“自動控制原理及應(yīng)用”課程改革初探

張松宇

摘 要：本文以內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電一體化技術(shù)專業(yè)“自動控制原理及應(yīng)用”課程教學(xué)為例，分析了課程特點和教學(xué)現(xiàn)狀，并圍繞如何提高課程教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的工程實踐應(yīng)用能力，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)等方面初步探討了“自動控制原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)改革思路。

關(guān)鍵詞：自動控制原理及應(yīng)用；自動控制系統(tǒng)；教學(xué)改革

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1008-1216（2018）01B-0043-02

一、課程性質(zhì)

“自動控制原理及應(yīng)用”是機電一體化專業(yè)在第四學(xué)期開設(shè)的一門專業(yè)必修課。課程綜合了“高等數(shù)學(xué)”“電機拖動”“電工電子技術(shù)”等課程的相關(guān)知識，是一門綜合性強、理論性強、覆蓋面大的課程。課程總共52學(xué)時，主要講授經(jīng)典控制理論的相關(guān)知識。根據(jù)我院機電一體化專業(yè)整體的人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，該課程的主要培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生建立自動控制的概念，掌握自動控制的基本理論和分析設(shè)計方法，具備利用自動控制的基本理論分析與解決工程實際問題的初步能力；使學(xué)生具有良好的職業(yè)素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神，成為從事機電設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝調(diào)試、維護(hù)檢修等能力的高素質(zhì)高級技能型專門人才。

二、教學(xué)現(xiàn)狀

“自動控制原理及應(yīng)用”是一門強調(diào)理論與實踐相結(jié)合的專業(yè)課程，掌握好該課程的相關(guān)知識，對學(xué)生從事機電設(shè)備安裝、調(diào)試與維護(hù)，自動化生產(chǎn)線調(diào)試與維護(hù)等崗位具有很大的幫助，但是由于目前該課程的教學(xué)內(nèi)容、實驗實訓(xùn)條件，極大地限制了該課程在專業(yè)課程體系中應(yīng)該發(fā)揮的作用。筆者根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，總結(jié)目前存在的問題如下。

（一）教材與課程內(nèi)容的選擇

教材選用由西安電子科技大學(xué)出版社出版，溫希東主編的《自動控制原理及應(yīng)用》。內(nèi)容主要針對自動控制原理進(jìn)行講述，包括自動控制基本概念、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、時域及頻域分析方法、系統(tǒng)校正、自動控制系統(tǒng)工程設(shè)計方法及自動控制系統(tǒng)分析步驟與調(diào)試方法。從課程內(nèi)容的選擇上可以看出，課程內(nèi)容大部分為理論知識，比較抽象，學(xué)生不易接受。盡管教材中提到一些應(yīng)用背景，但學(xué)生看不見、摸不到具體的應(yīng)用載體，這樣學(xué)生對于枯燥的理論完全失去興趣。即使對于一些努力學(xué)習(xí)的學(xué)生，課程內(nèi)容中涉及的知識點偏多，比如，數(shù)學(xué)模型的建立，涉及到力學(xué)、電路分析、電機學(xué)等多個知識點，還要涉及到數(shù)學(xué)中的微分方程、拉普拉斯變換，想學(xué)好也不容易。通過學(xué)生的信息反饋我們得知，課程的理論性過強會使很多學(xué)生都認(rèn)為該課程是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)課程，學(xué)生對過多的理論計算與推導(dǎo)產(chǎn)生畏懼心理，并對學(xué)習(xí)了這些理論對未來從事的職業(yè)崗位是否有用也產(chǎn)生了擔(dān)心。學(xué)生學(xué)不懂，課堂氣氛沉悶，教師的積極性也會降低，嚴(yán)重影響了課堂教學(xué)效果。

