高职《自动控制原理与系统》课程改革与思考

杨惠

摘 要： 《自动控制原理与系统》是电气类专业的一门综合性专业课程，该课程内容丰富、理论性强，并且和工程联系紧密。但是该课程在高职电气专业中开设效果不太理想。为了提高学生的学习积极性、保障良好的教学效果，本文针对高职学生特点，分析存在这些问题的原因，并提出一些改革措施。实践表明，这些改革措施不仅提高了学生的学习积极性，提高了学生分析问题和解决问题的能力，而且培养了学生的工程技术能力和創新能力，保障了良好的教学效果。

关键词： 高职;学生;自动控制;改革;MATLAB

随着科学技术的发展，自动控制技术已成为当今世界的前沿技术，在航空、航天、交通、工业等领域都有很重要的应用。作为高职电气工自动化技术专业学生，在将来工作中都会接触自动控制技术，而控制技术的基础是控制理论，没有先进的控制理论就没有先进的控制技术，因此，学好自动控制理论很有必要。《自动控制原理与系统》是一门理论性和实践性都很强的专业基础课程，是高职电气自动化技术专业的重要专业课之一，该课程分为上篇和下篇，上篇是“自动控制原理”部分，主要分析理论，下篇是“自动控制系统”部分，主要分析自动控制系统的运行及改进等。通过这门课程的学习，主要培养学生设计控制系统、分析控制系统以及工程实践和创新的能力。这门课程的特点是内容丰富、知识面广、理论性强，想学会这门课需要有很好的高等数学、复变函数以及电工等专业基础，而高职学生基础薄弱，学习主动性差，加上这门课理论性强，内容枯燥乏味，这就造成高职院校开设这门课程的效果不好，许多高校电气自动化专业甚至取消开设这门课程。传统的教学方法和手段已经不适合高职教育的现状，针对高职学生的特点，在教学过程中对《自动控制原理与系统》课程进行改革和探索很有必要。

一、课程教学现状分析

（一）学生基础薄弱

《自动控制原理与系统》是高职电学类专业的专业基础课程之一，该课程综合性很强、理论性很强，学好本课程除了需要扎实的数学基础外，还需要有电工、电子、电机、电力电子等学科的基础知识。而高职学生大部分高中数学基础薄弱，学习自主性差，大一开设的高等数学、电工、电子等课程知识掌握不扎实，不擅长学科之间的交叉应用，而该课程综合性比较强，辅助课程基础薄弱直接影响该课程的学习效果[1]。比如，在讲授频域分析法的时候，还需要用到高等数学、复变函数等相关知识，学生对复变函数不了解，就无法写出系统的频率特性方程，无法理解频率特性、传递函数、微分方程之间的关系[1]。一部分学生对老师课堂上讲授的知识无法完全理解，课下又不去复习，从而造成学生从心理畏惧这门课程，认为很难，自己学不会，甚至放弃学习这门课的想法。

（二）课程内容多，学时不够

我院本课程教学计划为64学时，主要包括自动控制的基本概念、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的时域分析法、频域分析法、控制系统的校正以及直流调速系统、双闭环直流调速系统、直流可逆调速系统、直流脉宽调速系统等内容，课程理论内容多而课时少，加上学生的数学、电工、电子等基础薄弱，还需要给学生补充微积分、复变函数、拉普拉斯变换等内容，这就造成上课进度快，每节课教学内容多，学生无法消化吸收本节课内容，教学效果不好。

（三）理论教学与实践教学相脱节

《自动控制原理与系统》这门课程是一门综合性比较强的课程，该课程概念公式比较多，逻辑性要求比较高，目前主要的教学方法是板书或者PPT讲解，注重理论知识的推导，教学过程中以老师为主导，学生的积极性不高。高职学生的动手能力比较强，但对理论知识的主动学习能力比较弱。学生看到抽象的概念公式，没有实际动手操作，容易对课程失去学习兴趣，造成上课不听，课下不去复习的现象;在实践环节的教学中，实验主要是对结果进行验证，而让学生自己的设计的实验很少，学生的创新能力和动手能力无法提高，分析能力和解决问题的能力无法培养，与高职高专学生培养的目标相违背。

二、教学内容及方法改革措施

（一）理论联系实际，激发学生兴趣

在教学过程中，注重理论知识和实际生活的联系，以及本课程同其他专业课程的联系，让学生认识到本课程在高职电气自动化技术专业中所处的重要地位，以及在以后升本、考研或者工作中的重要作用，让学生从心里重视这门课程，从而提高学生学习的主动性和积极性。比如，在第一章，我们通过动画和图片的形式向学生展示自动控制技术在航空、航天、交通、工业、家庭中的应用，把课程的学习和未来就业联系起来，让学生了解本门课程在实际生活中的应用广泛以及学好本门课程的重要性;结合目前工业4.0概念的提出以及人工智能的发展，向学生介绍智能工厂、智能家电和智能机器人等应用，从而让学生了解自动控制技术的实际应用和发展趋势，激发学生的学习兴趣;给学生介绍本课程和其他课程的联系，比如，在讲控制系统的校正时，我们可以联系前面学过的电工、电子技术等课程，让学生知道本课程在整个专业课程体系中所占的重要作用，从而提高学习的主动性和积极性。

