應用型人才培養的自動控制原理課程教學改革

楊延麗

摘 要：自動控制原理是工科專業的重要專業基礎課，為了順應當今工程應用型人才培養的大趨勢，需要通過對傳統課程進行教學改革，才能培養出具備一定工程應用能力的人才。通過對自動控制原理課程的新需求進行分析，提出了自動控制原理課程教學改革的方向，通過理論教學與工程實際相結合、MATLAB仿真軟件引入課堂以及實驗教學環節改革等三個方面進行課程教學改革，能夠有效地改善傳統課程中學生只會做題而不會實際應用的缺點，培養學生活學活用的能力，使得學生稱為適應社會實際需求的應用型人才。

關鍵詞：《自動控制原理》 工程應用型 教學改革 MATLAB

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0160-02

隨著現代工業的發展，產業結構的不斷優化，無人化工廠、智能制造已經稱為未來的發展趨勢。在這一發展過程必然離不開自動控制技術的發展，培養適應社會快速發展的工程應用型人才的需求愈加迫切。

應用型人才就是把成熟的技術和理論應用到實際的生產、生活中的技能型人才。應用型人才通常工作在生產的第一線，有一定的實踐積累，能夠指導并解決生產過程中的重要技術問題，同時具備設計和研制新產品、新工藝、新設備的綜合性能力[1]。普通高等院校通過與相應的企業合作，在培養人才的過程中與企業進行有效對接，了解企業需求，培養更多具備專業化知識結構和實踐背景的工業化發展急需的應用型人才。此外，企業尋求高校解決生產過程中的瓶頸問題，這些問題可以作為課題在促進企業技術更新的同時，也為高校培養出具備科研能力與生產實踐能力的教師隊伍。

自動控制在任何工程和科學領域都是不可缺少的，在航空宇航、機器人系統、現代制造系統、各類武器系統以及任何工業操作過程中，自動控制都是其重要的組成部分，因此作為未來的工程技術人員及科研人員，都必須熟悉自動控制原理的理論與實踐知識。目前的課堂教學過程中，往往更注重理論知識的傳授，而忽視了工程物理背景和實踐積累，因此，需要在未來的教學中增加實踐知識的講授，特別是與企業的具體需求相一致，使得學生從事相關行業后，能夠快速勝任專業相關工作，快速成長起來。自動控制原理作為工科專業的重要專業基礎課，課程的教學改革當以培養應用型人才作為根本的出發點，通過對課程的教學改革，培養學生分析問題解決問題的能力，真正將所學的原理應用到實踐中，解決生產生活的實際問題，成為真正的應用型人才。自動控制原理課程的教學改革主要從理論教學與工程實際相結合、MATLAB仿真軟件引入課堂以及實驗教學環節改革等三個方面進行。

1 理論教學與工程實際相結合

將自動控制原理與工程實際相結合是改革發展的必然，是教學改革的重點[2-4]。

《自動控制原理》作為自動化專業的核心課程、工科的重要課程，其教學過程和實踐將直接關系到學生對自動控制技術的認知及能否掌握應用更多先進的控制技術，因此如何教授好該課程使學生對自動控制真正產生興趣并學有所得具有重要意義。《自動控制原理》課堂教學主要內容：自動控制系統建模，主要包括機械系統、電系統、液壓、氣壓等流體系統的模型建立，由微分方程、傳遞函數到系統的時域、復數域、頻域的分析方法等理論知識。討論控制器設計（PID控制、PD控制等）、系統的校正等基本原理和方法，使學生能夠從理論上認識和理解自動控制的內在機制，培養綜合性分析和解決問題的能力。該課程涵蓋內容較廣，理論性極強，要求具有良好的數學基礎，因此教學具有一定的難度。對于不同層次的學生，對于理論的講授要求也不同。隨著高校課程的改革，學時縮短，在短時間內講授理論性強的課程需要有所取舍，更多強調學生會用所學原理進行實際的系統的分析。因此理論教學與實踐教學相結合具有重要意義。

在實際教學過程中，鼓勵學生積極參與實際項目，工程實際的項目或題目可以是企業的相關項目，可以是教師的科研項目。在教師的指導下，直接參與資料搜集、方案制定、系統設計和軟硬件調試的過程。如某發動機上的一個活門，作為一個簡單的機械-阻尼器-質量塊系統，通過啟發引導學生從建模開始，推導出系統的傳遞函數，進行系統的性能分析，并結合仿真計算，如利用MATLAB進行模型搭建、階躍響應分析，分析系統的關鍵參數如彈簧剛度、質量塊的質量、甚至閥芯閥套上型孔的形狀和大小對系統性能的影響，給出工程上的改進方向。這是一個工程實例完整的建模分析過程，通過引導學生自主去解決這些實際問題，更能夠使其所學的知識學有所用，激發學生的興趣，引導學生從實際出發去分析解決問題，可以快速地促進學生的成長。

2 MATLAB的應用

目前，在實際的工程科研項目中，MATLAB軟件在系統設計時應用較為廣泛，尤其是航天航空領域，主要用于系統建模、控制系統的設計。由于MATLAB軟件在對控制系統進行頻域分析方面存在優勢，增加MATLAB的仿真內容，不僅能夠通過軟件計算驗證所學知識的正確性，而且可以很直觀地觀察到系統參數變化對系統性能的影響。MATLAB的SISOTOOL更是進行控制系統設計的有效工具，通過MATLAB控制系統仿真過程中的模型搭建、系統參數修正、性能分析，較好地鍛煉學生應用該門學科的能力，也為后續從事控制系統的設計打好堅實的基礎，使學生感受到控制理論的魅力，深刻理解了學以致用的意義[1，3]。

3 實驗教學環節改革

現行開設的實驗均為傳統的驗證性實驗，對培養學生的實踐能力略有不足。實驗所使用的設備為模擬電路工具箱，其內包含各種封裝好的模擬器件，學生在實驗的過程中只需要連接相應器件即可搭建模型，經由示波器觀察實驗效果。這些實驗內容均以驗證性為主，不具有拓展性，也無法真正鍛煉學生的實踐動手能力，對于加深理解控制系統及其典型環節收效甚微。針對傳統的實驗教學內容，可通過建設專門的虛擬實驗室、增加設計性和綜合性實驗來解決。綜合性實驗是指實驗內容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關課程知識的實驗，培養學生歸納整理的能力及運用所學知識和方法建立新方案的能力，使學生的實驗與創新能力得到全面鍛煉，科學的工作態度和創新精神得以培養。通過綜合性的實驗使得學生能夠自主地利用圖書館資源、網絡資源，提出自己的實驗方案，并親自通過現場調試來驗證，最后對結果進行分析、總結。此過程能夠加強對學生基本工程實踐能力培養，獲得較好的教學效果。

4 結語

本文所提教學改革能夠更好地激發學生的興趣，調動其學習的主動性，充分掌握理論知識，并且培養較好的仿真分析能力，具備分析和設計實際系統的能力，為后續的工程設計打下較好的基礎。

參考文獻

[1] 段納，王世進.自動控制原理課程探究式教學方法研究 [J].消費導刊，2017（22）：71-72.

[2] 王喜蓮，林飛.“自動控制原理”課程教學探索[J].電氣電子教學學報，2015，37（4）：29-31.

[3] 張玉葉.“自動控制原理”課程中的細節教學[J].電氣電子教學學報，2014，36（3）：68-70.

[4] 郭愛文，周洪.“自動控制原理”課程教學改革探討[J].電氣電子教學學報，2014，36（1）：11-12.