機(jī)械類專業(yè)《自動(dòng)控制原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

王憲磊

摘 要：《自動(dòng)控制原理》是機(jī)械類專業(yè)一門重要的控制類課程。該課程工程實(shí)踐性強(qiáng)，因此必須重視其實(shí)驗(yàn)教學(xué)。結(jié)合該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶蛯?shí)驗(yàn)考核等進(jìn)行了一系列改革，以通過實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固學(xué)生的課程理論知識(shí)，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，并通過改革提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械類專業(yè)；《自動(dòng)控制原理》；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.117

《自動(dòng)控制原理》是機(jī)械類專業(yè)一門重要的控制類課程。該課程理論性強(qiáng)，課程知識(shí)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，主要講解控制理論的基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。為了與機(jī)械類專業(yè)的其他課程緊密結(jié)合，在講解該課程的理論知識(shí)時(shí)，必須與機(jī)械類的工程實(shí)踐相結(jié)合，理論知識(shí)的學(xué)習(xí)不能脫離工程實(shí)踐。為了鞏固課程理論知識(shí)，在教授該課程時(shí)還必須重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過實(shí)驗(yàn)加深對理論知識(shí)的理解。同時(shí)，為了與機(jī)械工程實(shí)踐緊密結(jié)合，在該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要更加重視工程背景，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與工程實(shí)踐相結(jié)合。另外，實(shí)驗(yàn)不能脫離工程背景，這樣才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的——既鞏固了理論知識(shí)，又提高了學(xué)生分析和解決工程實(shí)踐問題的能力。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

筆者所在學(xué)校最初的《自動(dòng)控制原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一——教師先設(shè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，然后給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等，之后就是學(xué)生自己動(dòng)手操作，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求按部就班地接線、測數(shù)值、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、驗(yàn)證所學(xué)的理論知識(shí)。在這種單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，大部分都持應(yīng)付的態(tài)度。由于實(shí)驗(yàn)箱數(shù)量有限，實(shí)驗(yàn)只能分組進(jìn)行，每組一般3人左右。在實(shí)驗(yàn)過程中，每個(gè)組基本都是一個(gè)學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)，其他人參與得非常少。這樣，很難使所有學(xué)生都參與實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性不高，總想著每個(gè)組只要出實(shí)驗(yàn)結(jié)果即可，不在乎自己是不是參與了實(shí)驗(yàn)。學(xué)生的這種實(shí)驗(yàn)心態(tài)導(dǎo)致其對實(shí)驗(yàn)不重視。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)分組時(shí)，都是學(xué)生自由組合，這樣就會(huì)使學(xué)生在選擇分組時(shí)投機(jī)取巧，總想與平時(shí)學(xué)習(xí)好、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生一組，這樣自己就不用做了，由學(xué)習(xí)好、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生來做。總之，在這種單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，不認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生很多。雖然教師也認(rèn)識(shí)到了這些問題，在實(shí)驗(yàn)中也向?qū)W生強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)事項(xiàng)和要求，但是學(xué)生還是不能從內(nèi)心重視實(shí)驗(yàn)，整體實(shí)驗(yàn)效果一般。再加上這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式死板、缺乏新意，完成每次實(shí)驗(yàn)的程序一成不變，學(xué)生只需按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容去接線、分析和測試，就能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)

生在實(shí)驗(yàn)中缺少思考，只是簡單地做實(shí)驗(yàn)。這種固定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式缺乏多變性，限制了學(xué)生的思維，影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中能動(dòng)性的發(fā)揮，不利于學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，也不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)效果自然不理想。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

隨著機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)方案的不斷調(diào)整，結(jié)合機(jī)械類專業(yè)工程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在專業(yè)課程教學(xué)中，必須注重對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，注重將所學(xué)的專業(yè)知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合?！蹲詣?dòng)控制原理》作為機(jī)械類專業(yè)一門重要的控制類課程，要與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，注重課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改變傳統(tǒng)單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高全體學(xué)生的參與度，為學(xué)生創(chuàng)造條件，發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)是通過引入MATLAB仿真，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，新增仿真實(shí)驗(yàn)。我們可以將該課程的實(shí)驗(yàn)分為兩部分，即實(shí)驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)手接線、測量和分析實(shí)驗(yàn)，到機(jī)房進(jìn)行的MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容豐富、緊湊，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用MATLAB仿真軟件來分析和設(shè)計(jì)工程實(shí)踐系統(tǒng)，拓展學(xué)生的知識(shí)面，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程實(shí)踐緊密結(jié)合，時(shí)刻給學(xué)生的課程學(xué)習(xí)創(chuàng)造工程實(shí)踐環(huán)境，抓緊課程學(xué)習(xí)的主線，有利于激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2.1 學(xué)生自主選擇驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)的過程中，對于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，教師不指定具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由學(xué)生自行根據(jù)所學(xué)的課本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書選擇自己感興趣的實(shí)驗(yàn)來做，按照要求完成實(shí)驗(yàn)規(guī)定的學(xué)時(shí)。這種不指定具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)模式有利于發(fā)揮學(xué)生的實(shí)驗(yàn)主動(dòng)性和選擇性，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，針對自己所學(xué)的課本知識(shí)，結(jié)合自己的興趣選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。以往，教師確定了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生無自主選擇權(quán)，可能學(xué)生對某些實(shí)驗(yàn)根本不感興趣，但是也要去做，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性自然不高。因此，學(xué)生自選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠很好地提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

