項(xiàng)目式教學(xué)在自動(dòng)控制原理課程教學(xué)中的應(yīng)用

周樹道　王敏

[摘 要]自動(dòng)控制原理是工科專業(yè)非常普遍的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論性和實(shí)踐應(yīng)用性都很強(qiáng)，概念抽象，跨學(xué)科知識(shí)多，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，使得學(xué)生學(xué)起來具有一定的難度。根據(jù)自動(dòng)控制原理具有很強(qiáng)的實(shí)踐特性，將項(xiàng)目式教學(xué)引入課程教學(xué)中，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)素養(yǎng)，極大的提高學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制原理課程的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)作用。

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)控制原理 項(xiàng)目式教學(xué) 教學(xué)設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2014）16-0161-02

自動(dòng)控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，并成為探索研究各種新技術(shù)新裝備的工具。該課程是理論性和工程應(yīng)用性都很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的邏輯分析計(jì)算性，但其直觀性、形象性不夠，要求學(xué)員具有較扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路和信號(hào)與系統(tǒng)等課程基礎(chǔ)。雖然自動(dòng)控制理論來源于實(shí)踐，但其概念比較抽象，跨學(xué)科知識(shí)較多，且數(shù)學(xué)建模能力要求較高，使得該課程學(xué)習(xí)起來較難。

因此，將項(xiàng)目式教學(xué)引入課程教學(xué)中，可以培養(yǎng)良好的職業(yè)素養(yǎng)，極大的提高學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制原理課程的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)作用。

一、項(xiàng)目式教學(xué)簡介

項(xiàng)目式教學(xué)法是基于工作過程的一種探究式教學(xué)方法，由教師將所要學(xué)習(xí)的新知識(shí)隱含在一個(gè)或幾個(gè)基于工作過程為導(dǎo)向的項(xiàng)目之中，讓學(xué)生通過自己對(duì)工作過程的項(xiàng)目進(jìn)行分析、討論，明確工作過程的項(xiàng)目大體涉及哪些知識(shí)，在老師的指導(dǎo)和幫助下找出解決問題的方法，最后通過項(xiàng)目的完成而實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，用項(xiàng)目對(duì)能力進(jìn)行反復(fù)實(shí)訓(xùn)，課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)。簡言之，項(xiàng)目教學(xué)就是師生為完成某具體的工作任務(wù)而展開的教學(xué)行動(dòng)。項(xiàng)目教學(xué)是一種方法，更是一種方案。項(xiàng)目式教學(xué)強(qiáng)調(diào)從以教案為重點(diǎn)過渡到以完成項(xiàng)目為重點(diǎn)，力圖在整體上有所突破，即注重完成項(xiàng)目的方法，在整個(gè)教學(xué)過程中系統(tǒng)地體現(xiàn)創(chuàng)新教育思想。

項(xiàng)目教學(xué)法的主要特點(diǎn)在于避開傳統(tǒng)的學(xué)科體系教學(xué)知識(shí)的完整性和系統(tǒng)性，從以邏輯思維方式為主轉(zhuǎn)向以形象思維方式為主，始終圍繞著項(xiàng)目是否能夠完成而進(jìn)行，對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求本著“夠用”的原則，重在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、獨(dú)立獲取信息和自主建構(gòu)知識(shí)的能力，重在實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?；谝怨ぷ鬟^程為導(dǎo)向的項(xiàng)目式教學(xué)法與傳統(tǒng)的教學(xué)法相比，主要有三大轉(zhuǎn)變：以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心；以課本為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐皂?xiàng)目為中心；以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨ぷ鬟^程為中心。在項(xiàng)目式教學(xué)中，學(xué)生相互配合、相互促進(jìn)，學(xué)習(xí)的過程充分體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

二、自動(dòng)控制原理課程項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目教學(xué)法一般按照以下五個(gè)教學(xué)階段進(jìn)行，項(xiàng)目教學(xué)法的一般教學(xué)結(jié)構(gòu)如圖所示。

