基于“卓越計(jì)劃”自動(dòng)控制原理的教學(xué)改革研究

張燕紅

常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 江蘇 常州 213002

基于“卓越計(jì)劃”自動(dòng)控制原理的教學(xué)改革研究

張燕紅

常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 江蘇 常州 213002

根據(jù)“卓越計(jì)劃”的目標(biāo)和社會(huì)對(duì)自動(dòng)化專業(yè)人才的需求，針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的主干課程自動(dòng)控制原理目前教學(xué)中存在的問題，通過增加實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，注重自動(dòng)控制原理和工程實(shí)踐相結(jié)合，并把卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的理念貫穿于該課程的學(xué)習(xí)中，使學(xué)生感到自動(dòng)控制原理不再是一門純理論的課程，而是一門工程實(shí)踐課程，從而培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

卓越計(jì)劃；自動(dòng)化；自動(dòng)控制原理；創(chuàng)新能力

從近幾年對(duì)高校畢業(yè)生在企業(yè)的工作狀況調(diào)查來看，企業(yè)對(duì)高校畢業(yè)生的總體評(píng)價(jià)是：普遍缺乏對(duì)現(xiàn)代企業(yè)工作流程和文化的了解，動(dòng)手能力差，上崗適應(yīng)慢，缺乏團(tuán)隊(duì)工作經(jīng)驗(yàn)和溝通能力，缺乏創(chuàng)新能力。這些成為畢業(yè)生日后在企業(yè)發(fā)展的瓶頸。針對(duì)這種情況，2010年6月，教育部聯(lián)合有關(guān)部門和行業(yè)協(xié)會(huì)共同在相關(guān)高校中組織實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”(以下簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”)，并在多個(gè)專業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)。該計(jì)劃實(shí)施的范圍包括工科的本科生、碩士研究生、博士研究生三個(gè)層次，旨在培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、動(dòng)手能力強(qiáng)、實(shí)踐能力強(qiáng)的高質(zhì)量工程技術(shù)人才?！白吭接?jì)劃”具有三個(gè)特點(diǎn)：一是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力；二是學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才；三是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程。我校是教育部批準(zhǔn)實(shí)施“卓越計(jì)劃”的高校，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是首批進(jìn)入該計(jì)劃的專業(yè)之一。自動(dòng)控制原理是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干課程之一，因此該課程教學(xué)改革的探索和實(shí)施為本專業(yè)實(shí)施“卓越計(jì)劃”奠定了基礎(chǔ)，具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 目前存在的教學(xué)問題

目前，自動(dòng)控制原理課程主要以理論教學(xué)為主，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔。初學(xué)者感覺比較困難，主要是這門課程理論性強(qiáng)，概念多而且抽象化，分析方法中計(jì)算量比較多，在整個(gè)教學(xué)過程中難以把握系統(tǒng)的整體性，難以把控制理論的分析方法應(yīng)用到實(shí)際的控制系統(tǒng)中。而且這門課程是后續(xù)課程的基礎(chǔ)，學(xué)生往往不能較好地將自動(dòng)控制原理的知識(shí)運(yùn)用到其他課程中，如在自動(dòng)控制原理課程中學(xué)習(xí)了比例、積分、微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及微分方程，當(dāng)在后續(xù)課程中遇到PID控制器的時(shí)候，只能寫出相應(yīng)的傳遞函數(shù)，而不能畫出相應(yīng)的電路圖，更不能設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制器，也就是無法把在自動(dòng)控制原理課程中學(xué)到的知識(shí)實(shí)用化和具體化。再比如分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和暫態(tài)性能，有的學(xué)生只知道計(jì)算控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能指標(biāo)，而在實(shí)驗(yàn)過程中無法理解這些性能指標(biāo)的含義，或者當(dāng)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)波形之后，無法調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到較好的性能指標(biāo)。這樣，學(xué)生學(xué)習(xí)了這門課程之后，只覺得學(xué)到了一些理論知識(shí)，而不能深入掌握真正控制系統(tǒng)的分析方法，給后續(xù)課程的學(xué)習(xí)造成了很大的障礙。

2 教學(xué)改革與創(chuàng)新

針對(duì)自動(dòng)控制原理課程教學(xué)過程中存在的諸多問題，筆者覺得教學(xué)改革和創(chuàng)新主要要注意以下幾點(diǎn)。

2.1 教學(xué)內(nèi)容的改革

自動(dòng)控制原理課程內(nèi)容比較多，但只有64課時(shí)，在有限的課時(shí)內(nèi)很難將所有內(nèi)容講完，所以必須以重點(diǎn)內(nèi)容為主，采用啟發(fā)式與引導(dǎo)式相結(jié)合的教學(xué)方式，讓學(xué)生在課堂上掌握最為重要的內(nèi)容，利用課下時(shí)間自學(xué)其他內(nèi)容，這樣才能保證在有限的課時(shí)內(nèi)完成所有的教學(xué)內(nèi)容。

2.2 激發(fā)學(xué)生的興趣

學(xué)生學(xué)習(xí)的好壞與是否對(duì)這門課程感興趣有直接關(guān)系，如果教師只是泛泛地講解課本上知識(shí)，可能導(dǎo)致很多學(xué)生昏昏欲睡，所以有必要采取以下措施來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2.1 在課堂上講解一些具體實(shí)例

