应用型大学建设背景下“自动控制原理”教学改革探索

盛桂敏，王春红，曲曰阳

（绥化学院　电气工程学院，黑龙江　绥化　152000）

应用型大学建设背景下“自动控制原理”教学改革探索

盛桂敏，王春红，曲曰阳

（绥化学院电气工程学院，黑龙江绥化152000）

工程实践必须具备自动控制理论知识，而控制理论的学习理论性强，难度大，传统的教学存在教学枯燥，与实践脱节等问题，因此，本文提出了多媒体与板书结合教学，比较式与启发式教学结合，验证性实验与应用性实验相结合的方法，改善了传统的教学，实现理论与实践相结合.通过考核检验了教学效果，提高了教学水平.

自动控制原理；实践；教学手段

1　引言

自动控制在工业化社会发展中，起着举足轻重的作用.高校大多数工科专业都开设自动控制原理课程，根据高校发展方向以及专业的差别，对自动控制的掌握程度也不同.绥化学院自转型发展以来，注重学生的实践能力、创新能力的培养.对自控控制的实际应用有了更高的要求.传统的教学满足不了专业实践的要求.因此，迫切需要对自动控制原理的教学进行改革.

2　课程特点及教学存在的问题

（一）课程的理论性强，概念多，需强大的数理基础作为铺垫，同时需要电路分析，模拟电子电路等专业课程，我校开设自动控制原理在大三上学期，对于二本的学生来说，需要的专业基础知识多，难度大.

（二）图形分析法多，教学中板书画图形耗时，费力，占用了部分教学时间.教学进度受到影响.

（三）应用实践性强［1］.自动控制系统理论来自实践，系统的理论教学则依靠板书，实际系统是在教师讲述，学生想象完成，理论和实践出现严重脱节.

3　解决方法

3.1教材选择

我校转型发展以来，注重实践能力培养，课程的理论性、概念性可适当弱化，增加实践操作部分的训练.为此，我校采用的是高等教育出版社出版，由黄坚主编的《自动控制原理及其应用》的教材，该教材增加了matlab仿真及实际系统应用举例部分，对于系统的实践性有了更深的认识［2］.

3.2教学手段

1.多媒体与板书结合教学

连续的自动控制原理分析方法主要是解析法，根轨迹法和频率特性法.其中，解析法要求精确，有强大的数学推导，该部分教师要利用板书详细推导，得出结论，方便同学们思考，记笔记；而复杂的系统靠解析法是不行的，因此，根轨迹法和频率特性法则是以图形分析为主的，但是图形的分析，利用板书画图占用了大量的教学时间，这部分的学习，主要采用多媒体教学方式，课件的演示简单，生动，教学上既可以节省设计，又使得同学们有更直观的感受.

2.比较式教学与探究式教学结合

本课程的各种分析方法，是从不同的角度解决系统的性能，各种分析方法之间存在着一定的联系.同学们在学习过程中，常常把知识点混杂，导致学习效果变差，无法正确利用知识解决实际问题［3］.因此，教授过程中，采用比较式教学法，将各种分析方法归纳，总结，对比，建立起各种方法之间的联系，使同学们脉络清晰的掌握控制原理的基本知识.例如，控制系统的性能分三个方面：稳定性，快速性和准确性，而稳定性是系统正常运行的前提，控制系统的分析方法主要是时域分析法，根轨迹分析法，频域分析法，各种分析方法又对应着利用开环传递函数和闭环传递函数分析，三种方法归纳系统稳定性如表1所示：

表1　三种稳定性分析方法对比

探究式教学，也即启发教学，不断为学生设问，引发大家的思考，让学生进行探索，找到解答方法.学生在学习的过程中，积极参与进来，学习的积极性得到提高，同时也锻炼了学生的独立思考和自学的能力.例如，分析给定控制系统的性能，如何进行改进？系统的动态性能，稳态性能都与什么有关？分析讨论时具体的实施方案，得出结论.

3.设计系统实验教学与电子实训实践结合

（1）理论知识的理解和运用，要靠实验来检验［4］.因此，我们增加了实验教学环节，学生可以通过自己设计系统，并在实验箱进行模拟，连接硬件电路，通过观察不同参数下系统的输出结果，分析系统的性能.例如，对于系统稳定性的分析，可以设计一个三阶系统，硬件电路如图1所示，系统放大倍数为K=5时的响应曲线如图2所示，图3为系统放大倍数为K=10时的响应曲线，图4为系统放大倍数为K=20时的响应曲线，由响应曲线可以看出，系统稳定与放大倍数有关，系统稳定的条件是0＜K＜10.

图1　三阶控制系统原理图

其开环传递函数为：

系统的响应曲线如图所示：

图2　系统K=5时的响应曲线

图3　系统K=10时的响应曲线

图4　系统K=20的响应曲线

（2）电子实训

控制理论是设计系统必备的理论知识，我校的电子实训中心，为同学们开设了一个平台，学生可以在这里设计实际的控制系统，同时，任课教师也深入实训中心，与学生一起对系统的控制部分进行调试，帮助学生解决实在的问题.同学们根据自己的作品进行参赛，大家进行交流，提高对控制理论的理解.

4　考核检验

教学效果的好坏，要通过一定的考核来检验.以我校为例，2015年度的考核多样化进行［5］，具体的考核方式为：平时成绩+阶段性测试+答辩+实验操作四个部分.其中，平时成绩占20%，章节测试占50%，答辩成绩占10%，实验成绩占20%.图5和图6为2014年（12级电气2班）与2015年（13级电气1班）改革前后的考核成绩对比图，两个年级的学生人数均为45人.

图5　12级和13级自控成绩对比图

图6　自控各分数段人数分布柱形对比图

在实践中，我校同学参加的2014年全国电子设计大赛，荣获得全国电子设计大赛一等奖.

5　结论

学校的转型发展，要求自动控制理论的实践性越来越强，理论知识不能用实践来检验也是教学的弊端.教学改革势在必行，因此，调动一切教学手段，利用网络资源，现代教学技术，调整教学方式，增加比较式教学，实践教学，用实践来巩固理论，同时用理论来指导实践.形成规范的教学手段，推动教学改革.

〔1〕刘荣荣.《自动控制原理》课程教学方法探讨［J］.大众科技，2007（10）：182-183.

〔2〕黄坚.自动控制原理及其应用［M］.北京：高等教育出版社，2004.98-110.

〔3〕夏静萍，王瑛.自动控制原理实验教学探究-基于实物命题的递进式教学法［J］.实验室研究与探索，2013，32（12）：184-189.

〔4〕王肃青.应用型本科院校“自动控制原理实验”教学改革的探索与实践［J］.实验室科学，2014，17（1）：104-109.

〔5〕张弘强，王春红.电子信息工程专业课考核改革的探索与实践［J］.韶关学院学报，2015，36（8）：87-90.

G642.0

A

1673-260X（2016）10-0258-02

2016-06-22

绥化学院教育教学改革项目（JJ20140242）