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項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)結(jié)構(gòu)圖

1.明確項(xiàng)目任務(wù)：通常由教師提出一個(gè)或幾個(gè)項(xiàng)目任務(wù)設(shè)想，然后同學(xué)生一起討論，最終確定項(xiàng)目的目標(biāo)和任務(wù)；

2.制訂計(jì)劃：由學(xué)生制訂項(xiàng)目工作計(jì)劃，確定工作步驟和程序，并經(jīng)教師認(rèn)可；

3.實(shí)施計(jì)劃：學(xué)生確定各自在小組中的分工以及小組成員合作的形式，然后按照已確立的工作步驟和程序工作；

4.檢查評(píng)估：先由學(xué)生對(duì)自己的工作結(jié)果進(jìn)行自我評(píng)估，再由教師進(jìn)行檢查評(píng)分。師生共同討論、評(píng)判項(xiàng)目工作中出現(xiàn)的問題，學(xué)生解決問題的方法以及學(xué)習(xí)行動(dòng)的特征。通過對(duì)比師生評(píng)價(jià)結(jié)果，找出造成結(jié)果差異的原因；

5.教學(xué)總結(jié)：從學(xué)生相互評(píng)議，教師給出建議雙方面入手，提高對(duì)所學(xué)內(nèi)容及所做項(xiàng)目的掌握。

三、自動(dòng)控制原理課程項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施

基于項(xiàng)目教學(xué)法的自動(dòng)控制原理課程的教學(xué)目標(biāo)可以分為：

1.掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念；

2.具有對(duì)自動(dòng)控制線性系統(tǒng)的性能分析能力；

3.具有校正裝置的設(shè)計(jì)能力，以及改善系統(tǒng)性能的能力；

4.具有利用分析方法分析電子裝備中的自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。

針對(duì)以上的教學(xué)目標(biāo)，可建立適用于自動(dòng)控制原理課程的分塊教學(xué)環(huán)節(jié)：系統(tǒng)搭建、系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)性能分析和系統(tǒng)性能校正四個(gè)大板塊。該教學(xué)流程可以應(yīng)用到任意的實(shí)踐項(xiàng)目中進(jìn)行分析。

下面圍繞雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)案例介紹項(xiàng)目式教學(xué)的具體實(shí)施過程：

1.明確項(xiàng)目任務(wù)：雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)性能分析及校正，如設(shè)計(jì)一個(gè)雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)，其單位階躍響應(yīng)無超調(diào)，且調(diào)節(jié)時(shí)間小于0.5秒。

2.制訂項(xiàng)目計(jì)劃：包括原理分析、組成分析、系統(tǒng)建模、動(dòng)態(tài)分析和校正改善五個(gè)環(huán)節(jié)。

3.實(shí)施項(xiàng)目計(jì)劃：將學(xué)生5人分為一組，按照第2步制訂的原理分析、組成分析、系統(tǒng)建模、動(dòng)態(tài)分析和校正改善五個(gè)環(huán)節(jié)分配給組內(nèi)不同學(xué)生相應(yīng)的環(huán)節(jié)任務(wù)，由學(xué)生按照知識(shí)框架自主選擇相應(yīng)的分析、設(shè)計(jì)方法，然后按照已確立的工作步驟和程序工作。具體工作過程如下：

原理分析：按照常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作過程，即反饋誤差理論進(jìn)行項(xiàng)目的工作原理分析，并確定系統(tǒng)的類型，如恒值系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。

組成分析：根據(jù)系統(tǒng)類型，分析系統(tǒng)的組成，選擇相應(yīng)的機(jī)電元件，并分析控制系統(tǒng)每個(gè)組成對(duì)應(yīng)的變量參數(shù)。

系統(tǒng)建模：首先根據(jù)分析的各組成選擇相應(yīng)的元件搭建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，然后建立系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型——傳遞函數(shù)。

