應用型人才培養(yǎng)的“自動控制原理”教學改革

李占英?張明君?于曉海?梅彥平

摘要：將實際案例引入教學體系中，每個重要知識點均與實際應用結合起來。在“自動控制原理”課程中，引入“磁盤驅動讀取系統(tǒng)”這一實例，并貫穿全書內容，采用循序漸進的方法進行案例教學，激發(fā)學生學習興趣和積極性，理論聯(lián)系實際，加深對知識的整理理解與分步應用的能力。

關鍵詞：應用型人才；自動控制原理；案例教學；獨立學院

作者簡介：李占英（1979-），女，吉林德惠人，大連理工大學城市學院，副教授；張明君（1966-），女，河北灤縣人，大連理工大學城市學院，教授。（遼寧 大連 116600）

基金項目：本文系2012-2013年大連理工大學城市學院教學改革與研究項目（項目編號：JXYJ2012004）的部分研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）07-0082-02

2010年6月，教育部在高校開展了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”后，高等教育也逐步由重視研究型教育向應用型教育轉變，特別強調培養(yǎng)現(xiàn)場工程師、設計開發(fā)工程師和研究型工程師等多種類型的工程師后備人才，因此校企合作進入了一個新的發(fā)展階段。隨著高校各項教改的進行，各高校針對專業(yè)基礎課也進行了大力度的教學研究與改革。由于“自動控制原理”是自動化類專業(yè)的核心課程和重要的專業(yè)基礎課，因此許多高校都大力度投入建設，[1，2]但由于本課程原理性強，一般重點高校都從研究型人才培養(yǎng)入手改革，著重在理論上進行創(chuàng)新。獨立院校針對學情從應用型人才培養(yǎng)入手進行課程改革，如簡化數(shù)學、案例教學、增加Matlab仿真等設計，但目前一般的教學只是在每個知識點講解應用時選取獨立的工程案例。由于系統(tǒng)知識廣泛，這樣學生即吃不透這個案例，也不能對自動控制有整體的理解，教學效果不是很好?；谶@點出發(fā)，從實際工程出發(fā)，進行課程教學改革，設計能貫穿本課程始終的工程案例，使學生即能掌握每個知識點，又能在每個知識點間建立聯(lián)系，使學生明確工程設計的具體思想，提高學習興趣和動手能力。本文采取新的改革方式，從建立循序漸進實例入手，整個工程案例貫穿課程的始終，使學生學習每一部分知識都有所應用，加深其對工程的理解，激發(fā)學生學習興趣。

一、課程改革的目標

本課程改革的目標就是在實施大連理工大學城市學院的多元化人才培養(yǎng)目標中培養(yǎng)應用型技術人才基礎上，[3]建立一套適合獨立院校學情的自動控制原理理論性強的教學方法和教學案例，爭取建立幾個貫穿全書設計內容的工程實例，分章節(jié)進行不同環(huán)節(jié)的內容講解，逐級完成內容的學習和應用，使學生在學習的過程中循序漸進地接受知識，設計系統(tǒng)，增加學生的學習興趣，并能提高學習成績。

二、課程改革思路

首先明確應用型技術人才能力培養(yǎng)的具體指標，設計最優(yōu)的教學方法和符合工程實際貼近生活的工程案例進行教學，由淺入深，循序漸進，從而激發(fā)學生的學習興趣。

教學方式上，改變傳統(tǒng)的課堂教學中采用的“教師—黑板—學生”或“教師—電子教案—學生”教學模式，遵循理論聯(lián)系實踐的原則，選用學生感興趣的貼近生活的工程實例進行循序漸進教學，且循序漸進實例貫穿教學始終。結合Matlab在控制領域的潛在教學功能，多種手法教學，將“難學”變成“易學”，激發(fā)學生的學習興趣，使學生真正理解學習“自動控制原理”這門課程的實際意義，從而達到學以致用。

從基礎理論入手，講清控制工程中需要的基本理論，然后理論聯(lián)系實際，根據(jù)實際工程需要，設計可以貫穿教學始終的教學工程案例，使學生站在自動化工程師的角度來考慮和思考所學內容，發(fā)揮學生的主觀能動性，深刻理解和運用所學知識。教師要多參與實踐，理論融入實踐，實踐帶動理論的推導和給出，將每個知識點具體化、形象化、簡單化、實用化，并細化到實踐教學的每一個環(huán)節(jié)中，使學生認識到每一個知識點的學習都是實踐環(huán)節(jié)的具體化，變抽象為具體，提高學生的學習興趣和動力，由被動變?yōu)橹鲃?，提高其知識應用能力，最終達到應用型人才培養(yǎng)目標。

三、循序漸進實例教學法的實施

循序漸近實例教學的成功，首先要選擇合適的教學案例，即能貫穿全課程的始終，又能簡單地將理論知識與實際工程設計問題聯(lián)系起來。作為應用型人才培養(yǎng)為目標的院校，要使學生學完理論課程進而能將其應用到實際系統(tǒng)設計中。因此從系統(tǒng)設計要求入手，先給出系統(tǒng)設計的流程，如圖1所示，然后分模塊進行設計流程中的相關問題進行設計與學習，最后在以設計流程為例，將整個知識與設計過程聯(lián)接起來，從而在學習理論知識的同時將實際的工程案例設計思想牢牢掌握。

