高職自動控制原理課程教學改革探索

薛峰　林俊　李艷玲

【摘要】自動控制原理是高職院校電類相關專業的必修專業課，傳統的教學模式已不能滿足教學需求。設計基于MATLAB軟件GUI的教學和實驗平臺輔助教學，可以調動學生的學習積極性，培養學生對控制系統的自主分析和動手實踐能力，提高教學效果。

【關鍵詞】高職 自動控制原理 教學和實驗平臺 MATLAB 教學改革

【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0229-01

近年來，全國各高職院校紛紛開展教學改革，更加注重知識的應用性，注重學生解決實際問題的能力。電類相關專業是高職學院中開設較多的專業，自動控制原理是大部分電類專業的核心專業課程，教學改革一直在探索中前行。

1.高職自動控制原理課程教學現狀

以我院（湖南機電職業技術學院）為例，共有應用電子技術，電氣自動化，機電一體化，樓宇智能化4個相關的電類專業，自動控制原理均是核心專業課。高職院校在自動控制原理這門課程的教學過程中普遍存在下列問題：學生的抽象思維能力較差，數學功底普遍不好，學習過程中分析計算看不懂[1]，不能滿足專業理論的系統學習；學生對理論知識學習缺乏興趣，教師無法調動學生的學習積極性；創新能力差，不能獨立完成某一個項目；高職院校針對自動控制原理課程的實驗設備較缺乏，不能滿足學生的學習需求。

2.設計基于MATLAB軟件GUI的教學和實驗平臺

MATLAB軟件是一種集數學計算、分析、可視化、算法開發與發布等于一體的軟件平臺。MATLAB自帶有豐富的函數庫，大量復雜的數學運算，自動控制原理課程中用到的大量圖形曲線分析析都可以直接調用MATLAB函數[2]。MATLAB提供了控制系統工具箱和完備的simulink仿真，可以模擬大量的自動控制系統實驗。MATLAB還提供了功能強大的圖形用戶界面（GUI）開發環境，可以設計人機交互簡單，容易操作的用戶界面。

基于MATLAB軟件的GUI設計虛擬教學和實驗平臺的主要工作：

（1）根據高職教學現狀，把自動控制原理內容分解成數學功能、時域分析、頻域分析、根軌跡分析、控制校正、離散控制系統這六個模塊。

（2）使用MATLAB的GUI針對這六個模塊設計操作簡單，實用性強的界面窗口[3]。

（3）分別編寫界面中各個功能按鈕的傳遞函數以達到該功能的實現。

（4）制作幫助界面。使學生能通過幫助界面準確理解概念、原理，并能通過操作指導方便準確的進行相關的操作，完成學習和實驗。

完成后的虛擬教學和實驗平臺界面如圖2-1所示

2-1 虛擬教學和實驗平臺界面引導界面

上述離散控制系統界面中階躍響應的回調函數如下：

function pushbutton1_Callback（hObject， eventdata， handles）

a=str2num（get（findobj（gcbf，‘Tag，‘edit1），‘string））；

b=str2num（get（findobj（gcbf，‘Tag，‘edit2），‘string））；

c=str2num（get（findobj（gcbf，‘Tag，‘edit3），‘string））；

[m，n]=c2dm（a，b，c，‘Zoh）；

dstep（m，n）；

輸入參數后，運行結果如2-2所示。

2-2 階躍響應運行結果界面

3.教學改革試點展開

在完成本虛擬教學和實驗平臺的設計和調試后，選定了本校電氣自動化專業13級的一個班級進行教學改革實驗。具體的教學實施細節如下：

（1）重新制定了教學計劃。根據虛擬教學和實驗平臺梳理教學任務，分配不同的教學課時。比如以前學生難于掌握的拉普拉斯變換和傳遞函數，通過本平臺，可以只注重概念的理解，計算分析都可以在平臺上完成。所以課時可以適當減少。

（2）在計算機教室組織實施課程教學，一人一機，方便本平臺的普及和使用。教導學生學會根據平臺的操作指導進行相關操作，提高學生的自學能力和對控制系統的自主認知分析能力。

（3）和傳統的實驗手段相結合。在使用本平臺完成實驗的同時，可以結合傳統的實驗儀器進行相互驗證，這樣可以加深學生對知識的理解和記憶。

（4）考核不再僅僅依賴于答卷形式。在不同的教學時期，設計有針對性的考核內容對學生進行考核，能隨時幫助學生查漏補缺、成長進步。

4.小結

虛擬教學和實驗平臺在高職自動控制原理課程的教學中能調動學生的學習積極性，鍛煉學生的動手能力，充分發揮學生的潛力，顯著的提高自動控制原理課程的教學效果。

參考文獻：

[1]齊斌，朱永強.淺談高職“工程數學”、“自動控制原理”兩門課程知識銜接[J].科技風，2013，14：182.

[2]范振瑞. MATLAB在高職自動化專業《自動控制原理》課程中的教學應用研究[J].軟件，2013，03：155-157.

[3]劉坤，高少平，張福軍.基于GUI的自動控制原理仿真平臺[J].牡丹江師范學院學報（自然科學版），2012，02：66-67.