高职高专《自动控制原理》课程教学的研究与探索

高职高专《自动控制原理》课程教学的研究与探索孙立香（盐城纺织职业技术学院机电工程系，江苏盐城：224005）摘要：《自动控制原理》是机电类专业的一门重要专业基础课。本文结合该课程的特点，针对高职院校大学生的具体情况，对课程的教学进行了探索和实践。在教学实践中精选教学方法，将Flash动画和MATLAB软件引入自动控制课程的教学和实验，结合实际工程，使理论和实践相结合从而提高了课堂教学的质量，使学生能够更加深入理解和灵活运用所学理论知识。关键词：自动控制原理，Flash，MATLAB，课堂教学TheresearchandexplorationaboutteachingoftheAutomaticControlTheoryinvocationalandtechnicalcollegeSUNLi-xiang(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,YanchengCollegeofTextileTechnology,Yancheng224005,China)Abstract:AutomaticControlPrincipleisanimportantbasicCourseforelectromechanicalprofession.Inthispaper,combiningthecharacteristicsofthecourse,thecourseexplorestheteachingandpracticeconsideringthespecificcircumstancesforthestudentsofhighervocationalcolleges.Teachingmethodsarefeaturedinthepracticeofteaching,inorderthattheMATLABsoftware,Flashanimationswoundintroducedtotheexperimentandteachingfortheautomaticcontrolprinciple,combinedwiththeactualproject,theteachingqualitywereimprovedgreatlyandsatisfythedemandofunderstandingandusingthetheoryandknowledgeflexiblyforstudents.Keyword:AutomaticControlPrinciple,Flash,MATLAB,classroomteaching1、引言自动控制原理是一门综合性很强的专业课，在机械、电气、热能等专业中处于举足轻重的地位。它以数学为研究工具，以系统为研究和应用对象，内容涉及控制系统的模型建立、系统性能分析、系统设计等基本理论与方法，是分析、设计和调试自动控制系统的必备理论基础。其特点是内容丰富、理论性强、涉及知识面广、信息量大，而且概念抽象，数学推导多，计算繁杂，是具有一定深度和学习难度的课程。学生普遍反映掌握困难、无法联系实际。特别是在教学过程中，相当部分的分析与综合都是以作图分析为基础，计算工作量大，绘图精度低，分析质量差。所以，在“自动控制原理”教学中应该采用能够及时反映自动控制领域新技术、新成果和新内容的教学方法。2、高职高专院校《自动控制原理》课程教学中存在的问题现阶段的高等职业技术教育中,对学生实践性要求很高。面对学生的这一特点,在讲授《自动控制原理》课程的过程中,发现存在几方面的问题:一、学生学习目的不明确，普遍感到该课程与以后的后续课程没什么关系,学习积极性不高。二、概念抽象,学生理解困难。这是《自动控制原理》教学过程中普遍存在的问题,教师可以通过恰当的举例,化抽象为具体,便于学生理解。三、学生的数学基础较差，本课程涉及高等数学的基础知识,主要是运用拉普拉斯变换等数学工具。3、教学方式、方法的改革3.1强化建模，淡化公式推导建模是指一个知识体系整体的认知,全面掌握知识的内容,有利于对知识体系框架结构的认识。学生学习《自动控制原理》过程中,容易只见树木,不见森林,各知识点机械分割,缺乏有机联系,更不知道自控理论用于何处，怎样具体应用。因此在教学中应该克服以上弊端，采用多媒体教学，适当制作并引入一些与课程内容相关的动画，能够更生动更形象的令学生理解课程内容，同时也能够激发学生的学习兴趣。例如讲授第一节课时，说明自动控制的含义，自动控制原理课程主要研究什么时，可以结合Flash动画[1]来加以说明，如图1是手动控制flash截图，图2是自动控制flash截图，系统结构图的讲解中配合Flash动画会比单纯的系统结构图的讲解更容易掌握自动控制的含义及所要研究的内容。