楊裕翠 曹鳳蓮

基于項(xiàng)目化的自動控制原理課程改革

楊裕翠 曹鳳蓮

（淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院，江蘇 淮安 223300）

【摘 要】《自動控制原理》是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是自動化及其相關(guān)專業(yè)的重點(diǎn)課程。該課程學(xué)習(xí)過程中與實(shí)際系統(tǒng)結(jié)合不緊密，學(xué)習(xí)具有一定難度，學(xué)習(xí)效果較差。本文嘗試將項(xiàng)目法用于該課程的教學(xué)過程中，分別在理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)踐表明該方法效果較明顯，能有效改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

【關(guān)鍵詞】自動控制原理;項(xiàng)目法教學(xué);課程改革

中圖分類號： TP13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）08-0046-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.018

Curriculum Reform of Automatic Control Principle Based on Project Method

YANG Yu-cui CAO Feng-lian

（Huaiyin Normal University Huaian，Huaian Jiangsu 223300，China）

【Abstract】"Automatic Control Principles" is a theoretically strong professional foundation coursewith complex theory， which is the key course of automation and related majors.In the learning process of this course，it is not closely integrated with the actual system，so the learning is difficult and the learning effect is poor.This paper attempts to apply the project method to the teaching process of the course.It is designed in the aspects of theoretical teaching， experimental teaching and curriculum design.The practice shows that the method is effective and can effectively improve the learning effect of students.

【Key words】Automatic Conrol Theory;Project teaching;Curriculum reform

0 引言

在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，自動控制技術(shù)已成為現(xiàn)代社會生活中不可缺少的重要組成部分。隨著人工智能的飛速發(fā)展，其控制理論基礎(chǔ)——“自動控制原理”的地位也越來越重要?！蹲詣涌刂圃怼纷鳛榇髮W(xué)本科自動化及其相關(guān)專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在控制相關(guān)專業(yè)的課程體系中占有很重要的地位，是學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字控制、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、過程控制等后續(xù)的應(yīng)用型專業(yè)課程必需的知識基礎(chǔ)儲備。同時能加強(qiáng)學(xué)生的綜合分析能力、理論聯(lián)系實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，因此該課程的地位和作用更為突出。

1 改革的必要性

該課程主要學(xué)習(xí)經(jīng)典控制理論，主要包括模型的建立、系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合，配有相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。但是，實(shí)際的教學(xué)效果差強(qiáng)人意，主要體現(xiàn)在：（1）課堂教學(xué)效果差。目前課堂教學(xué)仍是以老師講，學(xué)生聽為主要手段，在此過程中部分學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性，課堂吸收少甚至是不吸收。也有部分同學(xué)基礎(chǔ)不牢固，在學(xué)習(xí)過程中感覺吃力甚至有聽天書的感覺。同時老師感覺講解的很累，還沒有效果。（2）課后作業(yè)沒有達(dá)到鞏固學(xué)習(xí)的效果。目前課后作業(yè)與實(shí)踐結(jié)合的少，很多同學(xué)覺得做這些沒有意義，再加上大家的作業(yè)都一模一樣，因此抄襲參考就成為一部分人的選擇。（3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低。實(shí)驗(yàn)有的以MATLAB為主，結(jié)合實(shí)踐能力弱;有的是一些簡單電路的搭建，學(xué)生覺得和模電、數(shù)電實(shí)驗(yàn)無區(qū)別，因此普遍缺乏積極性，效果差。

2 項(xiàng)目教學(xué)法的嘗試

針對這些情況，嘗試在教學(xué)中采用項(xiàng)目教學(xué)法。項(xiàng)目教學(xué)法是行為引導(dǎo)型教學(xué)方法中的一種，是師生通過共同實(shí)施一個完整的項(xiàng)目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動。這是一種全新的嘗試，在一門純理論的課程教學(xué)中加入適當(dāng)?shù)膶?shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生既動腦又動手。希望通過這種方法的使用，充分將理論和實(shí)踐相結(jié)合，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，掌握《自動控制原理》課程學(xué)習(xí)的技巧和方法，能順利將課本知識和實(shí)際生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用很好的結(jié)合起來，為今后走上工作崗位從事自動控制相關(guān)開發(fā)工作打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.1 改革目標(biāo)

通過確立的項(xiàng)目主題，把課本的理論知識和現(xiàn)場作業(yè)相聯(lián)系，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更有針對性和實(shí)用性，也加強(qiáng)和鞏固學(xué)生對理論知識的掌握，同時也因?yàn)轫?xiàng)目的綜合性，使學(xué)生對專業(yè)相關(guān)課程的知識能夠更好的掌握，實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉教學(xué)，促進(jìn)專業(yè)知識的融合。具體教學(xué)目標(biāo)為以下三點(diǎn)：