（二）采用项目化教学，培养工程能力

在教学过程中，把理论教学和实际工程应用相结合，根据企业的需求，采用项目化进行教学，要求学生完成和本专业岗位相关的任务。比如，把本课程分为若干项目，结合直流电机调速系统，要求学生通过本门课程的学习完成直流电机调速系统的分析和调试，在每一个项目中，分别要求学生会建立直流电机调速系统原理框图和数学模型、会对直流电机调速系统进行时域分析和频域分析，以及会对直流电机调速系统性能指标的校正，从而在项目化教学中使学生掌握本课程的基本概念和原理，并且会用计算机对控制系统进行建模、分析和校正等。

（三）精选教学内容，强化重点，淡化数学推导

由于该课程内容多课时少，按照高职学生人才培养方案的要求，根据教学大纲，适当精选教学内容，突出重点。在授课过程中，挑选每章重点内容进行讲授，比如传递函数、劳斯稳定判据、伯德图绘制、系统校正等重点知识，对于一些纯理论的知识者、复杂计算的内容或者大纲要求了解的知识，少讲或者不讲[2]。在计算推导时挑选简单的例题进行推导，在保证控制理论内容严谨的前提下，淡化数学推过程，增加实例进行分析[3]。在对概念、原理和分析方法进行讲授过程中，采用项目化教学的方法，围绕建模、分析和应用展开进行教学，重点给学生讲思路、方法，降低对学生数学推导和计算的要

（四）多媒体技术与 MATLAB 工具相结合

课堂上，给学生讲授知识点时，配合一些动画或者动态图，比如在直流电机调速系统中，配合直流电机调速的动画，把一些抽象的知识形象的展现在学生面前，加深学生对知识的理解和掌握。课堂上配合MATLAB软件进行仿真。MATLAB软件在本科中用的比较多，但是在专科中应用的比较少。在课堂上把MATLAB和教学内容相结合，比如对二阶系统进行动态响应分析、判定系统稳定性、乃奎斯特图、伯德图的绘制、直流调速系统的分析等，都可以通过MATLAB/Simulink进行仿真，学生通过观察参数的变化来分析系统的稳定性、快速性和准确性，把控制理论内容形象的展示出来，给学生留下深刻的印象，保证更好的教学效果。

（五）增加M ATL AB仿真实验教学环节

在每一章节学完后，都有一节上机课，配合项目化教学进行，让学生亲自动手操作，仿真MATLAB，完成实验建模、设计。比如，在MATLAB中解决拉氏变换和反拉氏变换;绘制系统时域阶跃响应曲线;解决系统稳定性问题;通过简单的程序绘制系统的伯德图和乃奎斯特图，并且判定系统的稳定性，求取稳定裕度;实现PID仿真以及串联校正等。MATLAB软件操作界面简单、灵活，节约时间，得到的曲线逼真，并且可以随时改变参数，通过参数的变化来观察对系统的影响。上机课调动了学生的学习积极性和主动性，课堂氛围活跃，培养了学生的动手能力、实践能力和创新能力。

三、考试改革措施

学院本课程为考查课，在之前的考试中，都采用闭卷的方式进行考试。学生期末成绩 = 期末考核成绩（40%）+平时出勤（10%）+平时考核成绩（50%）。为了和课程改革相配合，更好的考核学生的学习效果，期末考试除了闭卷考试外，增加了MATLAB上机操作考试，其中闭卷考试和MATLAB上机操作考试各占一半，共占期末成绩的40%。闭卷考试和之前的考试差别不大，主要考查学生对基本概念、原理的理解和掌握情況;上机考试主要考查学生在MATLAB环境下对控制系统的建模、分析和设计能力。平时考核成绩，除了平时作业完成情况，增加项目化任务学生完成情况。通过这样的考试方式，可以调动学生平时学习的积极性，培养学生分析问题和解决问题的能力。

四、结语

在《自动控制原理与系统》课程的教学与改革探索中，结合高职学生特点，从学生实际情况出发，分析了我校在讲授这门课程中所存在的问题，探讨存在这些问题的原因，并提出改革措施。在最近几年的教学过程中，本文所提出的方法已经实施并且达到了良好的教学效果，不仅提高了学生的学习兴趣和学习积极性，让学生从被动的接受知识变成主动分析、思考，而且把工程实例引入课堂，提高了学生未来就业的竞争力，达到了良好的教学效果。

参考文献

[1]李蓉娟.高职院校《自动控制原理与系统》教学改革的探讨[J].智库时代，2017（16）：122+298.

[2]薛邵文.高职《自动控制原理》课程教学改革探究[J].泸州职业技术学院学报，2014（03）：33-38.

[3]张坦通.高职《自动控制原理》课程教学改革与探索[J].信息与电脑（理论版），2014（07）：227-228.