動(dòng)態(tài)分析：確定系統(tǒng)的阻尼類型，利用延遲時(shí)間、上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量等參數(shù)定義及計(jì)算公式，對(duì)其綜合性能指標(biāo)進(jìn)行近似計(jì)算，判斷是否達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。如果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，為了滿足設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行校正設(shè)計(jì)。

校正設(shè)計(jì)：根據(jù)上步計(jì)算的實(shí)際性能結(jié)果與系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求之間的偏差，選擇適用的校正控制形式來實(shí)現(xiàn)校正，即在原系統(tǒng)中適當(dāng)位置添加合適的校正裝置，再重復(fù)前面4個(gè)步驟，重新計(jì)算帶校正得新系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，直到達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為止。

4.項(xiàng)目檢查評(píng)估：評(píng)估學(xué)生完成的任務(wù)是否符合已設(shè)定的雷達(dá)天線伺服控制系統(tǒng)性能目標(biāo)，可以通過理論分析或是試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，采用過程評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合的多因子加權(quán)考核方式。

5.項(xiàng)目教學(xué)總結(jié)：教學(xué)完成后，組織學(xué)生互相評(píng)議，并同步給出教師的建議。整個(gè)教學(xué)過程中，教師只是一個(gè)參與者和引導(dǎo)者，是學(xué)生的師父，以教會(huì)學(xué)生完成一項(xiàng)工作為最終目標(biāo)，因此教學(xué)目標(biāo)清晰。

四、可能存在的問題及教學(xué)體會(huì)

1.選擇項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)選取與學(xué)生所學(xué)專業(yè)密切相關(guān)，或是與校院、省、國家級(jí)組織的大學(xué)生科技競賽等相關(guān)，再或是國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛的相關(guān)項(xiàng)目，如若選擇項(xiàng)目不合適，不僅學(xué)生毫無興趣，還會(huì)產(chǎn)生消極畏懼心理，這樣會(huì)對(duì)教學(xué)效果起到了相反的作用。

2.不同學(xué)生在組內(nèi)擔(dān)任的角色由組內(nèi)學(xué)生自行選擇，但教師要注意把握動(dòng)態(tài)分配不同學(xué)生不同環(huán)節(jié)任務(wù)，即同一學(xué)生在不同項(xiàng)目中擔(dān)任的角色是不同的，這樣有利于學(xué)生能力的全面發(fā)展。

3.對(duì)項(xiàng)目原理分析不清，就會(huì)造成后續(xù)環(huán)節(jié)不能正常進(jìn)行的結(jié)果。可以采取的解決辦法分為兩方面，一方面，教師在教學(xué)過程中應(yīng)針對(duì)越多的不同類型自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行解釋，讓學(xué)生掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)原理分析的本質(zhì)——反饋誤差控制理論，起到舉一反三的作用；另一方面，學(xué)生可充分利用課余時(shí)間多吸取和學(xué)習(xí)有關(guān)的案例知識(shí)，拓寬自己的知識(shí)面，利于新知識(shí)的掌握和消化。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 李振龍，喬俊飛，孫亮，等.自動(dòng)控制原理課程體系結(jié)構(gòu)和教學(xué)方法探討[J].教學(xué)研究，2009（2）.

[2] 劉曉燕.自動(dòng)控制原理課程教改探索[J].重慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（5）.

[3] 李澤輝.“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)法的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)技術(shù)，2011（2）.

[4] 劉煥新.談項(xiàng)目式教學(xué)法在PLC技術(shù)應(yīng)用課程教學(xué)中的運(yùn)用[J].北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2010（8）.

[5] 張麗娟.項(xiàng)目教學(xué)法在電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣西教育，2012（31）.

[6] 代英明.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在高等院校人才培養(yǎng)中的應(yīng)用研究[J].廣西教育，2009（1）.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]