應(yīng)用型本科“自動(dòng)控制原理”教學(xué)模式改革探索＊

賈朱植，祝洪宇，李艷杰

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應(yīng)用型本科“自動(dòng)控制原理”教學(xué)模式改革探索＊

賈朱植1，祝洪宇2，李艷杰1

（1.遼寧科技大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧 鞍山 114051；2.遼寧科技大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

“自動(dòng)控制原理”是電氣工程及其自動(dòng)化等電類相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在電類相關(guān)專業(yè)的課程體系中占有非常重要的地位。針對應(yīng)用型本科的人才培養(yǎng)特點(diǎn)以及長期以來該課程教學(xué)中存在的缺點(diǎn)和不足，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、課程考核體系三個(gè)方面來探索應(yīng)用型本科教學(xué)過程中該門課程的教學(xué)模式改革方案，切實(shí)、有效地提高學(xué)生分析問題、解決問題的綜合實(shí)踐能力。

自動(dòng)控制原理；教學(xué)模式改革；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)效果

1 引言

當(dāng)前我國正處于由制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵歷史時(shí)期，需要大量高素質(zhì)的應(yīng)用型人才[1]，而應(yīng)用型本科教育是以培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，正契合了時(shí)代發(fā)展對應(yīng)用型人才的大量需求。

“自動(dòng)控制原理”是電氣工程及其自動(dòng)化等電類相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程是后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，因此在電類相關(guān)專業(yè)的課程體系中占有非常重要的位置[2]。為此，我們在完成我校教學(xué)改革項(xiàng)目“電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展建設(shè)研究與實(shí)踐”的過程中，對“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式進(jìn)行了改革與探索，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及分析問題、解決問題的能力。

2 “自動(dòng)控制原理”課程的特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問題

“自動(dòng)控制原理”是電類相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，承擔(dān)著為后續(xù)專業(yè)課打基礎(chǔ)的重要責(zé)任。通過該課程的學(xué)習(xí)，要使學(xué)生掌握經(jīng)典控制理論的基本概念、基本原理與基本分析方法，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)和分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。但是，該課程具有理論性強(qiáng)、概念抽象、與數(shù)學(xué)聯(lián)系緊密、理論和實(shí)踐聯(lián)系緊密等特點(diǎn)，因此，長期以來，該課程的教學(xué)普遍具有偏重理論性、理論與實(shí)際相脫節(jié)、教學(xué)方法單一等問題[3-5]。而“應(yīng)用型本科”是對新型的本科教育和新層次的高職教育相結(jié)合的教育模式的探索，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)和提升。因此，本文主要針對應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的要求，對“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革與探索。

3 教學(xué)內(nèi)容的改革

“自動(dòng)控制原理”是一門理論性強(qiáng)、概念抽象、數(shù)學(xué)計(jì)算復(fù)雜的課程，而應(yīng)用型本科強(qiáng)調(diào)對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，因此在教學(xué)內(nèi)容的安排方面，要針對應(yīng)用型本科的培養(yǎng)目標(biāo)作出調(diào)整，具體如下。

精選課程內(nèi)容，合理優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)。課程以連續(xù)線性定常系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析法和頻域分析法三部分內(nèi)容為主，適當(dāng)講授根軌跡法和控制系統(tǒng)的校正兩部分。這樣優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，可以減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，并為后續(xù)課程以及系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)提供必要的理論基礎(chǔ)。

減少理論推導(dǎo)，降低理論難度。對于繁雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過程以及理論上較難掌握的部分，只給出公式或結(jié)論，如系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性等內(nèi)容。對于工程應(yīng)用中涉及較少的內(nèi)容可以省略，如復(fù)雜的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的化簡。

與實(shí)際聯(lián)系，增加實(shí)踐環(huán)節(jié)。增加工程實(shí)踐中應(yīng)用的例子，將枯燥的理論知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，不僅有助于學(xué)生對理論知識(shí)的理解，而且能夠提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、系統(tǒng)分析能力以及創(chuàng)新思維。適當(dāng)增加習(xí)題課，以提高學(xué)生的計(jì)算及解題能力。

4 教學(xué)方式的改革

傳統(tǒng)的“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)方法為單一的教師講授加板書的填鴨式教學(xué)模式，這種教學(xué)方法陳舊、呆板、沒有活力，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，針對以上課程教學(xué)過程中存在的問題，我們主要進(jìn)行以下幾種教學(xué)方式的改革探索。

4.1 在理論課上增加演示實(shí)驗(yàn)

在“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)過程中，有大量的系統(tǒng)特性分析和圖形繪制，如果教師單純采用板書講解和繪制，既浪費(fèi)時(shí)間又很難提高圖形繪制的精確度，因此，在講授理論課的同時(shí)，采用MATLAB仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算、分析和演示，把抽象的數(shù)字變化轉(zhuǎn)化為形象的波形變化，并且提高了圖形繪制的速度和精確度。這樣能夠幫助學(xué)生更好地掌握一些難于理解的概念或理論分析過程。例如在講授二階系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)時(shí)，采用MATLAB仿真軟件演示各種輸入條件下的系統(tǒng)輸出曲線以及調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)時(shí)輸出曲線的變化，既形象又準(zhǔn)確，使學(xué)生印象深刻。

