出的新時代人才培養(yǎng)模式。在該模式下，學(xué)生的發(fā)展方向包含四大類：技術(shù)研究型、應(yīng)用技術(shù)型、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型和國際拓展型，技術(shù)研究型側(cè)重于理論研究，畢業(yè)目標(biāo)以讀研深造為發(fā)展方向；應(yīng)用技術(shù)型側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用，畢業(yè)目標(biāo)以參加工作為主；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型側(cè)重于技術(shù)推廣，畢業(yè)目標(biāo)以推廣新技術(shù)或新裝備為主；國際拓展型將來面向出國深造，學(xué)好專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，對專業(yè)英語水平有一定的要求。由于不同方向有不同的側(cè)重，各方向?qū)φn程的學(xué)習(xí)必然會出現(xiàn)不同的要求，單純沿用單一的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)思想不符合轉(zhuǎn)型發(fā)展各方向培養(yǎng)目標(biāo)需要，為此各門課程內(nèi)容亟需修訂和改革。

作為控制類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，“自動控制原理”在控制類課程體系中占據(jù)重要地位，是后續(xù)所學(xué)各類自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，其學(xué)習(xí)情況直接影響專業(yè)認(rèn)知和對后續(xù)課程的理解，對提高學(xué)生專業(yè)綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生分析控制系統(tǒng)、解決工程問題的能力起著重要作用[1]。同時，“自動控制原理”還是技術(shù)研究型方向?qū)W生考研的必考科目，其學(xué)習(xí)情況也直接影響到學(xué)生能否實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步深造的愿望。為此需要從課程體系調(diào)整、教學(xué)思想及教學(xué)規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)等方面對課程內(nèi)容進(jìn)行全方位的調(diào)整。

一、課程體系調(diào)整

針對“自動控制原理”課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容多、數(shù)學(xué)計(jì)算量大的特點(diǎn)，首先對課程內(nèi)容進(jìn)行了總體規(guī)劃，“四四制”改革前，我們的教學(xué)內(nèi)容分為了兩大部分，經(jīng)典部分和現(xiàn)代部分，分別在二年級的春季和三年級的秋季即將兩個學(xué)期來完成教學(xué)任務(wù)。改革后，將教學(xué)內(nèi)容做了進(jìn)一步的劃分，分成了四個部分來進(jìn)行設(shè)計(jì)，二年級的春季學(xué)期講經(jīng)典理論中的前六章連續(xù)部分，為必修科目，在該部分側(cè)重于工程分析，結(jié)合matlab的使用，降低課程難度，強(qiáng)調(diào)如何應(yīng)用。三年級的秋季學(xué)期講經(jīng)典理論的第七章離散系統(tǒng)分析和第八章非線性系統(tǒng)分析，設(shè)計(jì)為選修科目，同時現(xiàn)代控制理論部分在此之后開設(shè)課程，也設(shè)計(jì)為選修科目，各方向的學(xué)生可根據(jù)自身需要選修學(xué)習(xí)，減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。針對技術(shù)研究型的考研同學(xué)，在四年級的秋季學(xué)期開設(shè)了自動控制原理進(jìn)階課程，補(bǔ)充考研相關(guān)的課程理論知識，針對考研難點(diǎn)和重點(diǎn)問題進(jìn)行詳解，提高其理論分析的能力和水平。改革前和改革后的課程體系如表1和表2所示：

二、轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式的改革

（一）將課程體系理念融入整個控制系統(tǒng)

