電子信息工程專業(yè)“自動控制原理”課程教學(xué)改革

王慶鳳+謝田雨+谷昱

（吉林大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130012）

摘要：針對電子信息工程專業(yè)“自動控制原理”的課程特點(diǎn)，本文提出建立電子信息類專業(yè)“自動控制原理”課程分階段進(jìn)行Course Recitation的多媒體課堂教學(xué)與基于吉林大學(xué)課程中心的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的多元化理論教學(xué)模式；建立基于Labview和Matlab/Simscape的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺與基于Seminar的課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的立體化的自主實(shí)踐教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：自動控制原理；教學(xué)改革；虛擬實(shí)驗(yàn)；Seminar教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）49-0087-02

“自動控制原理”是工程類學(xué)生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門理論性和工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在整個(gè)專業(yè)課程體系中占據(jù)著非常重要的地位[1-2]。雖然文獻(xiàn)[3-4]等在自動控制原理的教學(xué)改革方面做出了許多工作，但其研究內(nèi)容并不能直接適用于電子信息工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中。因此，筆者結(jié)合本專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)、學(xué)校政策及多年來的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)了電子信息工程專業(yè)本門課程的教學(xué)特點(diǎn)，開展了一系列的教學(xué)改革探索與實(shí)踐。

一、“自動控制原理”課程特點(diǎn)

（1）理論性強(qiáng)，涉及多方面的數(shù)理知識。（2）理論推導(dǎo)與工程實(shí)際的關(guān)聯(lián)難于理解及掌握。（3）實(shí)踐環(huán)節(jié)必不可少。面對以上問題，筆者從理論教學(xué)模式和實(shí)踐教學(xué)模式兩個(gè)方面，提出了教學(xué)改革的措施，使學(xué)生從細(xì)節(jié)到整體地學(xué)好該課程。具體方案如圖1所示。

二、理論教學(xué)模式改革

（一）分階段進(jìn)行Course Recitation的理論課堂教學(xué)

借鑒筆者作為訪問學(xué)者期間了解到的美國大學(xué)本科課程的教學(xué)特點(diǎn)，引入Course Recitation教學(xué)。制定適合電子信息工程專業(yè)的“數(shù)學(xué)模型的建立→時(shí)域分析法→頻域分析法→校正方法→離散控制系統(tǒng)分析”五個(gè)主要教學(xué)內(nèi)容模塊，同時(shí)就某一問題或知識點(diǎn)或?qū)W生的所提問題，明晰各知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，與學(xué)生進(jìn)行討論，建立問題庫，這種方式即為Course Recitation教學(xué)。

（二）引入基于Matlab的微虛擬實(shí)驗(yàn)演示，設(shè)計(jì)精良的板書與多媒體相結(jié)合的課堂教學(xué)

對系統(tǒng)建模、分析和綜合等各個(gè)模塊的課堂教學(xué)中借助Matlab展示虛擬微實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容和過程，提高學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識點(diǎn)的理解和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。制定包括“Matlab與Simulink模塊介紹→Matlab中系統(tǒng)建模方法→Matlab中線性系統(tǒng)時(shí)域分析→Matlab中線性系統(tǒng)頻域分析→Matlab中線性系統(tǒng)的校正方法→Matlab中離散控制系統(tǒng)分析”幾個(gè)模塊，以1或2個(gè)例子演示每一模塊的重要實(shí)踐內(nèi)容。同時(shí)，教師設(shè)計(jì)合理、易理解的板書形式，板書內(nèi)容以理論推導(dǎo)和過程為主；對于該課程教學(xué)內(nèi)容中的各種圖形、時(shí)域分析和頻域分析的方法等以多媒體的動畫、圖形等呈現(xiàn)給學(xué)生。

（三）利用吉林大學(xué)課程中心構(gòu)建“自動控制原理”網(wǎng)絡(luò)課程資源

主要功能包括課程介紹（使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)大綱、課程特點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法等有個(gè)總體認(rèn)識）、課程資源（包括參考教材、教學(xué)ppt、典型習(xí)題、教學(xué)視頻、仿真軟件等）、習(xí)題及解答（作業(yè)布置、提交、批閱、在線測試）、實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分（仿真平臺、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和課程設(shè)計(jì)）、在線討論交流等。另外，該網(wǎng)絡(luò)資源的特色是加入各種電子設(shè)計(jì)大賽的設(shè)計(jì)內(nèi)容，詳細(xì)的分析歷屆電子設(shè)計(jì)大賽中涉及到自動化裝置的題目、內(nèi)容及設(shè)計(jì)過程。該網(wǎng)絡(luò)課程包含資源豐富，能為教師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間提供良好的交流平臺。

三、自主實(shí)踐教學(xué)模式改革

沒有實(shí)驗(yàn)課程，勢必造成理論與實(shí)踐的脫節(jié)，需要通過自主實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)來強(qiáng)化工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（一）基于Labview與Matlab/Simscape的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)踐教學(xué)模式

Labview采用圖形化的編程方式，提供了像旋鈕、溫度計(jì)和波形圖等控件，可以很直觀的建立前面板，調(diào)整不同的控件即可對程序進(jìn)行調(diào)整。Matlab中的Simulink模塊可以靈活多變的進(jìn)行模型的搭建，很清晰地看到程序流程并且跟真實(shí)情況十分接近。此平臺能實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的界面輸入、輸出及控制，能在線調(diào)節(jié)器件或儀器參數(shù)，觀察對電路的性能影響，無須重新設(shè)置再仿真，直觀看到參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。另外，利用Labview的遠(yuǎn)程發(fā)布功能，搭建基于服務(wù)器/瀏覽器的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺，使學(xué)生能在任何可以上網(wǎng)的地方進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)；也能進(jìn)行與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等硬件系統(tǒng)的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)仿真，為電子設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等綜合實(shí)踐打好基礎(chǔ)。

（二）基于Seminar的課程設(shè)計(jì)案例的實(shí)踐教學(xué)模式

為學(xué)生提供兩個(gè)課程設(shè)計(jì)：倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、室溫控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計(jì)。學(xué)生可以根據(jù)興趣選擇涉及電、磁、力、熱、液等系統(tǒng)；將以學(xué)生進(jìn)行報(bào)告、討論為內(nèi)容的Seminar教學(xué)模式引入到該課程的教學(xué)中，能充分激活和展現(xiàn)學(xué)生的內(nèi)在認(rèn)識潛能?；谠撜n程特點(diǎn)，可穿插Seminar教學(xué)模式，根據(jù)2次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)行2次Seminar教學(xué)。教學(xué)過程包括：課程設(shè)計(jì)任務(wù)布置、獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)（包含系統(tǒng)性能分析，校正控制器設(shè)計(jì)）、分組討論、組長講解、提交報(bào)告、成績評定等。

四、結(jié)束語

筆者根據(jù)電子信息工程專業(yè)“自動控制原理”課程的特點(diǎn)以及目前教學(xué)中存在的問題，從理論教學(xué)模式和實(shí)踐教學(xué)模式兩個(gè)方面提出了相應(yīng)的改革措施。教學(xué)實(shí)踐證明，采取的這些措施有效地改善了課程教學(xué)效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、知識掌握程度和應(yīng)用知識解決實(shí)際問題的能力。

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