楊惠

摘 要： 《自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)》是電氣類專業(yè)的一門綜合性專業(yè)課程，該課程內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)，并且和工程聯(lián)系緊密。但是該課程在高職電氣專業(yè)中開(kāi)設(shè)效果不太理想。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、保障良好的教學(xué)效果，本文針對(duì)高職學(xué)生特點(diǎn)，分析存在這些問(wèn)題的原因，并提出一些改革措施。實(shí)踐表明，這些改革措施不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生的工程技術(shù)能力和創(chuàng)新能力，保障了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 高職;學(xué)生;自動(dòng)控制;改革;MATLAB

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)已成為當(dāng)今世界的前沿技術(shù)，在航空、航天、交通、工業(yè)等領(lǐng)域都有很重要的應(yīng)用。作為高職電氣工自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)學(xué)生，在將來(lái)工作中都會(huì)接觸自動(dòng)控制技術(shù)，而控制技術(shù)的基礎(chǔ)是控制理論，沒(méi)有先進(jìn)的控制理論就沒(méi)有先進(jìn)的控制技術(shù)，因此，學(xué)好自動(dòng)控制理論很有必要?！蹲詣?dòng)控制原理與系統(tǒng)》是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是高職電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)的重要專業(yè)課之一，該課程分為上篇和下篇，上篇是“自動(dòng)控制原理”部分，主要分析理論，下篇是“自動(dòng)控制系統(tǒng)”部分，主要分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行及改進(jìn)等。通過(guò)這門課程的學(xué)習(xí)，主要培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)、分析控制系統(tǒng)以及工程實(shí)踐和創(chuàng)新的能力。這門課程的特點(diǎn)是內(nèi)容豐富、知識(shí)面廣、理論性強(qiáng)，想學(xué)會(huì)這門課需要有很好的高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)以及電工等專業(yè)基礎(chǔ)，而高職學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)主動(dòng)性差，加上這門課理論性強(qiáng)，內(nèi)容枯燥乏味，這就造成高職院校開(kāi)設(shè)這門課程的效果不好，許多高校電氣自動(dòng)化專業(yè)甚至取消開(kāi)設(shè)這門課程。傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段已經(jīng)不適合高職教育的現(xiàn)狀，針對(duì)高職學(xué)生的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中對(duì)《自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)》課程進(jìn)行改革和探索很有必要。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）學(xué)生基礎(chǔ)薄弱

《自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)》是高職電學(xué)類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，該課程綜合性很強(qiáng)、理論性很強(qiáng)，學(xué)好本課程除了需要扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)外，還需要有電工、電子、電機(jī)、電力電子等學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)。而高職學(xué)生大部分高中數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)自主性差，大一開(kāi)設(shè)的高等數(shù)學(xué)、電工、電子等課程知識(shí)掌握不扎實(shí)，不擅長(zhǎng)學(xué)科之間的交叉應(yīng)用，而該課程綜合性比較強(qiáng)，輔助課程基礎(chǔ)薄弱直接影響該課程的學(xué)習(xí)效果[1]。比如，在講授頻域分析法的時(shí)候，還需要用到高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)等相關(guān)知識(shí)，學(xué)生對(duì)復(fù)變函數(shù)不了解，就無(wú)法寫出系統(tǒng)的頻率特性方程，無(wú)法理解頻率特性、傳遞函數(shù)、微分方程之間的關(guān)系[1]。一部分學(xué)生對(duì)老師課堂上講授的知識(shí)無(wú)法完全理解，課下又不去復(fù)習(xí)，從而造成學(xué)生從心理畏懼這門課程，認(rèn)為很難，自己學(xué)不會(huì)，甚至放棄學(xué)習(xí)這門課的想法。

（二）課程內(nèi)容多，學(xué)時(shí)不夠

我院本課程教學(xué)計(jì)劃為64學(xué)時(shí)，主要包括自動(dòng)控制的基本概念、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法、頻域分析法、控制系統(tǒng)的校正以及直流調(diào)速系統(tǒng)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等內(nèi)容，課程理論內(nèi)容多而課時(shí)少，加上學(xué)生的數(shù)學(xué)、電工、電子等基礎(chǔ)薄弱，還需要給學(xué)生補(bǔ)充微積分、復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換等內(nèi)容，這就造成上課進(jìn)度快，每節(jié)課教學(xué)內(nèi)容多，學(xué)生無(wú)法消化吸收本節(jié)課內(nèi)容，教學(xué)效果不好。

