應(yīng)用型人才培養(yǎng)的自動控制原理課程教學(xué)改革

楊延麗

摘 要：自動控制原理是工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，為了順應(yīng)當(dāng)今工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的大趨勢，需要通過對傳統(tǒng)課程進(jìn)行教學(xué)改革，才能培養(yǎng)出具備一定工程應(yīng)用能力的人才。通過對自動控制原理課程的新需求進(jìn)行分析，提出了自動控制原理課程教學(xué)改革的方向，通過理論教學(xué)與工程實際相結(jié)合、MATLAB仿真軟件引入課堂以及實驗教學(xué)環(huán)節(jié)改革等三個方面進(jìn)行課程教學(xué)改革，能夠有效地改善傳統(tǒng)課程中學(xué)生只會做題而不會實際應(yīng)用的缺點，培養(yǎng)學(xué)生活學(xué)活用的能力，使得學(xué)生稱為適應(yīng)社會實際需求的應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：《自動控制原理》 工程應(yīng)用型 教學(xué)改革 MATLAB

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0160-02

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，無人化工廠、智能制造已經(jīng)稱為未來的發(fā)展趨勢。在這一發(fā)展過程必然離不開自動控制技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)適應(yīng)社會快速發(fā)展的工程應(yīng)用型人才的需求愈加迫切。

應(yīng)用型人才就是把成熟的技術(shù)和理論應(yīng)用到實際的生產(chǎn)、生活中的技能型人才。應(yīng)用型人才通常工作在生產(chǎn)的第一線，有一定的實踐積累，能夠指導(dǎo)并解決生產(chǎn)過程中的重要技術(shù)問題，同時具備設(shè)計和研制新產(chǎn)品、新工藝、新設(shè)備的綜合性能力[1]。普通高等院校通過與相應(yīng)的企業(yè)合作，在培養(yǎng)人才的過程中與企業(yè)進(jìn)行有效對接，了解企業(yè)需求，培養(yǎng)更多具備專業(yè)化知識結(jié)構(gòu)和實踐背景的工業(yè)化發(fā)展急需的應(yīng)用型人才。此外，企業(yè)尋求高校解決生產(chǎn)過程中的瓶頸問題，這些問題可以作為課題在促進(jìn)企業(yè)技術(shù)更新的同時，也為高校培養(yǎng)出具備科研能力與生產(chǎn)實踐能力的教師隊伍。

自動控制在任何工程和科學(xué)領(lǐng)域都是不可缺少的，在航空宇航、機(jī)器人系統(tǒng)、現(xiàn)代制造系統(tǒng)、各類武器系統(tǒng)以及任何工業(yè)操作過程中，自動控制都是其重要的組成部分，因此作為未來的工程技術(shù)人員及科研人員，都必須熟悉自動控制原理的理論與實踐知識。目前的課堂教學(xué)過程中，往往更注重理論知識的傳授，而忽視了工程物理背景和實踐積累，因此，需要在未來的教學(xué)中增加實踐知識的講授，特別是與企業(yè)的具體需求相一致，使得學(xué)生從事相關(guān)行業(yè)后，能夠快速勝任專業(yè)相關(guān)工作，快速成長起來。自動控制原理作為工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，課程的教學(xué)改革當(dāng)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才作為根本的出發(fā)點，通過對課程的教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力，真正將所學(xué)的原理應(yīng)用到實踐中，解決生產(chǎn)生活的實際問題，成為真正的應(yīng)用型人才。自動控制原理課程的教學(xué)改革主要從理論教學(xué)與工程實際相結(jié)合、MATLAB仿真軟件引入課堂以及實驗教學(xué)環(huán)節(jié)改革等三個方面進(jìn)行。

