楊惠

摘 要： 《自動控制原理與系統(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，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，本文針對高職學(xué)生特點，分析存在這些問題的原因，并提出一些改革措施。實踐表明，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)生分析問題和解決問題的能力，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;自動控制;改革;MATLAB

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動控制技術(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化技術(shù)專業(yè)學(xué)生，在將來工作中都會接觸自動控制技術(shù)，而控制技術(shù)的基礎(chǔ)是控制理論，沒有先進的控制理論就沒有先進的控制技術(shù)，因此，學(xué)好自動控制理論很有必要?！蹲詣涌刂圃砼c系統(tǒng)》是一門理論性和實踐性都很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是高職電氣自動化技術(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“自動控制原理”部分，主要分析理論，下篇是“自動控制系統(tǒng)”部分，主要分析自動控制系統(tǒng)的運行及改進等。通過這門課程的學(xué)習(xí)，主要培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計控制系統(tǒng)、分析控制系統(tǒng)以及工程實踐和創(chuàng)新的能力。這門課程的特點是內(nèi)容豐富、知識面廣、理論性強，想學(xué)會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)主動性差，加上這門課理論性強，內(nèi)容枯燥乏味，這就造成高職院校開設(shè)這門課程的效果不好，許多高校電氣自動化專業(yè)甚至取消開設(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，針對高職學(xué)生的特點，在教學(xué)過程中對《自動控制原理與系統(tǒng)》課程進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、理論性很強，學(xué)好本課程除了需要扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)外，還需要有電工、電子、電機、電力電子等學(xué)科的基礎(chǔ)知識。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，大一開設(shè)的高等數(shù)學(xué)、電工、電子等課程知識掌握不扎實，不擅長學(xué)科之間的交叉應(yīng)用，而該課程綜合性比較強，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候，還需要用到高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)等相關(guān)知識，學(xué)生對復(fù)變函數(shù)不了解，就無法寫出系統(tǒng)的頻率特性方程，無法理解頻率特性、傳遞函數(shù)、微分方程之間的關(guān)系[1]。一部分學(xué)生對老師課堂上講授的知識無法完全理解，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，認為很難，自己學(xué)不會，甚至放棄學(xué)習(xí)這門課的想法。

（二）課程內(nèi)容多，學(xué)時不夠

我院本課程教學(xué)計劃為64學(xué)時，主要包括自動控制的基本概念、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、自動控制系統(tǒng)的時域分析法、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，這就造成上課進度快，每節(jié)課教學(xué)內(nèi)容多，學(xué)生無法消化吸收本節(jié)課內(nèi)容，教學(xué)效果不好。

（三）理論教學(xué)與實踐教學(xué)相脫節(jié)

《自動控制原理與系統(tǒng)》這門課程是一門綜合性比較強的課程，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，注重理論知識的推導(dǎo)，教學(xué)過程中以老師為主導(dǎo)，學(xué)生的積極性不高。高職學(xué)生的動手能力比較強，但對理論知識的主動學(xué)習(xí)能力比較弱。學(xué)生看到抽象的概念公式，沒有實際動手操作，容易對課程失去學(xué)習(xí)興趣，造成上課不聽，課下不去復(fù)習(xí)的現(xiàn)象;在實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)中，實驗主要是對結(jié)果進行驗證，而讓學(xué)生自己的設(shè)計的實驗很少，學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力無法提高，分析能力和解決問題的能力無法培養(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)系實際，激發(fā)學(xué)生興趣

在教學(xué)過程中，注重理論知識和實際生活的聯(lián)系，以及本課程同其他專業(yè)課程的聯(lián)系，讓學(xué)生認識到本課程在高職電氣自動化技術(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)的主動性和積極性。比如，在第一章，我們通過動畫和圖片的形式向?qū)W生展示自動控制技術(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)和未來就業(yè)聯(lián)系起來，讓學(xué)生了解本門課程在實際生活中的應(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、智能家電和智能機器人等應(yīng)用，從而讓學(xué)生了解自動控制技術(shù)的實際應(yīng)用和發(fā)展趨勢，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，我們可以聯(lián)系前面學(xué)過的電工、電子技術(shù)等課程，讓學(xué)生知道本課程在整個專業(yè)課程體系中所占的重要作用，從而提高學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