下面根據(jù)控制原理課程的內容安排，將各知識模塊穿插進來，循序漸進學完所有的理論知識，有個逐步深入的過程，學生的理解力自然會提升，而且每步都緊跟工程實際、貼近生活，也大大激發(fā)了學生的學習興趣，使他們能積極思考、主動學習。

以磁盤驅動系統(tǒng)為例進行循序漸進教學。根據(jù)圖1中的設計流程，首先將控制理論書的知識進行模塊分解，指導學生不同的章節(jié)來完成不同的設計步驟，各章都將討論該章所能完成的設計步驟。在第1章緒論中，將完成設計步驟1、2、3、4，即：確立控制目標，確定控制變量，初步確定各變量的初始設計指標，初步確定系統(tǒng)結構。第2章線性系統(tǒng)的數(shù)學模型中，將完成設計流程的第4、5步。首先應選定執(zhí)行機構、傳感器和控制器（第4步），然后建立控制對象和傳感器等元部件的模型。設計磁盤驅動器系統(tǒng)必須保證磁頭的精確位置，并減小參數(shù)變化和外部振動對磁頭定位造成的影響。機械臂和支撐簧片將在外部振動的頻率點上產(chǎn)生共振。對驅動器產(chǎn)生的各種干擾以及元器件老化引起的參數(shù)變化等，用不同的方法來分析和設計時，要充分考慮這些不利因素，因此接下來的設計流程的第6步和第7步，分別應用課程的理論教學方法——時域分析法、根軌跡分析法和頻域分析法進行分析和校正設計。系統(tǒng)性能指標滿足，則設計和校正工作結束。

四、循序漸進實例教學法的教學效果

為了更加全面地了解“自動控制原理”課程的教學情況及循序漸進實例教學法的影響，及早發(fā)現(xiàn)學生存在的問題，并提供有針對性的教學與幫助，及時優(yōu)化教學方法，提高教學效果，引導學生以良好的心理狀態(tài)積極地投入到課程的學習與應用中去，課題組于2012年4—10月對電子與自動化學院的自動化專業(yè)和電氣工程及其自動化專業(yè)的2010級學生開展了“自動控制原理”課程的教學調查工作。以授課班級為單位進行交流訪談和隨機匿名調查施測，采取發(fā)放問卷、回收問卷的方式。測試平臺為自行制定的問卷，對被調查學生采取隨機發(fā)表填寫的方式，發(fā)放問卷調查表，調查時間大概為20分鐘。共發(fā)放問卷150份，回收138份，回收率為92%，刪掉無效問卷（未完成問卷）13份，有效問卷為125份，有效率為90.5%。調查問卷有共性并具有探討意義的23個問題，學生對循序漸進實例教學的體會和學習效果的情況如表1所示。

從表1可以看出學生比較容易接受循序漸進實例的教學方法，對比單個獨立的實例教學有利于他們對系統(tǒng)知識的認識與理解。

通過貼近生活的實際工程案例，采用循序漸進的教學方式，使學生循序漸進地接受理論知識和設計過程，即避免了理論的難點和枯燥，也避免了實際系統(tǒng)設計的系統(tǒng)性和知識面的寬廣性給學生帶來的困惑與不解。相關的理論知識與實際應用緊密結合，即滿足了學生的工程設計欲望，也實現(xiàn)了理論知識的灌輸，激活學生思維興奮點，能激勵學生積極投入探求新知識的活動。同時在教學設計中注意讓同學意識到理論學習和實際應用的關系，有意識地將自己定位為一個系統(tǒng)設計工程師的角色（雖然有少部分同學將來不一定從事該職業(yè)，但大部分同學還是從事該方面職業(yè)），這樣，就能有意識將所學知識點聯(lián)系起來。這種意識的強化往往會引導他們思考自己的人生發(fā)展方向，從而同學之間積極探討現(xiàn)在所學知識和將來的關系，變被動地接受式學習為主動學習。教師要對學生學習效果及時肯定，培養(yǎng)學生在學習和生活中用所學習的知識理解和解決實際問題的能力，使學生充分展示自己的才華，不斷體驗解決問題的快樂，高質量地掌握所學內容。

參考文獻：

[1]段納，高慶爭.自動控制原理教學中的問題及對策探討[J].曲阜師范大學學報（自然科學版），2011，4（2）：7-10.

[2]田思慶，吳桂云.“自動控制原理”課程的教學研究與實踐[J].電氣電子教學學報，2008，（1）：112-114.

[3]張明君，崔杏利，梅彥平，等.多目標的“自動控制原理”課程教學實踐與成效[J].中國電力教育，2009，（7）：134-136.

（責任編輯：宋秀麗）