浅论高职自动控制原理课程的改革实践

王红琰　安英会　黎　宾

[摘要]应用SIMULINK仿真，采用“任务驱动”项目教学法对高职火电厂生产过程自动化专业的自动控制原理课程的教学内容、教学方法、教学过程的组织实施以及考核方式进行改革，可使该课程更具有专业针对性和学生参与性，有效提高教学效果。

[关键词]SIMULINK仿真“任务驱动”课程改革

自动控制原理课程是自动化相关专业的核心课程之一。自动化技术已应用于现代工业的各个领域，针对不同工业领域，其自动化理论又各有不同，例如电力工程自动化偏重于频域分析，而电厂生产过程的自动化则偏重于时域分析，几乎不涉及频域的问题。对于高职教育来说，为了使理论更贴近生产实际，使自动控制原理课程在不同专业更具有针对性，就应打破以往的教学习惯，采用更有专业针对性，更符合高职教育特色的教学方法。

“任务驱动”的项目教学法是建构主义理论中的一种教学模式，是将所要学习的新知识隐含在一个或几个任务之中，学生通过对所提的任务进行分析、讨论，明确它大体涉及哪些知识，在老师的指导、帮助下找出解决问题的方法，最后通过任务的完成而实现对所学知识的意义建构。它是真正实现“职业教育”这一高职教育目标的教学方法。把“任务驱动”的项目教学法应用于高职自动控制原理的教学中去。必将使以往枯燥的理论教学变得形象生动，收到良好的教学效果。本文着重介绍高职电厂生产过程自动化专业的自动控制原理课程改革实践，探索适合高职教育特色、体现专业特点的自动控制原理课程教学方法。

一、课程改革的内容

热动专业的生产过程自动控制理论分析主要采用自动控制理论中的时域分析法，而自动控制理论中较为复杂的频域分析在该领域很少涉及。鉴于高职生的接受能力以及学生的专业特点，该课程的改革将首先在教学内容上进行改革；然后在教学手段上采用SIMULINK仿真的实训环节增加整个教学过程的实践性，以提高学生理论学习的积极性；在教学过程的组织实施上，采用分阶段的“任务驱动”的项目教学使教学内容更具层次性，并且更系统化；最后在考核方式上加入对实训环节的考核，实现对学生的综合素质的考核。

(一)教学内容的改革

改革后的教学内容分为四大部分：控制系统数学模型、时域分析法、工业控制器、自动控制系统设计实例。其中，控制系统数学模型、时域分析法作为重点，而频域分析作为了解性内容，只要求学生知道有此种方法同样可以对控制系统进行各种特性的分析；控制系统的校正则重点讲解工业控制器的控制规律。前三部分是自动控制的基础理论，最后一部分是自动控制原理的应用，应用方面则会选择电厂中的汽包水位控制系统为例，进行系统设计和分析。

改革后的自动控制原理课程最终将服务于热工自动控制系统。在自动控制原理课程中适当渗透一些热工自动控制系统的内容，将使学生在后续课程的学习中得到启发，更符合于一体化课程体系的教学要求。

(二)教学方法的改革

目前，自动控制原理课程的教学方法主要有以下几种：一是传统的教学方法，即“粉笔+黑板”。繁琐的公式推导、系统分析等均是建立在人算基础上。该种方法对老师的教、学生的学两方面都有很高的要求，一般少数本科教学中仍在采用。二是“理论+实训”。随着科学技术的发展，自动控制理论也可以借助现代化的手段丰富教学，不少院校开始尝试应用MATLAB编程的手段对自动控制理论进行仿真，极大地提高了学生的学习兴趣，但应用MATLAB软件主要是应用编程语言来实现仿真，对于没有任何编程基础的学生来说，势必增加了编程方面的难度，除了自动控制基本理论外，繁琐的编程语言成为学生学习的另一障碍。

自动控制原理课程改革将继续汲取第二种教学方法的优点，采用“理论+实训”的教学方法，但是仿真手段全部采用SIMULINK仿真，充分发掘SIMULINK的仿真功能。基于图形化的仿真，不需编程，只需拖动图形化模块，设定初始条件就可进行仿真。实训的目的是为了加深理论学习，采用简单易学的工具，可使学生把尽可能多的精力应用到自动控制理论的认识学习中，而不是投入到软件的使用上，这样更符合教学目标。

(三)教学过程的组织实施

采用“任务驱动”的项目教学法，其实质是把整个教学过程分成若干个任务，知识点蕴含其中，任务的顺利完成就代表着知识的掌握；针对学生的专业特点——热电厂的生产过程自动化，可将教学过程分为几个阶段，每个阶段完成相应的任务。