（二）采用項目化教學(xué)，培養(yǎng)工程能力

在教學(xué)過程中，把理論教學(xué)和實際工程應(yīng)用相結(jié)合，根據(jù)企業(yè)的需求，采用項目化進行教學(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目，結(jié)合直流電機調(diào)速系統(tǒng)，要求學(xué)生通過本門課程的學(xué)習(xí)完成直流電機調(diào)速系統(tǒng)的分析和調(diào)試，在每一個項目中，分別要求學(xué)生會建立直流電機調(diào)速系統(tǒng)原理框圖和數(shù)學(xué)模型、會對直流電機調(diào)速系統(tǒng)進行時域分析和頻域分析，以及會對直流電機調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)的校正，從而在項目化教學(xué)中使學(xué)生掌握本課程的基本概念和原理，并且會用計算機對控制系統(tǒng)進行建模、分析和校正等。

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

由于該課程內(nèi)容多課時少，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。在授課過程中，挑選每章重點內(nèi)容進行講授，比如傳遞函數(shù)、勞斯穩(wěn)定判據(jù)、伯德圖繪制、系統(tǒng)校正等重點知識，對于一些純理論的知識者、復(fù)雜計算的內(nèi)容或者大綱要求了解的知識，少講或者不講[2]。在計算推導(dǎo)時挑選簡單的例題進行推導(dǎo)，在保證控制理論內(nèi)容嚴謹?shù)那疤嵯?，淡化?shù)學(xué)推過程，增加實例進行分析[3]。在對概念、原理和分析方法進行講授過程中，采用項目化教學(xué)的方法，圍繞建模、分析和應(yīng)用展開進行教學(xué)，重點給學(xué)生講思路、方法，降低對學(xué)生數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計算的要

（四）多媒體技術(shù)與 MATLAB 工具相結(jié)合

課堂上，給學(xué)生講授知識點時，配合一些動畫或者動態(tài)圖，比如在直流電機調(diào)速系統(tǒng)中，配合直流電機調(diào)速的動畫，把一些抽象的知識形象的展現(xiàn)在學(xué)生面前，加深學(xué)生對知識的理解和掌握。課堂上配合MATLAB軟件進行仿真。MATLAB軟件在本科中用的比較多，但是在?？浦袘?yīng)用的比較少。在課堂上把MATLAB和教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，比如對二階系統(tǒng)進行動態(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MATLAB/Simulink進行仿真，學(xué)生通過觀察參數(shù)的變化來分析系統(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，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仿真實驗教學(xué)環(huán)節(jié)

在每一章節(jié)學(xué)完后，都有一節(jié)上機課，配合項目化教學(xué)進行，讓學(xué)生親自動手操作，仿真MATLAB，完成實驗建模、設(shè)計。比如，在MATLAB中解決拉氏變換和反拉氏變換;繪制系統(tǒng)時域階躍響應(yīng)曲線;解決系統(tǒng)穩(wěn)定性問題;通過簡單的程序繪制系統(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;實現(xiàn)PID仿真以及串聯(lián)校正等。MATLAB軟件操作界面簡單、靈活，節(jié)約時間，得到的曲線逼真，并且可以隨時改變參數(shù)，通過參數(shù)的變化來觀察對系統(tǒng)的影響。上機課調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，課堂氛圍活躍，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力、實踐能力和創(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行考試。學(xué)生期末成績 = 期末考核成績（40%）+平時出勤（10%）+平時考核成績（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上機操作考試，其中閉卷考試和MATLAB上機操作考試各占一半，共占期末成績的40%。閉卷考試和之前的考試差別不大，主要考查學(xué)生對基本概念、原理的理解和掌握情況;上機考試主要考查學(xué)生在MATLAB環(huán)境下對控制系統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計能力。平時考核成績，除了平時作業(yè)完成情況，增加項目化任務(wù)學(xué)生完成情況。通過這樣的考試方式，可以調(diào)動學(xué)生平時學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

四、結(jié)語

在《自動控制原理與系統(tǒng)》課程的教學(xué)與改革探索中，結(jié)合高職學(xué)生特點，從學(xué)生實際情況出發(fā)，分析了我校在講授這門課程中所存在的問題，探討存在這些問題的原因，并提出改革措施。在最近幾年的教學(xué)過程中，本文所提出的方法已經(jīng)實施并且達到了良好的教學(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)生從被動的接受知識變成主動分析、思考，而且把工程實例引入課堂，提高了學(xué)生未來就業(yè)的競爭力，達到了良好的教學(xué)效果。

參考文獻

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