如講解自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，不能只是按照課本上的內(nèi)容對(duì)照方框圖進(jìn)行講解，而要舉一些生活中的例子，如全自動(dòng)洗衣機(jī)、溫度控制系統(tǒng)、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，讓學(xué)生感受在實(shí)際生活中自動(dòng)控制原理的具體應(yīng)用，使其有一種學(xué)有所用的感覺，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.2.2 制作動(dòng)態(tài)課件

平時(shí)所用課件大多是靜態(tài)文字配上相應(yīng)的圖示，教師只是對(duì)照?qǐng)D示給學(xué)生講解，這樣學(xué)生很難跟上教師的節(jié)奏，而且還容易誤解教師所指點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容，如講解根軌跡的畫法時(shí)，根據(jù)以往講解的內(nèi)容，學(xué)生很難理解幾條根軌跡是同時(shí)的，而是把它們獨(dú)立開來。如果我們做成動(dòng)態(tài)的根軌跡，能夠?qū)崟r(shí)演示根軌跡隨著K值的變化過程，那么學(xué)生就很容易理解K值和根軌跡以及系統(tǒng)是否穩(wěn)定的關(guān)系了，這樣自然就提高了學(xué)生的興趣。

2.2.3 課堂上增加Matlab知識(shí)

Matlab是功能很強(qiáng)大的軟件，在科研中起著非常重要的作用，在課堂中增加Matlab知識(shí)，既能讓學(xué)生掌握新的軟件，又能讓學(xué)生提高解決問題的效率，學(xué)生感到學(xué)習(xí)的不僅僅是理論知識(shí)，還能應(yīng)用這些知識(shí)通過Matlab做一些科研探索，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.2.4 把課堂內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備結(jié)合起來

結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的控制系統(tǒng)，讓學(xué)生從理論的方框圖或者傳遞函數(shù)中認(rèn)識(shí)到具體的對(duì)象，這樣的講解能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理的興趣。

2.3 加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)

現(xiàn)在高校都非常重視學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，筆者認(rèn)為主要可以通過以下幾點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。

2.3.1 加強(qiáng)設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)

學(xué)生以往做的實(shí)驗(yàn)都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不能完全發(fā)揮學(xué)生的動(dòng)手操作能力。增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。如在自動(dòng)控制原理課程中學(xué)到的比例、積分、微分環(huán)節(jié)及慣性環(huán)節(jié)，做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)電路圖和簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)板，然后利用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，這樣既增加了學(xué)生的動(dòng)手能力，也加強(qiáng)了學(xué)生理論知識(shí)和實(shí)踐能力的聯(lián)系。從典型環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)開始，直到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也會(huì)自然而成，如果沒有典型環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和制作，很難做出一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)板，更不可能把這些部件和整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系在一起。

2.3.2 組建開放型實(shí)驗(yàn)室

學(xué)生在做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間內(nèi)無法完成任務(wù)，如果課下沒有實(shí)驗(yàn)環(huán)境也很難完成。如果實(shí)驗(yàn)室是開放型的，那么學(xué)生在課余時(shí)間可以繼續(xù)做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，這樣既能提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，也能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力。

2.3.3 與企業(yè)共建實(shí)驗(yàn)室

目前我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)備只能基本滿足日常的教學(xué)需求，與實(shí)際生產(chǎn)需要還有一定的距離，因此有必要通過與企業(yè)共建實(shí)驗(yàn)室的方式，把企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)室中，讓學(xué)生學(xué)到當(dāng)今最先進(jìn)的控制技術(shù)，如我院電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)與施耐德電氣有限公司已經(jīng)合作共建了工業(yè)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供了很好的實(shí)踐平臺(tái)。

2.3.4 采取“走出去，請(qǐng)進(jìn)來”的方式

在一些實(shí)踐環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生走出學(xué)校，走進(jìn)企業(yè)，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力、溝通能力和協(xié)作能力，如在自動(dòng)控制原理的課程設(shè)計(jì)中，可以帶學(xué)生走入企業(yè)，開闊學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，還可以聘請(qǐng)企業(yè)中的工程技術(shù)人員來學(xué)校給學(xué)生作報(bào)告和進(jìn)行交流，使學(xué)生了解當(dāng)今最前沿的工業(yè)技術(shù)。

3 結(jié)束語

隨著“卓越計(jì)劃”在我校的實(shí)施，學(xué)生理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐結(jié)合得越來越緊密。自動(dòng)控制原理的講授不能只注重理論，也應(yīng)該增加實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，增加實(shí)際控制系統(tǒng)的講解，增加學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)的內(nèi)容，以培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)行業(yè)需要的優(yōu)秀工程人才。

Research on teaching reform of automatic control principle based on "Excellence Program"

Zhang Yanhong

Changzhou institute of technology, Changzhou, 213002, China

According to the target of "Excellence Engineer education plans" and demand of society for automatic talents, and the problems existed in the present teaching of automatic control principle, we pay attention to connect the automatic control theory and engineering practice by increasing the practice teaching, and the training plan concept of "excellence program" is inf i ltrated throughout the study of this course, which makes students feel that the automatic control principle is no longer an academic curriculum, but a practical course, so as to train the students' practical ability and innovative ability.

excellence program; automation; automatic control principle; innovative ability

2012-03-23

張燕紅，博士，講師。