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      “自動(dòng)控制原理”立體式教學(xué)改革探索與實(shí)踐

      2016-05-30 20:08:01劉習(xí)文劉超英
      教育教學(xué)論壇 2016年15期
      關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制原理教學(xué)質(zhì)量

      劉習(xí)文 劉超英

      摘要:“自動(dòng)控制原理”是控制類以及電氣信息等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程,理論性和應(yīng)用性都較強(qiáng),學(xué)生學(xué)習(xí)具有一定難度。本文主要介紹自動(dòng)控制原理課程立體式教學(xué)改革體會(huì)與實(shí)踐,對課程教學(xué)方法、教學(xué)體系和內(nèi)容的整合優(yōu)化以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行了討論,旨在突出教學(xué)重點(diǎn),增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力,提高教學(xué)質(zhì)量,實(shí)踐證明,效果良好。

      關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制原理;立體式教學(xué);教學(xué)質(zhì)量

      中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2016)15-0122-02

      一、引言

      《自動(dòng)控制原理》是高等學(xué)??刂祁愔饕膶I(yè)基礎(chǔ)課,也是電氣信息類、機(jī)械類、能源動(dòng)力類等許多專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課[1,2]。為適合復(fù)合型人才的培養(yǎng)以及現(xiàn)代化教學(xué)的需求,《自動(dòng)控制原理》的教學(xué)要理論與實(shí)踐并重,不斷優(yōu)化課程體系,采用立體化教學(xué)方式。本文結(jié)合肇慶學(xué)院《自動(dòng)控制原理》近幾年教學(xué)改革工作,對《自動(dòng)控制原理》立體式教學(xué)體系進(jìn)行研究與探討。

      二、立體式教學(xué)體系結(jié)構(gòu)

      《自動(dòng)控制原理》課程涉及到高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí),比較抽象;另外,《自動(dòng)控制原理》是一門與實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科,該門課程要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和動(dòng)手能力[3]。因此,本著“厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、重能力”的指導(dǎo)思想,提出了如圖1所示的《自動(dòng)控制原理》立體式教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

      三、理論教學(xué)探索

      1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,提高教學(xué)質(zhì)量。隨著控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,新的控制方法和控制手段越來越多,根據(jù)本科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特點(diǎn),對自動(dòng)控制課程的內(nèi)容進(jìn)行了重新整合,把一些新內(nèi)容、新的教學(xué)成果、應(yīng)用實(shí)例融合到教學(xué)內(nèi)容中,做到課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性相結(jié)合?!蹲詣?dòng)控制原理》的教學(xué)內(nèi)容主要是圍繞控制系統(tǒng)的性能分析與設(shè)計(jì)展開的。據(jù)此將教學(xué)內(nèi)容劃分為五大塊:自動(dòng)控制的概念與模型、控制系統(tǒng)的性能分析、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)校正、采樣控制系統(tǒng)的性能分析和非線性系統(tǒng)的分析。系統(tǒng)性能分析是重點(diǎn)講解部分,介紹各種分析方法:時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法等,進(jìn)行有關(guān)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)分析。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的講解中,重點(diǎn)介紹根軌跡設(shè)計(jì)法、頻域設(shè)計(jì)法和狀態(tài)控制設(shè)計(jì)法,使學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中,圍繞“系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)”這條主線進(jìn)行,從而對《自動(dòng)控制理論》有一個(gè)完整清晰的理解。同時(shí),以穩(wěn)定性指標(biāo)為輔線,在各個(gè)有關(guān)章節(jié)的小結(jié)中對穩(wěn)定性都予以重點(diǎn)討論,通過對各種穩(wěn)定性判斷方法的分析,把前后的知識(shí)點(diǎn)加以銜接聯(lián)系,并綜合應(yīng)用。

      在講清系統(tǒng)物理概念的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)結(jié)合習(xí)題精解,物理實(shí)體(電機(jī)調(diào)速系統(tǒng))進(jìn)行實(shí)際演練;同時(shí),結(jié)合課程內(nèi)容,采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段,將Matlab軟件在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用引入課堂教學(xué),在諸多課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)了仿真演示,增強(qiáng)了學(xué)生對抽象理論的感性認(rèn)識(shí),收到了良好的教學(xué)效果。

      2.多元化教學(xué)方法,提升教學(xué)手段?!蹲詣?dòng)控制原理》對學(xué)生的分析能力、綜合運(yùn)用能力有一定的要求,并需具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),學(xué)生在學(xué)習(xí)中經(jīng)常會(huì)感到困難而產(chǎn)生畏難情緒[4]。因此,改革傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段,提高教學(xué)質(zhì)量,是課程改革的重點(diǎn),為加強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng),教學(xué)體系中設(shè)計(jì)了靈活多樣的教學(xué)方法,如探究式教學(xué),討論式教學(xué),案例式教學(xué),計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等。①探究式教學(xué)。其特點(diǎn)是在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下,以學(xué)生獨(dú)立思考和合作討論為主,在“發(fā)現(xiàn)提出問題—思考分析問題—初步解決問題—反饋解決情況—完整解決問題”的閉環(huán)探究過程中,通過師生之間的合作與互動(dòng)提高學(xué)生的科學(xué)興趣和主動(dòng)探究能力。②討論式教學(xué)。主講教師就某一問題或知識(shí)點(diǎn),讓學(xué)生進(jìn)行討論,促進(jìn)學(xué)生動(dòng)腦思考。在講授新的內(nèi)容時(shí),主講教師和學(xué)生討論新知識(shí)點(diǎn)與前面學(xué)過的內(nèi)容有什么樣的聯(lián)系與區(qū)別,這樣一方面加深舊知識(shí)點(diǎn)的理解,另一方面會(huì)對新知識(shí)點(diǎn)有一些初步了解。③案例式教學(xué)。主講教師就某一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解時(shí),通過具體的案例來加深學(xué)生的理解與印象。通過案例就可使學(xué)生容易理解開環(huán)控制和閉環(huán)控制的區(qū)別,以及二者的優(yōu)缺點(diǎn):閉環(huán)控制效果好,但需要傳感器,成本增加。④計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。我們在《自動(dòng)控制原理》課的多媒體教學(xué)實(shí)踐中,努力探索如何使多媒體這一先進(jìn)的教學(xué)手段更好地服務(wù)于課堂教學(xué)。開發(fā)了“自動(dòng)控制原理多媒體課件”、“Matlab仿真軟件包”等CAI課件,采取多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)方法,既充分利用了多媒體教學(xué)生動(dòng)、逼真、容量大的優(yōu)點(diǎn),又充分利用了板書教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