4.2 采用啟發(fā)式教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)是以教師為主、學(xué)生為輔的填鴨式教學(xué)，教師占據(jù)課堂的主動(dòng)性，而學(xué)生一直在被動(dòng)地接受知識(shí)，不能完全參與到課堂學(xué)習(xí)中來，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性受到嚴(yán)重的遏制。采用教師引導(dǎo)下的啟發(fā)式教學(xué)方式，通過教師引導(dǎo)、自主學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問題、積極討論、得出結(jié)論等學(xué)習(xí)過程，可以使學(xué)生積極主動(dòng)地參與到課堂學(xué)習(xí)和討論中來。例如在講授典型環(huán)節(jié)的頻率特性時(shí)，教師可以先講授比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)的頻率特性，然后引導(dǎo)學(xué)生用相同的方法來分析積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)的頻率特性，再啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、討論振蕩環(huán)節(jié)和時(shí)滯環(huán)節(jié)的頻率特性，通過這一過程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能掌握各典型環(huán)節(jié)的頻率特性，而且能夠熟練掌握開環(huán)幅相頻率特性，并繪制出開環(huán)對數(shù)頻率特性，達(dá)到事半功倍的效果。

4.3 增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的“自動(dòng)控制原理”課程理論性較強(qiáng)，因此教學(xué)中往往只注重系統(tǒng)的理論分析，而忽視了與該課程相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是理論教學(xué)環(huán)節(jié)的有益補(bǔ)充，使所學(xué)理論在實(shí)踐中得到驗(yàn)證或應(yīng)用，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要采用MATLAB/ SIMULINK仿真軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可以通過以下幾個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。

4.3.1 實(shí)驗(yàn)部分

由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)間有限，可以安排以驗(yàn)證為主的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。比如線性系統(tǒng)的時(shí)域分析，可以通過調(diào)整各個(gè)參數(shù)來驗(yàn)證其對系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。通過實(shí)驗(yàn)的安排，不僅能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，而且提高了學(xué)生分析問題的能力。

4.3.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)部分

由于畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間比較集中且時(shí)間較長，因此可以安排綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。比如控制系統(tǒng)的校正，要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)校正裝置，并計(jì)算校正后系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，對比分析校正前后系統(tǒng)的性能。畢業(yè)設(shè)計(jì)是綜合性的實(shí)踐能力訓(xùn)練，能夠綜合提高學(xué)生查找問題、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力，并且加深學(xué)生對“自動(dòng)控制原理”這門課程的認(rèn)識(shí)與理解。

4.3.3 項(xiàng)目教學(xué)部分

這部分是為能力較強(qiáng)的學(xué)生安排的具有一定難度的綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。指導(dǎo)教師可以選拔一些有能力又喜歡這門課程的學(xué)生，以小組為單位進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)以及開放式指導(dǎo)，要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)系統(tǒng)，完成設(shè)計(jì)說明書，上交設(shè)計(jì)作品并進(jìn)行口頭答辯。項(xiàng)目式教學(xué)能夠使學(xué)生掌握自動(dòng)控制基本理論在工程實(shí)際中的應(yīng)用。

5 課程考核體系的改革

以往的“自動(dòng)控制原理”課程的考核包括期末考試（70%）和平時(shí)成績（30%）兩項(xiàng)，平時(shí)成績包括上課出席情況（10%）、課堂表現(xiàn)（10%）、作業(yè)完成情況（10%）等。新的課程考核體系將實(shí)驗(yàn)成績納入平時(shí)成績，即期末考試占70%，作業(yè)、出勤等平時(shí)表現(xiàn)占20%，實(shí)驗(yàn)成績占10%.實(shí)驗(yàn)成績又包括實(shí)驗(yàn)操作（5%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（5%）兩部分。新的考核體系比傳統(tǒng)考核體系更全面地反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

6 結(jié)語

結(jié)合應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的特點(diǎn)，針對 “自動(dòng)控制原理”這門傳統(tǒng)的理論性較強(qiáng)的課程進(jìn)行教學(xué)模式的改革，使教學(xué)不再空談理論，增加了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，融入了新的教學(xué)方法、更全面的考核體系以及先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。這樣不僅能夠減小學(xué)生對這門課程的恐懼感，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，而且能夠切實(shí)有效地提高學(xué)生的分析問題、解決問題的綜合實(shí)踐能力。

［1］李艷杰，賈朱植.應(yīng)用型本科“電路原理”課程考試改革與時(shí)間探索［J］.科技與創(chuàng)新，2019（1）：134-135.

［2］吳瑩.“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)方法的改革與實(shí)踐［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2017（3）：155-156.

［3］王艷芹，崔峰，李瑞英.自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革探索［J］.中國電力教育，2104（2）：95-96.

［4］孫建平，郭曼利.自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)的改革與實(shí)踐［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2015（9）：67-70.

［5］蔡林沁，虞繼敏，岑明.自動(dòng)控制原理實(shí)踐教學(xué)方法改革［C］//International Conference on Educationand Teaching，2013.

賈朱植（1978—），女，遼寧鞍山人，博士，副教授，研究方向?yàn)榭刂评碚撆c控制工程。

遼寧科技大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：XJGZD201704）

2095－6835（2019）07－0096－02

G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.096

〔編輯：王霞〕