自動控制原理課程建設教學研究

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摘要：在國家新經(jīng)濟戰(zhàn)略背景、倡導應用型人才、產(chǎn)教融合和地方高校轉型發(fā)展對人才培養(yǎng)的重新定位背景下，本文從教學內容、教學環(huán)節(jié)與方法、評價體系等方面對自動控制原理課程建設與教學進行了初步研究。

關鍵詞：應用型人才；課程建設與教學；自動控制原理

教育部頒布《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，從啟動“新工科研究與實踐”項目以來，新工科應用型人才培養(yǎng)已成為地方轉型高校新的目標[1]。自動控制理論的概念、體系和方法已滲透到交通運輸、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等眾多學科領域。自動控制原理課程是我校自動化、電氣工程及其自動化、軌道交通與信號控制、測控技術與儀器、電子科學與技術、物聯(lián)網(wǎng)、機械工程等專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎必修課。其教學目標是使學生全面系統(tǒng)的掌握自動控制技術領域的基本概念、基本規(guī)律以及分析與設計方法。培養(yǎng)學生從事相關工程和技術工作的基本素質。同時具有一定的分析和解決有關自動控制實際問題的能力[2]。該課程是基礎課向專業(yè)課過渡的一門重要課程。也是培養(yǎng)學生工程應用能力的啟蒙課，這門課學習的好壞直接影響著后續(xù)專業(yè)課的開展。采用傳統(tǒng)的教學方法，學生對知識的掌握僅僅限于簡單的背結論、背公式、做計算題，不了解理論的工程應用意義，不了解分析問題的來龍去脈[3]。因此，針對《自動控制原理》的課程性質，通過教學方法改革，培養(yǎng)學生學習積極性和興趣，提高對自動控制的認知，更好掌握課程知識，促進新工科應用型工程技術人才的培養(yǎng)。

一、課程建設與教學研究

(一)優(yōu)化課程結構，改革教學內容，面向工程應用能力培養(yǎng)本課程改革的關鍵是：讓學生在一定的學時內掌握控制理論基本原理，提高教學質量，加強學生能力培養(yǎng)。1.教學課時合理分配現(xiàn)有“自動控制原理”存在知識點多、學時不足的問題，有必要根據(jù)教學大綱和專業(yè)實際合理安排章節(jié)學時(如表1)選擇重點教學內容，突出難點和重點，做到基本原理、概念和方法講透徹，同時使教學內容有深度。2.教學內容精心設計課程教學的關鍵是對教學內容進行精心設計。自動控制原理教學中如果教師過分注重公式推導，會使學生感到課程乏味、枯燥、實用性差，從而喪失學習興趣。為突出課程工程實踐，應將教學內容與工程實際緊密融合，將數(shù)學推導簡化，通過工程背景引出所有知識點[4]。如圖1所示將“直流調速系統(tǒng)”作為工程范例，貫穿課程教學始終。在系統(tǒng)方框圖講解時，通過系統(tǒng)工作原理與控制過程分析，引導學生根據(jù)功能對系統(tǒng)進行組成劃分；系統(tǒng)數(shù)學模型講解時，根據(jù)方框圖的組成，對功能模塊進行數(shù)學方法描述。在后續(xù)系統(tǒng)性能分析時，根據(jù)之前建立的數(shù)學模型分析系統(tǒng)參數(shù)變化或輸入信號的不同，對系統(tǒng)的性能指標進行逐一分析。系統(tǒng)校正講解時，當調速系統(tǒng)的性能較差、指標與要求不符時，引導學生如何在系統(tǒng)中加入裝置或環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)性能。3.實驗教學有效變革通過實驗教學使學生動手能力得到有效提高。在實驗內容設置上應增加綜合型、設計型項目，并將項目內容進行必做、選做區(qū)分(如表2)。另外，除了傳統(tǒng)實驗箱實驗，還要增加基于MATLAB的虛擬實驗內容，讓學生熟悉系統(tǒng)設計方法與步驟，充分體會到系統(tǒng)參數(shù)變化或校正的加入，系統(tǒng)性能是如何變化的。

