高职院校中《自动控制基础》课程教学探讨

张丽

摘 要：本文从课程设置、课程目标、课程设计、课程实施、考核方案与教学评价，课程特色及展望这六个方面，探讨高职院校中《自动控制基础》课程的教学。

关键词：高职 自动控制基础 课程设计

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2016）04-0038-02

自动控制技术的发展，推动各行各业的发展，应用广泛！比如在航空航天、军事、交通、工业、农业、消费类电子领域都离不开自动控制技术的运用，学习自动控制技术是适应时代发展之必须。

1 课程设置

高职教育不同于普通高等教育，它的专业设置和课程设置指导思想都是以服务为宗旨，以就业为导向。针对区域经济发展的要求，我们进行了广泛的市场调研，重点调研了长三角地区高职毕业生的主要就业岗位，需要具备的职业能力及从业资格证书等问题。通过岗位的典型工作任务，职业能力分析，归纳出职业行动领域，然后根据我系的实际教学条件，实训条件，将职业行动领域转化为学习领域，构建了《自动控制基础》这门课程，同时制定了课程标准。该课程是机电一体化专业的拓展课，共52学时左右，开设在大二的第二学期。

《自动控制基础》是一门理论性和实践性都很强的课程。它能够培养学生的逻辑能力和抽象思维能力，它包括许多工程概念和方法的学习，能够培养学生处理工程问题的能力。该课程内容丰富，发展快，具有一定的深度和难度，是普遍适用的方法论。

2 课程目标

该课程的总体学习目标是：要求学生掌握自动控制的基本概念和原理，并具备对自动控制系统进行分析、计算、设计、实验的初步能力，从理论上为后续专业课程的学习创造必要的条件，为学生将来从事机电一体化、电气、应用电子、数控专业的工程技术工作打下坚实的基础。

知识目标是：（1）掌握自动控制的基本原理及基本概念。（2）熟练掌握典型自动控制系统的组成及数学模型的建立和研究方法。（3）熟练掌握传递函数及其在系统分析中的应用。

（4）掌握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律。

能力目标是：（1）对线性定常连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力。（2）系统设计计算以及利用已掌握的自动控制知识分析问题的能力。（3）培养运用科学“方法论”和系统的理念来解决生产甚至是生活中实际问题的能力、相关实践动手能力、综合应用能力、学习能力、工作能力和创新思维能力。

3 课程设计

3.1设计理念

本门课程设计的基本理念是：以职业能力的培养为最根本出发点，坚持理论学习必须、够用为度的原则，突出应用、服务于专业。

3.2教材的选取

我们选用大连理工大学出版社郝云主编的《自动控制原理及应用》作为本门课程的教材，选用黄坚主编的《自动控制原理及其应用》和陈瑞华主编的《自动控制原理及其应用》作为参考教材。

该教材的特点是：遵循”讲透理论，重在应用“的原则，突出一条”主线“——对控制系统性能的基本要求：“稳”、“准”、“快”。注重课程的体系结构，强调自动控制的基本概念，基本原理和基本分析方法，内容精炼，重点突出，不纠缠推导细节。在理论完整的前提下，内容深入浅出，注重能力的培养，帮助学生树立工程意识。为便于学生的学习和对知识的理解运用，各章都配有典型例题，不同层次的习题和答案，使学生能真正掌握知识点。注意将传统控制理论与计算机的应用相结合，引入了风靡世界的Matlab软件，不仅介绍了软件在控制系统的辅助分析和设计时

的编程方法，还结合仿真结果进行分析。

3.3授课内容

本门课程的教学重点、难点是：控制系统数学模型的建立；控制系统的时域和频域分析。

笔者对于重点、难点的处理包括：（1）传统的讲解法。采用板书和讲解相结合，注意讲解节奏适度，使学生有时间思考和记笔记，教师与学生直接交流，反馈信息直接，是学生从小到大习惯，教师具有丰富经验的教学方式，容易得到发挥，应该继承和发扬。比如，使用在传递函数的讲解和结构图的化简中。（2）案例教学法。例如，在讲解控制系统的结构框图的画法时，笔者结合生活中汽车驾驶的实例，带领学生建立汽车驾驶控制的结构框图，激发学生的学习兴趣。在讲解控制系统的闭环负反馈概念中，笔者结合身边的实例，家里的全自动洗衣机在放水后不能自动运行，问题出现在哪里？是不是电路的内部发生了故障？引发学生展开讨论。（3）Matlab教学仿真：例如在第三章控制系统的时域分析中，我让学生通过将单位阶跃输入不同的自动控制系统，观察输出波形，得到不同系统的性能指标。