（三）理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相脫節(jié)

《自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)》這門課程是一門綜合性比較強(qiáng)的課程，該課程概念公式比較多，邏輯性要求比較高，目前主要的教學(xué)方法是板書或者PPT講解，注重理論知識(shí)的推導(dǎo)，教學(xué)過(guò)程中以老師為主導(dǎo)，學(xué)生的積極性不高。高職學(xué)生的動(dòng)手能力比較強(qiáng)，但對(duì)理論知識(shí)的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力比較弱。學(xué)生看到抽象的概念公式，沒(méi)有實(shí)際動(dòng)手操作，容易對(duì)課程失去學(xué)習(xí)興趣，造成上課不聽(tīng)，課下不去復(fù)習(xí)的現(xiàn)象;在實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，而讓學(xué)生自己的設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)很少，學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力無(wú)法提高，分析能力和解決問(wèn)題的能力無(wú)法培養(yǎng)，與高職高專學(xué)生培養(yǎng)的目標(biāo)相違背。

二、教學(xué)內(nèi)容及方法改革措施

（一）理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生興趣

在教學(xué)過(guò)程中，注重理論知識(shí)和實(shí)際生活的聯(lián)系，以及本課程同其他專業(yè)課程的聯(lián)系，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到本課程在高職電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)中所處的重要地位，以及在以后升本、考研或者工作中的重要作用，讓學(xué)生從心里重視這門課程，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。比如，在第一章，我們通過(guò)動(dòng)畫和圖片的形式向?qū)W生展示自動(dòng)控制技術(shù)在航空、航天、交通、工業(yè)、家庭中的應(yīng)用，把課程的學(xué)習(xí)和未來(lái)就業(yè)聯(lián)系起來(lái)，讓學(xué)生了解本門課程在實(shí)際生活中的應(yīng)用廣泛以及學(xué)好本門課程的重要性;結(jié)合目前工業(yè)4.0概念的提出以及人工智能的發(fā)展，向?qū)W生介紹智能工廠、智能家電和智能機(jī)器人等應(yīng)用，從而讓學(xué)生了解自動(dòng)控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;給學(xué)生介紹本課程和其他課程的聯(lián)系，比如，在講控制系統(tǒng)的校正時(shí)，我們可以聯(lián)系前面學(xué)過(guò)的電工、電子技術(shù)等課程，讓學(xué)生知道本課程在整個(gè)專業(yè)課程體系中所占的重要作用，從而提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

（二）采用項(xiàng)目化教學(xué)，培養(yǎng)工程能力

在教學(xué)過(guò)程中，把理論教學(xué)和實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合，根據(jù)企業(yè)的需求，采用項(xiàng)目化進(jìn)行教學(xué)，要求學(xué)生完成和本專業(yè)崗位相關(guān)的任務(wù)。比如，把本課程分為若干項(xiàng)目，結(jié)合直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，要求學(xué)生通過(guò)本門課程的學(xué)習(xí)完成直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的分析和調(diào)試，在每一個(gè)項(xiàng)目中，分別要求學(xué)生會(huì)建立直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖和數(shù)學(xué)模型、會(huì)對(duì)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域分析和頻域分析，以及會(huì)對(duì)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)的校正，從而在項(xiàng)目化教學(xué)中使學(xué)生掌握本課程的基本概念和原理，并且會(huì)用計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和校正等。

（三）精選教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化重點(diǎn)，淡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)

由于該課程內(nèi)容多課時(shí)少，按照高職學(xué)生人才培養(yǎng)方案的要求，根據(jù)教學(xué)大綱，適當(dāng)精選教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)。在授課過(guò)程中，挑選每章重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講授，比如傳遞函數(shù)、勞斯穩(wěn)定判據(jù)、伯德圖繪制、系統(tǒng)校正等重點(diǎn)知識(shí)，對(duì)于一些純理論的知識(shí)者、復(fù)雜計(jì)算的內(nèi)容或者大綱要求了解的知識(shí)，少講或者不講[2]。在計(jì)算推導(dǎo)時(shí)挑選簡(jiǎn)單的例題進(jìn)行推導(dǎo)，在保證控制理論內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那疤嵯拢瘮?shù)學(xué)推過(guò)程，增加實(shí)例進(jìn)行分析[3]。在對(duì)概念、原理和分析方法進(jìn)行講授過(guò)程中，采用項(xiàng)目化教學(xué)的方法，圍繞建模、分析和應(yīng)用展開(kāi)進(jìn)行教學(xué)，重點(diǎn)給學(xué)生講思路、方法，降低對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算的要