（1）通過項(xiàng)目法教學(xué)使學(xué)生掌握《自動控制原理》的基礎(chǔ)知識，包括自動控制系統(tǒng)的相關(guān)概念、性能指標(biāo)、分析方法（時域法、根軌跡法、頻域法）、設(shè)計(jì)方法、校正方法等。

（2）通過項(xiàng)目法教學(xué)使學(xué)生掌握自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟和設(shè)計(jì)方法，能對所建立的系統(tǒng)進(jìn)行性能分析和校正。

（3）通過項(xiàng)目法教學(xué)使學(xué)生掌握常用的一些自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的子項(xiàng)目，為今后從事大型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)作好鋪墊、打好基礎(chǔ)。

2.2 改革內(nèi)容

將項(xiàng)目教學(xué)法融入《自動控制原理》課程的理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)等教學(xué)過程中。具體改革內(nèi)容如下：

（1）理論教學(xué)部分：將自動控制原理基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為10-15個應(yīng)用于實(shí)踐的工程項(xiàng)目，通過對工程項(xiàng)目要求的講解，項(xiàng)目中涉及的基本知識的講解，以及項(xiàng)目完成步驟的闡述和對學(xué)生完成情況的評價等步驟完成這些項(xiàng)目的教學(xué)，在此過程中讓學(xué)生更好的掌握相關(guān)理論知識。同時由于該課程的特點(diǎn)，部分知識可以拿出來做翻轉(zhuǎn)課堂，使學(xué)生能學(xué)會，可講出，全面掌握自動控制系統(tǒng)。

理論教學(xué)中，相關(guān)項(xiàng)目的完成主要以教師為主體，以教師的講解為主。實(shí)施步驟為：

①對具體項(xiàng)目目前的研究現(xiàn)狀和市場前景進(jìn)行講解。

②講解本項(xiàng)目完成過程中所需要用到的相關(guān)的軟硬件知識，對于比較簡單的部分可以要求學(xué)生自學(xué)及講解。

③要求學(xué)生思考項(xiàng)目完成的方法、步驟，并利用課堂進(jìn)行交流、討論。

④教師對學(xué)生的交流討論進(jìn)行評價，并按照交流和討論的結(jié)果逐步給學(xué)生講解項(xiàng)目的具體完成步驟。

課堂教學(xué)參考項(xiàng)目如表1所示。

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分：為了提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的重視程度、對動手操作的興趣，提高課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績在最后課程總成績中的比重。在具體進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)時，將自動控制原理的課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置成6-8個和理論教學(xué)的項(xiàng)目相關(guān)的、難度稍大的工程實(shí)際項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)講義上可以幫助學(xué)生規(guī)劃好項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求和注意點(diǎn)，學(xué)生通過分組建立實(shí)驗(yàn)小組，進(jìn)行相應(yīng)的思考、設(shè)計(jì)、在實(shí)驗(yàn)課堂上或是開放實(shí)驗(yàn)室完成項(xiàng)目軟硬件的設(shè)計(jì)，完成對項(xiàng)目的仿真，撰寫相關(guān)報告。課后有興趣的同學(xué)還可以自己動手，購買相關(guān)元器件，按照自己的設(shè)計(jì)制作出相應(yīng)成品。最后教師對學(xué)生完成的步驟進(jìn)行總結(jié)和評價。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，具體項(xiàng)目的完成主要以學(xué)生為主體，以學(xué)生的自行完成為主。實(shí)施步驟為：

①布置具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，給出項(xiàng)目設(shè)計(jì)的任務(wù)書。

②學(xué)生查閱相關(guān)項(xiàng)目的背景資料——決定設(shè)計(jì)方案——選擇元器件——硬件電路構(gòu)建——軟件編程——系統(tǒng)調(diào)試——撰寫設(shè)計(jì)報告。

③根據(jù)學(xué)生的完成情況和撰寫的報告，教師對學(xué)生項(xiàng)目完成過程中的設(shè)計(jì)方案、硬件電路結(jié)構(gòu)、軟件編程的思想進(jìn)行總結(jié)評價。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)參考項(xiàng)目如表2所示。