4 课程实施

笔者对于本门课程的总体设计安排是：（1）重视理论教学。课堂讲授中注意基本概念与基本方法的介绍、注重理论联系实际，结合工控领域中大量控制系统的实际项目进行分析，提高学生分析问题的能力；（2）根据教学内容适量安排习题课，组织学生开展讨论，通过对典型例题的分析，提高学生分析和解决问题的能力；（3）充分利用学校机房、实验室相关设备，让学生独立完成实验，提高其动手能力；（4）动员学生积极参加课外科技制作，如：数学建模、电子制作、机器人大赛等，综合运用自控原理、电子技术等相关知识解决实际系统设计中的问题，从而实现了理论与实际、课内与课外、传授知识与创新思维能力培养的有机结合。

下面就第二章的第一节微分方程的建立这一次课来说明笔者的教学组织。微分方程的建立是学习控制系统的数学建模的第一道难关。将现实生活中的各种实际情况进行抽象对学生的逻辑抽象表达能力要求较高，而学生的基础起点低，可能在高数的学习过程中已经产生了对微分方程的畏难情绪，不能够准确理解微分方程的物理意义。所以在教学方法的策略上，我运用了人类的认知规律，从“知其然”出发，把启发式教学贯穿于整个教学过程，通过探究性实验或多媒体仿真，把抽象的理论知识难度降低，达到突破难点，帮助学生化难为易，去寻求其所以然，从而达到“知其然”又“知其所以然”的完美效果，让学生轻松愉快充满信心地完成学习。

本次课共分为6个教学步骤：（1）复习回顾导入新课（5分钟）让学生回顾电阻和电容上的伏安关系，换路定则。建立数学模型的方法：解析法和实验法。让学生首先通过实验法对一阶RC电路进行测试和分析。（2）一阶RC电路测试分析（30分钟）实验中每4人分组，学生可以通过搭建物理电路或仿真电路来进行测试，改变电路中电容和电阻以及输入方波的周期，观察输出波形的变化，得到初步的结论。然后教师带领学生进行一阶RC电路工作原理总结。（3）一阶RC电路工作原理总结（10分钟）当电路的充放电时间常数远远大于二分之一矩形波的周期时，从电容两端输出的电压与输入电源电压之间呈积分关系。引发学生进一步展开讨论。（4）课堂讨论（列写和求解微分方程）（20分钟）微分方程列写步骤：确定输入、输出变量；列写各部分微分方程；消除中间变量；求解微分方程。在电路的求解过程中安排答疑时间，目的是为了检查学生的学习效果，并且顾及那些在课堂中不善于发言或不善于表达的学生，对这部分学生进行启发性提问，从而让每位学生都能参与到活动中来，体会到学有所用的乐趣。（5）小结（10分钟）通过以上几个教学环节，总结建立RC电路模型需要知道电路中各个元件上的伏安特性；合理确定电路元件参数；根据电路的物理规律按照一定的步骤列写方程；运用拉式变换求解方程。（6）布置课外作业（5分钟）学生通过利用网络资源，查找资料，建立第一章已接触过的自动液位控制系统的微分方程。

5 考核方案与教学评价

根据学校对考查科目的考核要求，本门课程期中成绩占30%，平时成绩占40%，期末成绩30%。平时成绩包括：课堂考核，课后作业，单元测验。本门课程的教学评价有：校内督导评价，同行专家评价，教师自我评价，学生评价。

6 课程特色及展望

6.1特色

在教学过程中将理论教学和实验教学相结合，实验教学中又将仿真实验和物理实验相结合。运用Matlab中的Simulink环境，可以完成抽象概念和理论的验证，通过逼真的动画形象大大提高学生的学习兴趣。另外，学生还可自主的完成从系统模型搭建、系统分析到系统性能验证的全过程，了解各模块之间的相互作用，使实践环节变得轻松，不受时间和地点的限制。

6.2展望

我们可以适当增加实验课时，在实验室添置自动控制综合实验设备，并且以具体系统对象为主线和核心开展教学，同时，在课后安排学生和教师到相关岗位实习和学习。