（二）改革教學環(huán)節(jié)與方法1.理論教學（1）課堂講授。主要講解自動控制系統(tǒng)的基本概念，自動控制系統(tǒng)性能指標及各指標間的關系和表達。如何建立和簡化控制系統(tǒng)數(shù)學模型，能分析并研究組成系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)，各種數(shù)學模型之間的相互轉換。如何利用時域法、根軌跡法和頻域法分析系統(tǒng)性能。如何根據(jù)系統(tǒng)的具體指標和要求，選擇合適的校正裝置及參數(shù)，研究控制系統(tǒng)綜合設計問題。教師進行課堂講授，包含前次內容回顧、本次內容提要、核心知識詳解、重點難點分析、課堂內容小結、布置課后練習等環(huán)節(jié)。通過學習，使學生初步掌握復雜工程問題的分析和設計技能。課堂教學時盡量引入互動環(huán)節(jié)，結合課堂提問、案例教學等教學形式，使同學們能更好地融入課堂學習中，提高學生學習學效果，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。（2）采用多媒體課件和電子備課，教學過程中采用板書、PPT、視頻等，增強教學的直觀性，擴大課堂教學的信息量。（3）建立班級QQ群，加強和學生的聯(lián)系，課內提問和課外答疑相結合，每次課后及時答疑，及時發(fā)現(xiàn)知識盲點，解決難點問題。（4）利用超星等學習平臺建立網(wǎng)絡課堂，上傳教學視頻、課件、習題庫等，讓學生課外時間根據(jù)自身學習情況進行課程學習，彌補課堂學習的不足。2.隨堂測試教學過程中安排一定數(shù)量隨堂測試、口頭問答教學活動。隨堂測試能最快、最直接且最有效檢測學生課堂學習掌握情況，是在課堂教學中分割出一部分時間，根據(jù)剛講授完的內容馬上對學生進行測試。要對某部分內容進行隨堂測試，那么在該內容理論講解時向學生進行說明，使學生在內容學習時引起高度重視，到了隨堂測試時不至于手忙腳亂。隨堂測試題目選取與工程實際相結合的例子，時間一般設定為15分鐘，學生將隨堂測試答案寫在作業(yè)本上，時間一到，收取作業(yè)本。通過這種形式的教學能激活教學課堂效果、提高學生對復雜工程問題的分析和設計能力。3.自學有些章節(jié)(如傳遞函數(shù)的實驗求取、常見電力工程系統(tǒng)分析)讓學生自學，以培養(yǎng)學生自主學習意識和自主學習能力。教師根據(jù)學生預期學習成果，對自學內容擬定相關思考題作業(yè)(8-12個)發(fā)到班級；待學生完成自學內容后組織班級報告會，學生攜帶完成的作業(yè)參會，并自由報告思考題答案；教師根據(jù)學生報告會表現(xiàn)和作業(yè)完成情況給出總結意見。

（三）制定有效的考核與評價體系自動控制原理的課程目標分別是：能用廣義動力學的方法抽象實際問題，建立和簡化控制系統(tǒng)數(shù)學模型，能分析并研究組成系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)，獲得其特征值。能實現(xiàn)各種數(shù)學模型之間的相互轉換。能用經(jīng)典控制理論的基本分析方法(含時域法，根軌跡法，頻域法)分析系統(tǒng)性能。能圍繞穩(wěn)定性、準確性、快速性的指標分析系統(tǒng)，為后續(xù)課程學習打下必要的理論基礎。能根據(jù)系統(tǒng)的具體指標和要求，選擇合適的校正裝置及參數(shù)，研究控制系統(tǒng)綜合設計問題。初步訓練復雜工程問題的分析和設計技能。能根據(jù)系統(tǒng)的具體性能指標和要求，選擇合適的校正裝置及參數(shù)，對系統(tǒng)模塊進行設計。能對給定系統(tǒng)繪制方框圖和得到數(shù)學模型，分析系統(tǒng)工作過程和工作原理。能識別常見電力工程系統(tǒng)，分析系統(tǒng)工作原理、各環(huán)節(jié)功能及參數(shù)，建立和簡化系統(tǒng)數(shù)學模型。課程目標達成度和課程總達成度的計算可采用以下方法：課程總達成度=各課程目標達成度的均值

二、結束語

為了適應新的人才培養(yǎng)需要，本文主要針對當前自動控制原理課程教學和實驗教學效果不理想的情況，改革教學內容、教學環(huán)節(jié)與方法、評價體系等，借助現(xiàn)有的信息化網(wǎng)絡工具，探索出適合自動控制原理課程教學方法和手段，切實提高教學質量，培養(yǎng)滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需求的新工科應用型人才。

參考文獻：

[1]趙肖宇，田芳明，譚峰.新工科背景下自動控制原理課程的分層次教學模式研究[J].高師理科學刊，2019(5):83-85，90.

[2]潘玉民，黃成玉，鄧永紅.“自動控制原理”課程學科特色及數(shù)學意義[J].電氣電子教學學報，2018(4):37-41，84.

[3]楊光儀，李然，于樂，周永勤.工程教育專業(yè)認證背景下的《自動控制原理》課程教學改革研究[J].高教學刊，2019(15):113-115.

[4]周福娜，王娟.面向工程應用型人才培養(yǎng)的自動控制原理課程教學改革[J].課程教育研究，2017(15):109-110.

作者：尹進田 劉麗 唐杰 林立 彭志華 單位：邵陽學院電氣工程學院