阶段一：认识自动控制的基本理论。包括典型输入信号、典型环节、一阶二阶系统的时域分析，稳定性分析和误差分析等，通过此阶段可让学生从自动控制的角度去理解现场的自动控制系统。这些基本理论应先作理论讲解，然后SIMULINK仿真，通过仿真验证各种结论。

阶段二：认识并掌握工业常用PID控制器的控制规律和参数整定方法。这是自动控制原理学习中新增的关键环节。对于电厂自动控制系统来说，几乎所有的控制系统都采用了PID控制器。控制器是工业控制的核心，它的控制原理和参数整定至关重要，学习自动控制原理的目的就是掌握控制器，因此，本阶段的任务就是使学生掌握PID控制器的控制规律和参数整定。本阶段的教学主要通过仿真实训来完成，应用SIMULINK构建PID控制器模型，对PID控制器的控制规律和参数整定进行仿真。

阶段三：设计汽包锅炉的水位自动控制系统。该门课程的最终目标是学生能够自己设计和调试一个实际的生产过程自动控制系统，汽包锅炉的给水控制系统是电厂中典型的自动控制系统，让学生设计汽包水位的自动控制系统并调试运行。一方面可使学生对自动控制原理中的基本理论进行综合运用；另一方面，实现理论与实践的完美结合。可激发学生的学习兴趣。这一阶段的任务是仿真设计和调试汽包水位控制系统。电厂中通常采用单级单冲量和串级三冲量两种控制方式相结合的策略，学生通过该系统的仿真设计和运行结果分析，可深刻理解两种控制方式的异同及各自的控制特点。采用SIMULINK仿真后，抽象的控制指标可以清晰地反映在仿真曲线上，以往枯燥的理论学习变得生动有趣，由此极大提高了学生的学习积极性，并全面巩固了学生对自动控制原理的基本理论。

(四)考核方式的改革

改革传统的考核方法。在考试方式上，以往考核都是凭借期末考试一张试卷来评价学生的学习情况。面对素质教育的要求以及社会对培养高素质创新型人才的需求，学校必须改革应试教育的模式，强调和加强学生综合能力的培养。将考试成绩分为“平时成绩+考试成绩+实践成绩”。平时成绩占20％，主要包括学习态度、课堂出勤率、答疑情况、学习的主动性、完成作业情况等；实验成绩占20％；包括做实验、上机、实验报告完成情况及运用所学专业知识解决问题的能力等；考试成绩占60％，为了客观评价教学效果，命题采用A、B卷的形式，多种题型，增加覆盖面。教学实践表明，改革后的考核办法对教师和学生都具有促进作用，有利于教学水平和教学效果的提高。

二、教学效果

自动控制原理课程是高等院校自动化及相关专业的一门重要的专业基础课，教学内容抽象，学生不易掌握。因此，实验教学效果的好坏对学生掌握基础理论知识，提高学生学习兴趣，以至提高整个课程的教学质量都起着非常重要的作用。

通过采用SIMULINK仿真技术进行模拟仿真实验教学，能够把控制系统的抽象概念、动态过程形象地表现出来，便于学生理解掌握。在实践教学中，充分发挥模拟仿真技术的优势，正确处理模拟仿真技术在实践教学中的地位，既加强学生基本功的训练，又提高了学生的学习兴趣，加深了基本理论知识的掌握，取得了良好的教学效果。

通过SIMULINK仿真实验，学生掌握了运用计算机进行系统分析设计的基本方法。计算机对结果显示的直观性、准确性和形象化，对学生更深刻准确地理解、掌握和运用课程内容起到了积极的作用，提高了教学效果，受到学生的欢迎。

综上所述，自动控制原理课程是自动化相关专业的专业基础课，不同专业自动控制理论应用不同。对于电厂生产过程自动化专业来说，需要自动控制原理课程的教学内容更具针对性，教学方法更丰富，教学组织上更系统化。在教学改革中，对教学内容、教学方法、教学过程三个方面进行改革，适当增加SIMULINK仿真的实训环节，采用“任务驱动”项目教学法对教学内容进行组织实施，可大大提高学生的学习兴趣，改善学习效果。对老师而言。也使其从以往的理论推导中解脱出来，用仿真来验证结论，激发了学生的学习主动性。有效提高了教学效果。使高职自动控制原理课程的教学更贴近生产实际，符合高职教育的培养目标。

(责编黎原)