薛峰　林俊　李艷玲

【摘要】自動控制原理是高職院校電類相關(guān)專業(yè)的必修專業(yè)課，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能滿足教學(xué)需求。設(shè)計(jì)基于MATLAB軟件GUI的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺輔助教學(xué)，可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生對控制系統(tǒng)的自主分析和動手實(shí)踐能力，提高教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】高職 自動控制原理 教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺 MATLAB 教學(xué)改革

【中圖分類號】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0229-01

近年來，全國各高職院校紛紛開展教學(xué)改革，更加注重知識的應(yīng)用性，注重學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。電類相關(guān)專業(yè)是高職學(xué)院中開設(shè)較多的專業(yè)，自動控制原理是大部分電類專業(yè)的核心專業(yè)課程，教學(xué)改革一直在探索中前行。

1.高職自動控制原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

以我院（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院）為例，共有應(yīng)用電子技術(shù)，電氣自動化，機(jī)電一體化，樓宇智能化4個(gè)相關(guān)的電類專業(yè)，自動控制原理均是核心專業(yè)課。高職院校在自動控制原理這門課程的教學(xué)過程中普遍存在下列問題：學(xué)生的抽象思維能力較差，數(shù)學(xué)功底普遍不好，學(xué)習(xí)過程中分析計(jì)算看不懂[1]，不能滿足專業(yè)理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)；學(xué)生對理論知識學(xué)習(xí)缺乏興趣，教師無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；創(chuàng)新能力差，不能獨(dú)立完成某一個(gè)項(xiàng)目；高職院校針對自動控制原理課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較缺乏，不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

2.設(shè)計(jì)基于MATLAB軟件GUI的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺

MATLAB軟件是一種集數(shù)學(xué)計(jì)算、分析、可視化、算法開發(fā)與發(fā)布等于一體的軟件平臺。MATLAB自帶有豐富的函數(shù)庫，大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，自動控制原理課程中用到的大量圖形曲線分析析都可以直接調(diào)用MATLAB函數(shù)[2]。MATLAB提供了控制系統(tǒng)工具箱和完備的simulink仿真，可以模擬大量的自動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。MATLAB還提供了功能強(qiáng)大的圖形用戶界面（GUI）開發(fā)環(huán)境，可以設(shè)計(jì)人機(jī)交互簡單，容易操作的用戶界面。

基于MATLAB軟件的GUI設(shè)計(jì)虛擬教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺的主要工作：

（1）根據(jù)高職教學(xué)現(xiàn)狀，把自動控制原理內(nèi)容分解成數(shù)學(xué)功能、時(shí)域分析、頻域分析、根軌跡分析、控制校正、離散控制系統(tǒng)這六個(gè)模塊。

（2）使用MATLAB的GUI針對這六個(gè)模塊設(shè)計(jì)操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)的界面窗口[3]。

（3）分別編寫界面中各個(gè)功能按鈕的傳遞函數(shù)以達(dá)到該功能的實(shí)現(xiàn)。

（4）制作幫助界面。使學(xué)生能通過幫助界面準(zhǔn)確理解概念、原理，并能通過操作指導(dǎo)方便準(zhǔn)確的進(jìn)行相關(guān)的操作，完成學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)。

完成后的虛擬教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺界面如圖2-1所示

2-1 虛擬教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺界面引導(dǎo)界面

上述離散控制系統(tǒng)界面中階躍響應(yīng)的回調(diào)函數(shù)如下：

function pushbutton1_Callback（hObject， eventdata， handles）

a=str2num（get（findobj（gcbf，‘Tag，‘edit1），‘string））；

b=str2num（get（findobj（gcbf，‘Tag，‘edit2），‘string））；

c=str2num（get（findobj（gcbf，‘Tag，‘edit3），‘string））；

[m，n]=c2dm（a，b，c，‘Zoh）；

dstep（m，n）；

輸入?yún)?shù)后，運(yùn)行結(jié)果如2-2所示。

2-2 階躍響應(yīng)運(yùn)行結(jié)果界面

3.教學(xué)改革試點(diǎn)展開

在完成本虛擬教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)和調(diào)試后，選定了本校電氣自動化專業(yè)13級的一個(gè)班級進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)。具體的教學(xué)實(shí)施細(xì)節(jié)如下：

（1）重新制定了教學(xué)計(jì)劃。根據(jù)虛擬教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺梳理教學(xué)任務(wù)，分配不同的教學(xué)課時(shí)。比如以前學(xué)生難于掌握的拉普拉斯變換和傳遞函數(shù)，通過本平臺，可以只注重概念的理解，計(jì)算分析都可以在平臺上完成。所以課時(shí)可以適當(dāng)減少。

（2）在計(jì)算機(jī)教室組織實(shí)施課程教學(xué)，一人一機(jī)，方便本平臺的普及和使用。教導(dǎo)學(xué)生學(xué)會根據(jù)平臺的操作指導(dǎo)進(jìn)行相關(guān)操作，提高學(xué)生的自學(xué)能力和對控制系統(tǒng)的自主認(rèn)知分析能力。

（3）和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段相結(jié)合。在使用本平臺完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，可以結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行相互驗(yàn)證，這樣可以加深學(xué)生對知識的理解和記憶。

（4）考核不再僅僅依賴于答卷形式。在不同的教學(xué)時(shí)期，設(shè)計(jì)有針對性的考核內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行考核，能隨時(shí)幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺、成長進(jìn)步。

4.小結(jié)

虛擬教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺在高職自動控制原理課程的教學(xué)中能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鍛煉學(xué)生的動手能力，充分發(fā)揮學(xué)生的潛力，顯著的提高自動控制原理課程的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊斌，朱永強(qiáng).淺談高職“工程數(shù)學(xué)”、“自動控制原理”兩門課程知識銜接[J].科技風(fēng)，2013，14：182.

[2]范振瑞. MATLAB在高職自動化專業(yè)《自動控制原理》課程中的教學(xué)應(yīng)用研究[J].軟件，2013，03：155-157.

[3]劉坤，高少平，張福軍.基于GUI的自動控制原理仿真平臺[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，02：66-67.