强化建模[2]需要全面系统掌握自控理论，以分析或设计一个自动控制系统为主线,先建立系统数学模型，得出系统的微分方程、传递函数和动态结构图，再运用时域分析法、频率特性法或根轨迹法分析，进行工程计算,最后得到系统稳态性能、快速性能、准确性能。教学中特别注意在各章节内容讲解开始、结束时,反复强调该部分在经典控制理论中的具体位置、作用,并对相应内容进行对比、分析。避免学生知识点孤立，知识点不能连贯。对于高职院校学生，高等数学要求不高，对于《自动控制原理》课程中经常会运用的拉氏变换的内容介绍很少[3]。多数学生没有足够的能力运用拉氏变换完成相应的推导。由此产生厌学情绪，严重影响教学效果。因此，在教学过程中，我以够用为原则,让学生熟记几个常用的函数变化结果，要求学生会使用拉氏变换表查找复杂、常用函数变换结果。这样，淡化公式推导，使学生更容易接受，增强学习积极性、主动性。图1是手动控制flash截图图2是自动控制flash截图3.2利用MATLAB软件改善理论教学，培养综合分析能力MATLAB软件是由美国MathWorks公司发布的主要面向科学计算、数据可视化以及交互式程序设计的第四代计算机语言，强大的功能使它成为国际控制界公认的控制系统分析与仿真设计的首选软件[4]。我们将MATLAB软件作为自动控制原理课程的辅助教学工具[5]。通过让学生在MATLAB/SIMULINK环境中对控制系统建模、仿真，使学生逐步了解一个控制系统是如何组成的，系统各个环节的模型是怎样的，系统又是如何运动的，加深了学生对系统模型方面概念的理解。自动控制原理课程中常采用图形分析，而图形的手工绘制又很困难，MATLAB软件绘图功能特别强。在讲授控制系统时域分析、根轨迹分析、频域分析时，教师可以用很少的课时介绍关键语句和典型仿真程序。课后指导学生上机，在相关MATLAB工具书的帮助下绘制不同系统的响应曲线、根轨迹图、频率特性曲线图，并改变参数，观察各种参数变化对控制系统稳定性和动态特性的影响。这就避免了原来手工绘图费时、费力的现象，也避免了手工画图的不精确性。实践表明，将MATLAB引入自动控制原理课程教学中，降低了自动控制原理的抽象性，增强了该课程的直观性。学生在课堂教学中可以轻松地学会使用最先进的编程工具，提高了自身综合素质。3.3加强虚实结合的实验教学，拓展学生的创新能力，提高解决实际问题的能力为避免实验教学中，学生对实验课不重视、对实验指导书的依赖性及抄袭实验报告的现象，增加了综合性、设计性实验。实验方式上采用虚实结合，实的方面：保持以往旧的实验方式，学生利用实际的硬件自己设计、校正系统，完成实验内容。虚的方面:利用MATLAB软件完成实验，无需依赖硬件设备,在基于MATLAB的控制系统分析中[6]，加入了综合性实验，要求学生根据所学知识，对控制系统进行仿真，提高了学生的创新能力。这样既有助于学生对课程内容的理解和掌握，也会对熟悉和应用MATLAB起到积极作用。由于基于MATLAB的实验无需依赖于硬件，学生也可以根据自己的兴趣和时间进行上机实践，很大程度上提高了学生的主动性和学习效率，学生反应较好。3.4结合实际工程，使理论和实践相结合高职高专院校电气自动化专业中的供配电、消防系统等照明系统等中的某些设备就是利用自动控制原理的知识，电子专业中的智能建筑中的楼宇自动化系统也是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统的知识，所以强电和弱电的工程都需要自动控制原理作为基础。适当抽取一定的实验实践课，带领学生参观相关的企业或工厂，结合实际的工程，做到理论和实践相结合，适应专业发展需要，并聘请本学科领域专家进行学科前沿讲座，了解本学科的前沿技术，扩充学生的视野，丰富学生的实践知识。4、结束语实践证明，通过以上几个方面的努力，很好地培养了学生的专业兴趣，增强了学生的创新意识，提高了学生的动手能力和实际应用能力。总之，对于本课程，教师在教学过程中把握“必须、够用”的原则，形成理论和实践充分结合，调动学生的积极性，充分体现高职教学学以致用的特点。参考文献[1]佳木斯大学自控原理教学网站.网址：[2]王艳.《自动控制原理》课程教学改革与创新实践[J].江南大学学报，2007，27(4):49-51[3]王积伟，吴振顺.控制工程基础[M].高等教育出版社，2001[4]张志涌等.MATLAB教程[M].北京航天航空大学出版社,2001[5]薛定宇.控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言及应用[M].清华大学出版社，1996[6]楼顺天等.基于MATLAB的系统分析与设计——控制系统[M].西安电子科技大学出版社，2000孙立香，1981年1月出生，女，籍贯：山东淄博，助教，研究方向：嵌入式应用，仪器仪表，联系方式：15151079025，邮箱：[e-mail]