雖然“四四制”改革后，不同方向?qū)φn程的教學(xué)要求不同，但自動控制原理課程在整個專業(yè)課程教學(xué)中的核心地位沒有變。因此，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時，以“自動控制原理”為核心，將專業(yè)課程體系理念融入課程中，將后續(xù)的專業(yè)課看做是整個控制系統(tǒng)中的各個組成部分，教給學(xué)生以系統(tǒng)的眼光來看待各門課程之間的聯(lián)系[2]。例如，在講授數(shù)學(xué)模型時結(jié)合介紹后續(xù)課程中“電機(jī)學(xué)”，說明該課程就是專門研究電機(jī)設(shè)計(jì)和建模的一門學(xué)科；控制系統(tǒng)中的檢測環(huán)節(jié)對應(yīng)“檢測技術(shù)”這門課；控制器的設(shè)計(jì)可應(yīng)用“單片機(jī)”、“PLC”“計(jì)算機(jī)控制”等課程知識來實(shí)現(xiàn)，其算法可以除了采用傳統(tǒng)的PID算法外，對一些難以建模的系統(tǒng)還可以采用“模糊控制”、“神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制”等課程介紹的智能算法進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)；執(zhí)行裝置對應(yīng)“電力電子”的晶閘管、“過程控制”中的調(diào)節(jié)閥等實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的調(diào)節(jié)。在講授的過程中從專業(yè)課程體系的視角，加深學(xué)生對課程內(nèi)容、體系和專業(yè)的理解，幫助學(xué)生認(rèn)識專業(yè)課程設(shè)置的理念，對選修課程做到根據(jù)興趣和未來的發(fā)展方向的正確選擇，避免僅僅為了湊學(xué)分盲目選課。

（二）弱化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，借助MATLAB軟件進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的改革

自動控制理論來源于工程、服務(wù)應(yīng)用于工程，在教材內(nèi)容上有很多嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)，計(jì)算量較大。而獨(dú)立學(xué)院學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識相比本一學(xué)生薄弱，在授課過程中，理論學(xué)習(xí)較為困難，但本三學(xué)生的動手、創(chuàng)造能力并不差，思維也普遍活躍。針對這一特點(diǎn)在前三個階段的教學(xué)過程中，以應(yīng)用技術(shù)型學(xué)生畢業(yè)需求為主導(dǎo)方向，同時照顧到另外三個方向的學(xué)生需求，進(jìn)行課程內(nèi)容的改革。在授課過程中多舉生活當(dāng)中常用的具體實(shí)例，幫助學(xué)生掌握控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計(jì)的主線，強(qiáng)調(diào)所學(xué)知識點(diǎn)的工程意義，借助于matlab軟件的輔助計(jì)算功能，simulink的結(jié)構(gòu)圖直觀性，避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，將理論分析與實(shí)際工程要求聯(lián)系起來，本著做到所學(xué)知識夠用、會用即可的原則和建模--分析--設(shè)計(jì)的工程研究思路，將課程內(nèi)容轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)中的一個個環(huán)節(jié)。另外，同一系統(tǒng)采用不同的方法多角度進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握其時域、根軌跡、頻域各種分析方法的內(nèi)在聯(lián)系及區(qū)別，加深學(xué)生對課程內(nèi)容及工程問題的理解。

另外，通過合理設(shè)計(jì)，做到各個方向?qū)W生的均衡發(fā)展，又各有側(cè)重。為照顧到國際拓展型學(xué)生對專業(yè)英語的需求，在課件制作時，專門對專業(yè)詞匯增加了對應(yīng)的英文，使學(xué)生在日常教學(xué)過程中耳濡目染的熟悉相關(guān)詞匯的英文說法，提高了其專業(yè)外語水平。針對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型學(xué)生，通過在教學(xué)過程中介紹目前控制系統(tǒng)的前言知識，新技術(shù)的應(yīng)用情況，使學(xué)生對專業(yè)及發(fā)展有更長遠(yuǎn)的認(rèn)識，為將來新技術(shù)的推廣或研發(fā)做準(zhǔn)備。