針對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)過程簡單、學(xué)生相對較容易做的特點(diǎn)，為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，增加實(shí)驗(yàn)難度，也為了提高學(xué)生的分析和設(shè)計(jì)能力，要增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。可以結(jié)合機(jī)械類專業(yè)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐來挖掘綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，比如帶學(xué)生到機(jī)械類的數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)室、PLC控制實(shí)驗(yàn)室、液壓與氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)室等，有條件的還可以帶學(xué)生到附近的工廠去參觀學(xué)習(xí)，給學(xué)生介紹機(jī)械設(shè)備中《自動(dòng)控制原理》的相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生觀看機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，分析其中的控制問題，找出不足，思考改進(jìn)的方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到《自動(dòng)控制原理》的重要性。通過參加機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，學(xué)生能夠樹立工程實(shí)踐意識(shí)，啟發(fā)思維，為后續(xù)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的順利開展打下基礎(chǔ)。教師要提前做好綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的素材準(zhǔn)備工作，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臋C(jī)械工程實(shí)際，從工程實(shí)際出發(fā)設(shè)置綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和工程實(shí)際相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識(shí)。通過綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生學(xué)以致用，針對不同的設(shè)計(jì)性題目和要求，激發(fā)他們的潛力，發(fā)揮他們的才能，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成運(yùn)行和分析，直到最終完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)既能讓學(xué)生熟悉自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，也能培養(yǎng)學(xué)生用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，為以后的工作打好基礎(chǔ)。

2.3 增加MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上新增MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)，降低課程的抽象性，通過仿真實(shí)驗(yàn)使課程的內(nèi)容更加直觀。MATLAB仿真軟件應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，適用于該課程中的系統(tǒng)建模、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)時(shí)域分析、系統(tǒng)根軌跡、系統(tǒng)的頻率響應(yīng)、系統(tǒng)的校正和設(shè)計(jì)等。MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)的增加使得自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更豐富，提高了實(shí)驗(yàn)效果。將MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)與和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，用仿真實(shí)驗(yàn)來演示設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，模擬設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，便于觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如果能夠?qū)υO(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中的方案加以修改，對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過仿真很容易觀測到結(jié)果的變化，可以更好地幫助分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)。借助MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)更加直觀，同時(shí)，學(xué)生也可以應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真工具輔助分析和設(shè)計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)考核方式改革

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)考核方式側(cè)重實(shí)驗(yàn)報(bào)告，主要是按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告給學(xué)生打分。這種考核方式容易造成學(xué)生只重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫而忽略了實(shí)驗(yàn)過程。為了使學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)的全過程，必須改革實(shí)驗(yàn)考核方式，以考核為杠桿，引導(dǎo)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)?？紤]到《自動(dòng)控制》課程實(shí)驗(yàn)包括三大部分，即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成績比例可以設(shè)置為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占20%，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)占40%，仿真實(shí)驗(yàn)占40%，以此引起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)各個(gè)模塊的重視。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的考核中，要將學(xué)生的考勤、實(shí)驗(yàn)參與程度、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等作為考核依據(jù)。這種實(shí)驗(yàn)考核方式能使學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

機(jī)械類專業(yè)《自動(dòng)控制原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一、學(xué)生創(chuàng)新思維能力不足等問題，通過在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入機(jī)械工程實(shí)際，為學(xué)生創(chuàng)造了機(jī)械工程實(shí)踐環(huán)境，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與機(jī)械工程實(shí)際緊密結(jié)合，既鞏固了學(xué)生的理論知識(shí)，又提高了學(xué)生分析和解決問題的能力。另外，MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)的增加可以將抽象的課程變得更加直觀，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

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〔編輯：劉曉芳〕