高职《自动控制原理》课程的教改探索

时间：2024-05-19

陈季云

（南通农业职业技术学院机电工程系，江苏南通 226007）

0 引言

随着科技的发展，现如今自动控制技术已遍及生产生活的各个领域，不论是哪种自动控制系统，都可以在自动控制原理中找到它的思想方法的源头，所以对于我院的机电一体化技术、电气自动化技术等专业的学生来说，《自动控制基础》就成为一门必修的专业基础课，主要内容是经典控制理论的一般概念以及自动控制系统的分析和设计方法，使学生清晰地认识自动控制系统的体系构成，并初步学会利用经典控制理论分析和设计自动控制系统。然而，这门课程理论性强，数学含量大，且与工程实际结合紧密，特别是对于数理薄弱的高职学生而言，学习起来有一定的难度。针对学生的这些情况，并结合近几年来的教学经验，我们对该课程的知识结构和教学方法等方面进行了探索和改革，以适应高职教育的要求。

1 教学内容改革

高职学生将来的工作岗位主要是对已有实际系统的分析改进或对已有系统的故障检修，而不是从事控制系统的设计，主要应弄清自动控制系统的原理。因此，在教学中，我们本着“讲透理论，重在应用”的原则，对传统的学科式教育教学内容进行了较大的精炼和压缩，力求做到深入浅出，循序渐进，通俗易懂，注重物理概念叙述的同时引入案例，做到理论联系实际，具体体现在以下两方面：

1.1 理论必须够用为度，精选教学内容

我院“自动控制原理”课程理论学时为48学时,教学内容多而学时少,教学中我们结合高职学生侧重应用的特点,按照理论必须够用为度的原则，删繁就简，弱化理论推导。比如在该课程中经常会运用到拉氏变换，然而大部分学生并不具备完成相应推导的数学能力，由此产生厌学情绪，达不到教学效果。针对此问题，教学中我们只要求学生熟记一些必须够用的常用函数的拉氏变换结果，并教会学生灵活运用拉氏变换的相关定理去解决非常用、复杂函数的拉氏变换即可，所以在课堂上无需花时间去讲解相应的数学推导过程，这样的教学安排不仅不会对学生的后续学习带来影响，还会使学生更容易接受，增强他们对这门课程的学习信心。

1.2 构建工程实际案例，激发学习兴趣

该门课程主要是基于“反馈控制”的核心思想，针对自动控制系统及其动态的工作过程，把实际的物理系统进行数学建模，转换成采用微分方程或传递函数为主的定量数学描述，在此基础上分析控制系统的各项性能指标，所以数学模型的建立和系统性能指标分析是我们教学的重点。然而，在讲解自控原理时仅仅以单纯的数学模型分析为基础，缺乏工程实际案例，理论知识的空乏会造成学生学习目标的缺失，完成课程的学习后还不知控制理论的应用所在。针对此问题，我们尝试了案例化的教学改革，即根据精选的理论教学内容构建工程实际案例，注重案例的引入和应用，让学生感受到课程内容很实在，用途很广泛。比如在第一次课讲解自动控制系统的组成时，笔者引入了一个浅显易懂的水位自动控制系统，让学生们自己分析它的工作过程，在此基础上让学生回答哪个是被控对象，哪个是检测元件，哪个是执行元件等等，学生都能一一回答正确，因为有了实际案例的引入，所以学生在轻松活跃的课堂气氛中学会了有关自动控制系统组成的理论知识，取得了很好的教学效果。在后续的教学中，我们还构建了恒温控制系统、转速负反馈的直流调速系统、转速电流双闭环直流控制系统等等来满足理论教学的需要，降低了教学的难度，也增强了学生的工程意识。

2 教学方法改革

本课程的传统教学方式是 “教师—黑板（PowerPoint演示）—学生—练习”，这样学生总是处于被动接收的地位，极大地妨碍了学生学习的主动性和积极性的发挥。因此,我们结合课程特点和高职学生实际情况,在教学方法上进行了适当改革,用以提高教学效果。

2.1 多媒体技术与MATLAB软件相结合，发挥现代化教育技术的优势

我们充分利用现代化的教学手段,制作了“自动控制原理”课件,用简洁的文字、丰富的画面、逼真的动画以及声音等直观形象地将抽象的知识呈现在学生面前,使学生乐于接受，更容易理解和掌握。同时,在教学课时安排中适当增加了Matlab软件使用这一内容,把Matlab作为一种基本工具与教学内容有机结合,教学效果有明显提高，因为Matlab软件有很多优点，可以在它的仿真器中构造实际的物理系统,在仿真时可以任意改变参数或环节来观察该参数或环节的变化对整个系统响应过程的影响,操作灵活,得到的曲线直观,复杂的数据计算可以用简单的程序来完成,节省时间，讲课时既可以用多媒体进行动态演示,也可以让学生在电脑上自己动手操作,充分调动了学生的积极性和主动性。

2.2 将课堂搬到生产现场，充分发挥校外实训基地的作用

传统的理论教学以单纯知识讲解为主,实验教学也只是对课堂教学内容的验证,易使学生不知所学知识有何用处。若能充分发挥校外实训基地的作用，让学生亲临生产现场，聆听企业工程技术人员的讲解，学生会亲自感受到学以致用，加深对工程概念、工程原理和基本理论的理解与运用。所以，在教学中，我们会安排一定量的课时到校外实训基地进行认识实习，比如让学生们观察工业生产现场的物料小车控制系统、直流调速系统、恒温控制系统等等，并引导他们分析系统工作的来龙去脉，在分析的同时适当地引入其它专业课程的相关知识，不仅使学生深刻领悟到自动控制原理是系统设计的方法来源，还能使学生对整个专业体系认识更加清晰，知道每一门专业课程的用武之地。

2.3 改革传统的考核方法，完善考核机制

课程考核的目的是正确评价学生对知识的掌握程度，考核方法应科学合理，体现出课程特点和职业特色。该课程以往的考核方式都是凭借一张试卷来评价学生的学习情况，然而面对高职教育是以高素质高技能高技术为目标的培养要求，我们必须改革传统的考核方式，强调学生综合能力的培养。所以我们将考试成绩分为“平时成绩+实践成绩+考试成绩”，平时成绩占30%，包括学习态度、课堂出勤率、答疑情况、学习的主动性、完成作业情况等；实践成绩占30%，包括实验完成情况、实验报告完成情况、实训基地学习情况以及运用所学专业知识解决问题的能力等；考试成绩占40%，在题型分布方面，应该强化对工程应用分析方面的考核，弱化对公式推导及数理计算的要求。改革后的考核办法更加贴近高职教育的目标，有利于教学水平和教学效果的提高。