（3）課程設(shè)計(jì)部分：建議增加一周的課程設(shè)計(jì)時間，要求學(xué)生按照理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)過程中掌握的相關(guān)知識，查閱相關(guān)資料，自行選題，設(shè)計(jì)制作一個自動系統(tǒng)。要求將選題、設(shè)計(jì)方案、仿真結(jié)果交給教師進(jìn)行審核，審核通過后才能進(jìn)行相關(guān)操作。一周的時間學(xué)生對通過審批的項(xiàng)目進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)、電路板的設(shè)計(jì)制作、相關(guān)元器件的焊接、系統(tǒng)調(diào)試，直到完成自己的實(shí)際作品。最后要組織相關(guān)教師對每一位學(xué)生的成品進(jìn)行答辯驗(yàn)收，給出總評成績。養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)和探索的優(yōu)良習(xí)慣，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)其工程意識和創(chuàng)新精神。

課程設(shè)計(jì)中，充分調(diào)動學(xué)生的積極主動性，完全以學(xué)生為主體，教師主要負(fù)責(zé)對學(xué)生完成的情況進(jìn)行總結(jié)和評價。實(shí)施步驟為：

（1）學(xué)生自擬題目。

（2）上交實(shí)驗(yàn)選題，教師審批。

（3）學(xué)生自己查閱資料，擬定任務(wù)書，進(jìn)行軟硬件規(guī)劃設(shè)計(jì)，完成仿真，制作電路板，焊接元器件，最后完成成品。

（4）組織相關(guān)教師對學(xué)生的作品進(jìn)行答辯驗(yàn)收。

2.3 改革擬解決的問題

怎樣學(xué)好《自動控制原理》的理論部分，怎樣將自動控制原理的理論知識很好的融入到每一個自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中去，讓學(xué)生在攻克每一個工程項(xiàng)目的同時，全面、更好的掌握相關(guān)理論知識。

3 項(xiàng)目法改革注意點(diǎn)

（1）項(xiàng)目的選擇

項(xiàng)目教學(xué)法成敗的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合適的工作任務(wù)。要圍繞自動控制理論的教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生對具體系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的能力、分析系統(tǒng)的能力和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的能力，同時提高組織協(xié)調(diào)能力來選擇合適的項(xiàng)目。項(xiàng)目的大小和難度要適中，既有助于提高學(xué)生的能力，又能通過努力實(shí)現(xiàn)。

（2）項(xiàng)目的要求

這部分由老師提出，老師綜合學(xué)生所學(xué)理論和實(shí)踐知識，以及學(xué)生的理解能力來提出項(xiàng)目要求。給出項(xiàng)目的最終目的、性能指標(biāo)的要求，以及本項(xiàng)目涉及的基本知識點(diǎn)。

（3）分組工作，系統(tǒng)分析

一個班級劃為多個任務(wù)小組。每小組對任務(wù)進(jìn)行分析，包括對系統(tǒng)要求的分析、數(shù)學(xué)模型的建立、控制方案的確定、軟件仿真、硬件軟件功能的劃分等。這時候老師要給予一定的指導(dǎo)。分析后可以進(jìn)行合適的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（4）控制方案的實(shí)現(xiàn)

硬件結(jié)構(gòu)一旦確定，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如需軟件，同時進(jìn)行軟件的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行調(diào)試，如能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，則該項(xiàng)目完成，進(jìn)行項(xiàng)目報告的書寫工作。

（5）討論和評估

把全班同學(xué)組織在一起，舉行一次評估工作。對每個項(xiàng)目進(jìn)行一次討論，總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題和交流解決辦法。并根據(jù)每個項(xiàng)目的完成情況進(jìn)行綜合評分。

4 結(jié)束語

《自動控制原理》課程理論性較強(qiáng)，和實(shí)際系統(tǒng)結(jié)合的不緊密，這就造成學(xué)生學(xué)習(xí)起來興趣不高，效果較差。本文針對目前的現(xiàn)狀，提出了將項(xiàng)目法教學(xué)應(yīng)用于該課程中。針對理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)方面提出了一些具體項(xiàng)目與實(shí)施步驟。在項(xiàng)目教學(xué)中，學(xué)習(xí)過程成為一個人人參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動，注重的不是最終的結(jié)果，而是完成項(xiàng)目的過程。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗(yàn)創(chuàng)新的艱辛與樂趣，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思想和方法，已達(dá)到事半功倍的效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡壽松主編.自動控制原理（第6版）[M].科學(xué)出版社，2013.

[2]陳磐.“自動控制原理”教學(xué)方法淺析[J].科教文匯（中旬刊），2015（12）.

[3]周武能，石紅瑞.自動控制原理教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教學(xué)研究，2010（1）.

[4]劉海濤，趙娟，李偉洪.面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的自動控制原理教學(xué)方法研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2015（24）.

[5]陳珍萍，黃友銳，劉淮霞，唐超禮.基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的“自動控制原理”教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2016（04）.