Flash動畫－Matlab聯合仿真技術在高職高專自動化專業 《自動控制原理》教學中的應用研究

◆摘? 要：在高職、高專院校中，《自動控制原理》這門課程是重點也是難點，實際教學工作中學生普遍存在理解難、記憶難的問題，基于此，在實際教學過程中充分應用Flash與Matlab等教輔工具已是勢在必行。本文分析了目前高職、高專院校在《自動控制原理》教學中的主要問題，整理了優化的教學思路，并重點探討了Flash與Matlab的教學優化路徑。

◆關鍵詞：Flash動畫;Matlab;自動控制原理

一、引言

《自動控制原理》作為是高等職業學院、高等專科學校最為重要的專業課程之一，涉及到設備自動化工程、電氣工程、機電工程等多個領域的專業知識，且與高等數學、工程數學、模擬電子技術等學科高度銜接，學科理論性較強，要求學生具備較強的抽象思考能力與邏輯思維能力，這也使得《自動控制原理》這門學科的學習難度較大。

基于此，各大高職、高專院校的教育工作者應當充分挖掘教材內容，調研學生實際學習情況，充分應用各類教學輔助工具，如常用的Flash與Matlab等，化抽象的理論知識為直觀的教學案例，從而在豐富課堂教學內容、提升學生學習興趣的同時，降低學生對于《自動控制原理》這門課程的理解難度，讓學生能夠更加深刻地了解該門課程的各個知識點，從而提升教學成效。

二、高職、高專院校在《自動控制原理》教學中存在的主要問題

（一）學生基礎知識薄弱、理解困難

《自控控制原理》這門課程要求學生必須具備較為扎實的數學知識、電子電路基礎知識與較強的抽象思考能力與邏輯思維能力。但由于目前我國高職、高專院校生源的特殊情況，導致大部分學生在這些知識上或多或少存在著基礎知識薄弱、思維能力欠缺的問題，這也導致學生在學習《自控控制原理》這門課程時，難以在腦海中將教師教授的抽象的理論知識有效地轉化為便于自身理解與記憶的圖像，使得學生聽不懂、學不透的問題的產生，進一步打擊了學生的學習熱情。

此外，部分學生對于《自控控制原理》這門課程的認識不足、認知程度較低，認為該門課程與后續的畢業與就業無關，便采取消極的學習態度，這也進一步加劇了任課教師的教學難度。

（二）教材內容理論知識繁雜

《自控控制原理》這門課程涉及的專業知識領域較廣，這也使得該門課程的教材內容中存在知識點密集、理論知識雜亂、缺乏實際教學案例的問題。除此之外，不少高職、高專院校因基礎設施建設不足，難以給予學生足夠的課程實踐的機會，這也使得不少學生對于該門課程主要學習方式便是教師在課堂上進行單向式的理論知識灌輸。這種缺乏實際案例與實踐經驗的教學方式，自然也使得不少學生難以深刻理解與消化本身難度較大的理論知識。

（三）教學模式、教學觀念滯后

《自控控制原理》這門課程中不少理論較為抽象，且缺少較為直觀與具體的教學案例，學生往往難以將之與現實生活形成有效聯系，從而導致其形成有效理解與記憶。而目前在大多數高職、高專院校中，不少任課教師的教學觀念較為保守，仍然沿襲著過去傳統的“一言堂”式的教學方式，未能在課堂教學中體現出學生本應具備的主體地位，使得學生只是被動地接收理論知識，難以在課堂上形成學生與學生之間、學生與教師之間的良性互動，使得整個知識的傳輸過程趨于單向式，未能形成有效地循環閉環，使得教學質量每況愈下。

三、基于Flash與Matlab等教學輔助軟件的《自動控制原理》教學優化思路

（一）創新課堂教學理念

針對上述問題，對于高職、高專院校而言，應當積極汲取創新型教育教學理念，優化現有的教學內容安排，創新教學設計，豐富課堂教學模式;對于任課教師而言，應當深入挖掘教材內容，有效地歸納與總結《自控控制原理》這門課程中較為雜亂的知識點，將這些知識點模塊化、項目化，并在課堂教學環節充分應用Flash與Matlab等教學輔助軟件，從而吸引學生的注意力，提升學生的學習專注度與參與度，并將《自控控制原理》這門課程中較為抽象化、理論化的知識點，轉化為具體而形象的教學案例，不斷提升學生對于理論知識的理解程度，進而提升該門課程的教學成效。

（二）優化教學方式

《自控控制原理》這門課程的傳統教學方式為教師手持粉筆與教材，向臺下的學生宣講理論知識，并在黑板上書寫重要的知識點，這個過程呈現出單向化的特點，未能形成施舍給之間的有效互動。隨著教育改革工作的不斷深化，不少高職、高專院校的軟、硬件設施條件均得到了大幅提升，教學輔助工具的可選擇性也日益豐富。在此背景下，高職、高專院校與任課教師通過應用這些教學輔助工具，能夠大幅提升整個課堂教學氛圍的生動性與趣味性，從而提升教學質量與效率。具體而言，教師在課堂教學過程中加入Flash動畫，可將較為雜亂的知識點優化為結構更加清晰、相互關系更加明確的結構模塊;通過使用Matlab中的SIMULINK模塊，可將抽象的自動控制系統轉化為更加直觀的可視化的建模，更加便于學生理解。