（三）采用混合式教學(xué)模式，進(jìn)行課堂教學(xué)模式改革

傳統(tǒng)教學(xué)有其優(yōu)勢，可以發(fā)揮老師的統(tǒng)領(lǐng)作用，組織教學(xué)比較方便，對自覺性、惰性較大的學(xué)生比較適合。翻轉(zhuǎn)課堂、慕課等現(xiàn)代教學(xué)手段可以更好地發(fā)揮學(xué)生的主動性，但對與大班授課的課堂，如果設(shè)計(jì)不合理容易出現(xiàn)部分學(xué)生學(xué)習(xí)效果提高，但自覺性差的學(xué)生知識跟風(fēng)旁觀的狀態(tài)，不利于這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)。綜合了分析傳統(tǒng)教學(xué)和現(xiàn)代教學(xué)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合我校學(xué)生大班（三個以上合班）授課的現(xiàn)狀以及自動控制原理的課程特點(diǎn)，可以采用混合式的教學(xué)模式。對入門的控制系統(tǒng)建模、時域分析部分以傳統(tǒng)教學(xué)為主，學(xué)生具備了基本的控制系統(tǒng)概念，掌握了閉環(huán)極點(diǎn)對系統(tǒng)影響的重要性后，根軌跡分析部分可采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。在后續(xù)的頻域分析部分，主要以傳統(tǒng)教學(xué)為主，因?yàn)檫@部分內(nèi)容較多，與前面的內(nèi)容差別較大，而且頻域方法也是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，只有學(xué)好了這一章的內(nèi)容，才能在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分應(yīng)用這種方法對控制系統(tǒng)進(jìn)行校正，提高系統(tǒng)性能。只要打好了bode圖的繪制及與系統(tǒng)性能的關(guān)系，在系統(tǒng)校正一章就可以采用慕課或者翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法了，而且該部分還可以讓學(xué)生借助matlab軟件，掌握前面所學(xué)的時域、根軌跡、頻域三種方法的聯(lián)系，做到所學(xué)知識的融會貫通。

三、完善網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)，彌補(bǔ)課堂教學(xué)不足

作為學(xué)校首批省級精品課，課程組非常重視網(wǎng)絡(luò)資源的建設(shè)，將教學(xué)PPT課件、作業(yè)的詳解、教案、授課錄像等資源傳到校園網(wǎng)，方便學(xué)生有針對性的課下復(fù)習(xí)、自學(xué)，彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足[3]。另外，為方便師生間的溝通聯(lián)系，通過班級QQ學(xué)習(xí)討論群，讓學(xué)生在出現(xiàn)疑問時隨時向老師提出問題，提供解決問題的便捷通道。同時向?qū)W生推薦該課程國家級精品課的網(wǎng)址，方便報(bào)考外校研究生的學(xué)生有針對性地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

四、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考核環(huán)節(jié)改革

基于傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)為一體的教學(xué)理念，在實(shí)踐環(huán)節(jié)采用MATLAB軟件的輔助設(shè)計(jì)——以運(yùn)放為主的模擬實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)——液位過程控制實(shí)驗(yàn)三個層次，實(shí)現(xiàn)理論分析——仿真——模型——實(shí)踐的理論驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)研究、實(shí)際控制的分層遞進(jìn)，提高學(xué)生工程實(shí)踐動手操作的能力，實(shí)現(xiàn)從理論到仿真再到工程應(yīng)用能力的逐步提高[4]。

在考核環(huán)節(jié)，改變傳統(tǒng)的一張?jiān)嚲矶ńY(jié)果的模式，將課堂展示、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)融入最后的成績中，鼓勵學(xué)生在日常教學(xué)過程中多參與，避免考前的突擊，從教學(xué)效果來看，學(xué)生的參與熱情提高，不及格率有所下降。

五、結(jié)束語

在“四四制教學(xué)改革”的大背景下，針對“自動控制原理”課程的特點(diǎn)，以工程應(yīng)用為基本出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)不同學(xué)生的發(fā)展方向，重新設(shè)計(jì)了教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了各方向?qū)W生的兼顧，加深了理論知識的理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和工程實(shí)踐能力，為后續(xù)專業(yè)課奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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