（四）多媒體技術(shù)與 MATLAB 工具相結(jié)合

課堂上，給學(xué)生講授知識(shí)點(diǎn)時(shí)，配合一些動(dòng)畫或者動(dòng)態(tài)圖，比如在直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，配合直流電機(jī)調(diào)速的動(dòng)畫，把一些抽象的知識(shí)形象的展現(xiàn)在學(xué)生面前，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。課堂上配合MATLAB軟件進(jìn)行仿真。MATLAB軟件在本科中用的比較多，但是在專科中應(yīng)用的比較少。在課堂上把MATLAB和教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，比如對(duì)二階系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、判定系統(tǒng)穩(wěn)定性、乃奎斯特圖、伯德圖的繪制、直流調(diào)速系統(tǒng)的分析等，都可以通過(guò)MATLAB/Simulink進(jìn)行仿真，學(xué)生通過(guò)觀察參數(shù)的變化來(lái)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性，把控制理論內(nèi)容形象的展示出來(lái)，給學(xué)生留下深刻的印象，保證更好的教學(xué)效果。

（五）增加M ATL AB仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

在每一章節(jié)學(xué)完后，都有一節(jié)上機(jī)課，配合項(xiàng)目化教學(xué)進(jìn)行，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，仿真MATLAB，完成實(shí)驗(yàn)建模、設(shè)計(jì)。比如，在MATLAB中解決拉氏變換和反拉氏變換;繪制系統(tǒng)時(shí)域階躍響應(yīng)曲線;解決系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題;通過(guò)簡(jiǎn)單的程序繪制系統(tǒng)的伯德圖和乃奎斯特圖，并且判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，求取穩(wěn)定裕度;實(shí)現(xiàn)PID仿真以及串聯(lián)校正等。MATLAB軟件操作界面簡(jiǎn)單、靈活，節(jié)約時(shí)間，得到的曲線逼真，并且可以隨時(shí)改變參數(shù)，通過(guò)參數(shù)的變化來(lái)觀察對(duì)系統(tǒng)的影響。上機(jī)課調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，課堂氛圍活躍，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

三、考試改革措施

學(xué)院本課程為考查課，在之前的考試中，都采用閉卷的方式進(jìn)行考試。學(xué)生期末成績(jī) = 期末考核成績(jī)（40%）+平時(shí)出勤（10%）+平時(shí)考核成績(jī)（50%）。為了和課程改革相配合，更好的考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，期末考試除了閉卷考試外，增加了MATLAB上機(jī)操作考試，其中閉卷考試和MATLAB上機(jī)操作考試各占一半，共占期末成績(jī)的40%。閉卷考試和之前的考試差別不大，主要考查學(xué)生對(duì)基本概念、原理的理解和掌握情況;上機(jī)考試主要考查學(xué)生在MATLAB環(huán)境下對(duì)控制系統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計(jì)能力。平時(shí)考核成績(jī)，除了平時(shí)作業(yè)完成情況，增加項(xiàng)目化任務(wù)學(xué)生完成情況。通過(guò)這樣的考試方式，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

四、結(jié)語(yǔ)

在《自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)》課程的教學(xué)與改革探索中，結(jié)合高職學(xué)生特點(diǎn)，從學(xué)生實(shí)際情況出發(fā)，分析了我校在講授這門課程中所存在的問(wèn)題，探討存在這些問(wèn)題的原因，并提出改革措施。在最近幾年的教學(xué)過(guò)程中，本文所提出的方法已經(jīng)實(shí)施并且達(dá)到了良好的教學(xué)效果，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生從被動(dòng)的接受知識(shí)變成主動(dòng)分析、思考，而且把工程實(shí)例引入課堂，提高了學(xué)生未來(lái)就業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

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