      3.網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)。網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué)是對課堂講授的補(bǔ)充,是教師和學(xué)生不受地域時(shí)間限制的一個(gè)交流平臺(tái)。我們建立一個(gè)《自動(dòng)控制原理》QQ討論群,通過該群老師可及時(shí)回答學(xué)生的疑問。另外,借助于學(xué)院的網(wǎng)站,建成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享,實(shí)驗(yàn)預(yù)約,課程設(shè)計(jì)的布置,畢業(yè)設(shè)計(jì)申報(bào)與管理等,增強(qiáng)了師生的互動(dòng)性。

      四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

      1.加強(qiáng)常規(guī)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。注重實(shí)踐能力的培養(yǎng),堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際的原則,加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生創(chuàng)新精神和能力的重要途徑,教改過程中,我們加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè),徹底改造了原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容??刂葡涮峁┗镜碾娐纺K,實(shí)驗(yàn)只提目標(biāo)和要求,沒有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)電路圖。學(xué)生根據(jù)個(gè)人情況自主選擇難度等級(jí)不同的實(shí)驗(yàn),根據(jù)系統(tǒng)的性能要求,設(shè)計(jì)控制電路,獨(dú)立完成系統(tǒng)設(shè)計(jì),記錄數(shù)據(jù)和圖形,寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。所有這些都極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,鞏固了課程理論,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情,培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力,使其觀察、分析和解決問題的能力都有很大的提高。

      2.虛擬實(shí)驗(yàn)。MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算、信號(hào)處理以及圖形顯示能力。為了避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的盲目性和可能出現(xiàn)的硬件電路損壞等問題,以MATLAB為基礎(chǔ)開發(fā)了《自動(dòng)控制原理》虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),虛擬實(shí)驗(yàn)使用方便靈活,交互性好。如圖2所示,在PID虛擬實(shí)驗(yàn)中,可以方便地研究PID參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響規(guī)律。通過虛擬平臺(tái)實(shí)驗(yàn)不僅可用于實(shí)際系統(tǒng)的分析、綜合與研究開發(fā),也可使學(xué)生對科學(xué)研究產(chǎn)生濃厚的探索興趣,是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充。

      五、以教學(xué)推動(dòng)科研,以科研促進(jìn)教學(xué)

      對于普通高等教育來說,教學(xué)固然重要,科研也不可忽視。從《自動(dòng)控制理論》來講,它近幾十年才建立起來,與工程實(shí)際聯(lián)系較廣,特別是在發(fā)展過程中,數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)起了很大的作用,成為控制理論的重要工具。可以說,控制理論是工程與數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)相互作用的前沿。在教學(xué)中講授理論知識(shí)的同時(shí),增加一些與科研結(jié)合的內(nèi)容,在同學(xué)中選一些成績較好,對科研又有一定興趣的同學(xué),參加有關(guān)教師的科研項(xiàng)目,也可為學(xué)生科技活動(dòng)中心提供一些課題,指導(dǎo)學(xué)生參與科研。這樣,一方面調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性,培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力,另一方面,也可為科研活動(dòng)的開展打好基礎(chǔ)。學(xué)生通過參與科研,學(xué)習(xí)興趣更加濃厚了,求知的欲望更強(qiáng)了。

      六、總結(jié)

      該課程的教學(xué)改革已在我校實(shí)施,通過課程的建設(shè)和改革,《自動(dòng)控制原理》課程內(nèi)容及課程體系得到了優(yōu)化,教學(xué)工作得到了進(jìn)一步完善和規(guī)范,取得了良好的教學(xué)效果,學(xué)生的基本知識(shí)、專業(yè)能力、實(shí)踐技能乃至學(xué)習(xí)興趣等,都較以往有較大的提高。

      參考文獻(xiàn):

      [1]王亞娟,魏立明.自動(dòng)控制原理課程教學(xué)的改革探索[J].中國電力教育,2008,(9):95-96.

      [2]李紅星,張大平.淺析自動(dòng)控制原理課程的教學(xué)方法[J].欽州學(xué)院學(xué)報(bào),2013,28(2):87-89.

      [3]胥布工.自動(dòng)控制原理[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2012.

      [4]李振龍,喬俊飛,等.自動(dòng)控制原理課程體系結(jié)構(gòu)和教學(xué)方法探討[J].教學(xué)研究,2009,32(2):66-72.

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