（三）注重課堂教學的實踐環節

在高職、高專院校中開展《自動控制原理》課程的終極目標是讓學生能夠充分掌握機械、設備自動化控制的原理及機理，從而能夠運用這些知識解決實際生產過程中可能遇到的各種問題與難題。因此，高職、高專院校與任課教師應當高度重視課堂教學中的實踐環節，除了組織學生進入實際生產車間中進行實地操作之外，也可通過Flash動畫與Matlab搭建起一個仿真的工作場景，讓學生通過在其中進行模擬操作，在不斷加深學生對于所學知識點的認知的同時，在一定程度上提升學生解決實際問題的能力。

四、基于Flash與Matlab的《自動控制原理》教學優化路徑

（一）通過應用Flash動畫強化學生對于知識點的理解

建模作為提升理論知識認知水平的有效途徑，對于幫助學生全面掌握、系統學習理論知識具有積極的意義。對于《自動控制原理》這門課程而言，教材內容中知識點割裂性較強，學生難以對其形成一個系統化的深刻認識。而任課教師在實際教學工作中，可通過引入Flash動畫的方式，實現教材知識點的建模，從而有效地根除這一問題。

例如，教師在講解講授《自動控制原理》第一節內容：自動控制的概念與定義以及研究范圍時，可通過制作Flash動畫的方式進行形象化的闡釋。如圖1中所示為手動控制的動畫演示，而圖2則是自動控制的動畫演示，通過分別制作自動與手動這兩段Flash動畫，使得這二者形成鮮明的對比，從而加深了學生對于自動控制概念的理解與記憶。

（二）通過MATLAB軟件優化理論教學，培養學生綜合分析能力

MATLAB是一款主要用于數據分析、圖形處理、控制系統模擬的數學軟件。對于《自動控制原理》而言，通過在課堂教學中應用MATLAB中，能夠有效提升學生對于自動控制系統各部分內容的理解。

MATLAB中的Control Toolbox與SIMULINK等模塊能夠讓學生直觀而清晰地了解到自動控制的主體結構、各個部分的具體構成、系統的運轉機理等重要內容，從而不斷加深對于相應知識點的理解與記憶。

《自動控制原理》這門課程涉及到許多圖形的研究分析，若通過人工進行繪圖，則費時費力、得不償失，而通過MATLAB中內置的強大繪圖功能能夠大大簡化繪圖工作的難度，提升教學效率。例如：任課教師在講解《自動控制原理》中的時域分析、根軌跡分析、頻域分析這部分內容時，可適度縮短這部分內容理論知識的宣講，將大部分時間留給學生進行實際操作。學生在教師的指導下，通過電腦上的MATLAB軟件繪制出具體的響應曲線、根軌跡圖、頻率特性曲線圖等圖形，并通過MATLAB上的相關功能，調整這些圖形的參數并觀測參數變化會引起圖形發生何種變化，變化原因為何，從而對于這一部分的知識形成一個更加深刻的認識。而通過MATLAB進行自動繪圖，在提升繪圖效率的同時也避免了人工繪圖誤差的產生，從而使得模擬實驗更加趨近于實際應用場景。

通過這樣的教學方式，不僅改善了理論知識的教學方式，提升了教學質量，也在一定程度上培養了學生的綜合分析能力。

（三）通過虛實結合的方式提升實驗教學成效

目前不少高職、高專院校的實際教學工作中，往往存在學生不重視教學實驗、依賴實驗指導書甚至直接抄襲試驗報告的問題。為了改善這一問題，提升實驗教學的成效，教師可采用“虛實結合”的實驗教學方式展開工作。

在這之中，“實”是指任課教師依舊維持現存的實驗教學方式，讓學生在實際環境下完成教學內容;而“虛”是指任課教師在“實”的基礎上，充分應用MATLAB的控制系統分析功能，加入仿真實驗的教學內容，讓學生根據過去學習的專業知識，進行仿真實驗。因為MATLAB所搭建的是虛擬化的應用場景，對于時間及空間的要求較低，所以學生可自行選擇實驗時間與實驗地點，從而極大地提升了學生學習的自由度，并且這種“虛實結合”的實驗教學方式也能夠有效提升學生的創新能力與綜合應用能力，從而提升《自動控制原理》這門學科的整體教學質量。

五、結語

綜上所述，《自動控制原理》這門課程因其自身特點，存在學生理解困難，難以有效地實現理論聯系實際，因此，廣大高職、高專院校及任課教師應當高度重視教學輔助工具對于課堂教學的重要意義，在實際教學工作中，用好Flash與Matlab這兩款教輔軟件，強化學生對于知識點的理解與記憶，并不斷提升學生的綜合應用能力與解決實際問題的能力，從而提升課程教學質量。

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作者簡介

趙榮妹（1983--），女，漢族，碩士，云南曲靖人，講師，主要從事高職高專自動化專業教學工作。