（二）實驗實訓(xùn)條件

由于課程理論性較強，所以筆者在幾輪上課的過程中，都是在教室完成理論講授的。課程配套的實訓(xùn)周，也只是在實訓(xùn)臺上進(jìn)行簡單的接線實現(xiàn)電機的開環(huán)、閉環(huán)，對電機進(jìn)行調(diào)速。而這部分實訓(xùn)的內(nèi)容大多又與電力電子課程聯(lián)系頗多，由于電力電子技術(shù)這門課程內(nèi)容抽象，學(xué)生的掌握情況不理想，所以整個實訓(xùn)周下來，學(xué)生對自動控制原理究竟是做什么的依然不清楚。對于課程中涉及到的重點知識，諸如模擬量的PID控制；工業(yè)現(xiàn)場中常用的自動控制系統(tǒng)，比如位置隨動系統(tǒng)，還有自動控制系統(tǒng)常用的步進(jìn)電機、伺服電機、常用的檢測元件及儀表等，學(xué)生并沒有在實訓(xùn)過程中應(yīng)用、領(lǐng)會和加深，而這些重要的知識點恰恰又是學(xué)生畢業(yè)從事機電一體化相關(guān)崗位所必需的。通過與學(xué)生的交流我們得知，大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)完理論課與實訓(xùn)課時，往往都是一頭霧水，只記得一大堆的傳遞函數(shù)、各種圖形等，根本沒有建立起自動控制的概念，更談不上利用自動控制的基本理論分析與解決工程實際問題的初步能力。高職教育培養(yǎng)的是生產(chǎn)一線的技能型人才，落腳點是技術(shù)應(yīng)用，而現(xiàn)有的實驗實訓(xùn)條件不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和工程實踐應(yīng)用能力，更無法實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)中對學(xué)生的要求，所以課程的實驗實訓(xùn)改革迫在眉睫。

（三）教學(xué)方法

由于課程教學(xué)內(nèi)容計算推導(dǎo)繪圖部分相對較多，所以大部分課程內(nèi)容仍采用傳統(tǒng)的“黑板加粉筆”的方式，這種教學(xué)方法能把復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、框圖化簡或是波特圖繪制等描述得很清楚，能讓學(xué)生清晰地知道知識點的演算與繪制過程。但是過長的理論推導(dǎo)與圖形繪制過程又抓不住學(xué)生的注意力，往往是教師在講臺上講得起勁，學(xué)生卻早已聽不進(jìn)去了。這種教學(xué)方法只是教師單方面地灌輸知識，并沒有激發(fā)學(xué)生建構(gòu)知識的興趣。因此，若想吸引學(xué)生注意力，讓學(xué)生對課程內(nèi)容深入理解應(yīng)用，教學(xué)方法的改革也是必要的。

三、課程改革思路

（一）制定新課程標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

課程標(biāo)準(zhǔn)是教師進(jìn)行授課的指導(dǎo)性文件，也是對學(xué)生達(dá)到預(yù)期教育結(jié)果的具體描述。課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包括課程性質(zhì)與地位、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容及各學(xué)習(xí)階段的安排等。課程標(biāo)準(zhǔn)對教材編寫、教學(xué)要求、教學(xué)建議、教學(xué)評價等都做出相應(yīng)的規(guī)定與要求。所以課程改革的第一步就是制定新的課程標(biāo)準(zhǔn)，選取合適的教學(xué)內(nèi)容?；诖耍鹃T課程改革后的教學(xué)思路是：通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握自動控制基本理論，重點掌握企業(yè)工業(yè)現(xiàn)場中應(yīng)用廣泛的自動控制系統(tǒng)的方案組成、工作原理、工程應(yīng)用等應(yīng)用知識和工程能力。教學(xué)重點放在自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用上，使學(xué)生逐步建立“反饋”和“系統(tǒng)”的概念。課程內(nèi)容由掌握原理為主變?yōu)樵O(shè)計調(diào)試系統(tǒng)為主，課程總學(xué)時也由52學(xué)時變?yōu)?2學(xué)時，課程的名稱也由原來的“自動控制原理與系統(tǒng)”變?yōu)椤白詣涌刂葡到y(tǒng)及應(yīng)用”。依據(jù)上述課程改革思路，確定課程教材選用由機械工業(yè)出版社、孔凡才編寫的《自動控制系統(tǒng)—工作原理、性能分析與系統(tǒng)調(diào)試》（第2版）。教學(xué)內(nèi)容確定了以工業(yè)機器人、YL-335B自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)設(shè)備和THMDTK-1型機械設(shè)備裝調(diào)與控制技術(shù)實訓(xùn)裝置為載體的三個典型工作任務(wù)：加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試、取件機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試和工業(yè)機器人運動控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試。任務(wù)的選取突出了當(dāng)今工業(yè)現(xiàn)場中最廣泛應(yīng)用的自動控制技術(shù)，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和實踐能力。endprint

（二）實訓(xùn)教學(xué)改革

實訓(xùn)教學(xué)是課程的重要組成部分，改革前的實訓(xùn)教學(xué)無法滿足機電類學(xué)生的工作需要，不能培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，因此需要對現(xiàn)有的實訓(xùn)模式進(jìn)行改革，充分利用校內(nèi)實訓(xùn)資源。近幾年，我校購置了很多可供學(xué)生實訓(xùn)的自動化設(shè)備。比如，YL-335B型自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)考核裝備、THMDK-1型機械設(shè)備裝調(diào)與控制技術(shù)實訓(xùn)裝置、HSR-JR608六軸機器人等。這些實訓(xùn)裝備都綜合運用了多種交叉核心技術(shù)知識。充分利用這些設(shè)備，可以改變原來只在教室進(jìn)行講授的教學(xué)方式。比如，在講到開環(huán)控制和閉環(huán)控制時，可以把學(xué)生帶到自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)室，自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)裝置中的分揀單元中，傳送帶的速度控制就是一個典型的電機轉(zhuǎn)速的開環(huán)控制，而輸送單元中，輸送機械手的位置控制又是一個典型的三閉環(huán)的交流伺服控制系統(tǒng)。同樣的，機械裝調(diào)設(shè)備和機器人也都應(yīng)用了典型的自動控制系統(tǒng)，在講解相關(guān)知識點的時候，學(xué)生都可以親眼見到實實在在的自動控制系統(tǒng)。這樣學(xué)生就會更加容易地搞清系統(tǒng)各單元的工作原理以及整個系統(tǒng)的工作原理并對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與調(diào)試。

（三）教學(xué)方法改革

為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，教師有必要在教學(xué)方法上進(jìn)行改進(jìn)。第一，興趣啟迪法?！白詣涌刂葡到y(tǒng)及應(yīng)用”課程本就是一門綜合多學(xué)科知識的課程，如果學(xué)生在上課開始就沒了興趣，那么綜合再多的知識也沒有了意義，所以說，激發(fā)學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣尤為重要。例如，在上第一節(jié)課的時候就給學(xué)生舉一些學(xué)生熟悉的自動控制系統(tǒng)實例，數(shù)控車床的刀具進(jìn)給操作是怎樣實現(xiàn)的，工業(yè)機器人各個關(guān)節(jié)的每個動作是怎么控制的等。提出了這些問題，然后帶領(lǐng)學(xué)生去實訓(xùn)室參觀這些設(shè)備，讓學(xué)生見到具體的控制系統(tǒng)，而不是枯燥的理論。學(xué)生對控制系統(tǒng)有了感性認(rèn)識后，就會產(chǎn)生深入探究的興趣進(jìn)而提出自己的問題。在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生就會帶著這些問題尋求答案，形成良性循環(huán)。

（四）作業(yè)和考核評價方式改革

為了提升學(xué)生的自學(xué)能力和應(yīng)用能力，靈活布置和評判作業(yè)。根據(jù)課程的重難點內(nèi)容并結(jié)合其他相關(guān)課程內(nèi)容，布置學(xué)生做一些小發(fā)明小創(chuàng)造的作業(yè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時培養(yǎng)學(xué)生團隊合作的能力。

由于課程改革后有部分學(xué)時是理實一體化學(xué)時，要在實訓(xùn)室完成相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)。所以對學(xué)生的考核評價方式也不能像以前那樣一張考卷定終身，還要綜合學(xué)生在完成任務(wù)過程中所表現(xiàn)出的綜合素質(zhì)進(jìn)行評價，所以最終我們確定過程考核和結(jié)課考核相結(jié)合的考核評價方式，其中過程考核占總成績的50%，結(jié)課考核占50%。過程考核按照課程教學(xué)目標(biāo)制定知識、能力、素質(zhì)等方面的考核標(biāo)準(zhǔn)。每個工作任務(wù)完成后，按照任務(wù)單的學(xué)習(xí)要求，每組學(xué)生至少抽查一名學(xué)生進(jìn)行考核（包括專業(yè)知識、專業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)、提交成果等方面），采用專門設(shè)計的教學(xué)任務(wù)學(xué)習(xí)情況評價表進(jìn)行考核，該同學(xué)考核成績代表其所在小組本次學(xué)習(xí)任務(wù)的成績。將各任務(wù)的過程考核成績乘以該任務(wù)的課時比例后相加，便是本門課程的過程考核成績。在課程結(jié)束后，由教師根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行命題，完成結(jié)課考核。

四、總結(jié)

知識的學(xué)習(xí)并不以考核為最終目的，學(xué)以致用才是終極目標(biāo)。本文對“自動控制原理及應(yīng)用”課程進(jìn)行教學(xué)改革與探索，提出了相關(guān)的改革措施，不僅是對本課程進(jìn)行優(yōu)化和提高，更重要的是在為培養(yǎng)技能型人才而努力。

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