1 理論教學(xué)與工程實際相結(jié)合

將自動控制原理與工程實際相結(jié)合是改革發(fā)展的必然，是教學(xué)改革的重點[2-4]。

《自動控制原理》作為自動化專業(yè)的核心課程、工科的重要課程，其教學(xué)過程和實踐將直接關(guān)系到學(xué)生對自動控制技術(shù)的認(rèn)知及能否掌握應(yīng)用更多先進(jìn)的控制技術(shù)，因此如何教授好該課程使學(xué)生對自動控制真正產(chǎn)生興趣并學(xué)有所得具有重要意義?！蹲詣涌刂圃怼氛n堂教學(xué)主要內(nèi)容：自動控制系統(tǒng)建模，主要包括機(jī)械系統(tǒng)、電系統(tǒng)、液壓、氣壓等流體系統(tǒng)的模型建立，由微分方程、傳遞函數(shù)到系統(tǒng)的時域、復(fù)數(shù)域、頻域的分析方法等理論知識。討論控制器設(shè)計（PID控制、PD控制等）、系統(tǒng)的校正等基本原理和方法，使學(xué)生能夠從理論上認(rèn)識和理解自動控制的內(nèi)在機(jī)制，培養(yǎng)綜合性分析和解決問題的能力。該課程涵蓋內(nèi)容較廣，理論性極強(qiáng)，要求具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，因此教學(xué)具有一定的難度。對于不同層次的學(xué)生，對于理論的講授要求也不同。隨著高校課程的改革，學(xué)時縮短，在短時間內(nèi)講授理論性強(qiáng)的課程需要有所取舍，更多強(qiáng)調(diào)學(xué)生會用所學(xué)原理進(jìn)行實際的系統(tǒng)的分析。因此理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合具有重要意義。

在實際教學(xué)過程中，鼓勵學(xué)生積極參與實際項目，工程實際的項目或題目可以是企業(yè)的相關(guān)項目，可以是教師的科研項目。在教師的指導(dǎo)下，直接參與資料搜集、方案制定、系統(tǒng)設(shè)計和軟硬件調(diào)試的過程。如某發(fā)動機(jī)上的一個活門，作為一個簡單的機(jī)械-阻尼器-質(zhì)量塊系統(tǒng)，通過啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生從建模開始，推導(dǎo)出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)的性能分析，并結(jié)合仿真計算，如利用MATLAB進(jìn)行模型搭建、階躍響應(yīng)分析，分析系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)如彈簧剛度、質(zhì)量塊的質(zhì)量、甚至閥芯閥套上型孔的形狀和大小對系統(tǒng)性能的影響，給出工程上的改進(jìn)方向。這是一個工程實例完整的建模分析過程，通過引導(dǎo)學(xué)生自主去解決這些實際問題，更能夠使其所學(xué)的知識學(xué)有所用，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生從實際出發(fā)去分析解決問題，可以快速地促進(jìn)學(xué)生的成長。

2 MATLAB的應(yīng)用

目前，在實際的工程科研項目中，MATLAB軟件在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)用較為廣泛，尤其是航天航空領(lǐng)域，主要用于系統(tǒng)建模、控制系統(tǒng)的設(shè)計。由于MATLAB軟件在對控制系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析方面存在優(yōu)勢，增加MATLAB的仿真內(nèi)容，不僅能夠通過軟件計算驗證所學(xué)知識的正確性，而且可以很直觀地觀察到系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。MATLAB的SISOTOOL更是進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計的有效工具，通過MATLAB控制系統(tǒng)仿真過程中的模型搭建、系統(tǒng)參數(shù)修正、性能分析，較好地鍛煉學(xué)生應(yīng)用該門學(xué)科的能力，也為后續(xù)從事控制系統(tǒng)的設(shè)計打好堅實的基礎(chǔ)，使學(xué)生感受到控制理論的魅力，深刻理解了學(xué)以致用的意義[1，3]。

3 實驗教學(xué)環(huán)節(jié)改革

現(xiàn)行開設(shè)的實驗均為傳統(tǒng)的驗證性實驗，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力略有不足。實驗所使用的設(shè)備為模擬電路工具箱，其內(nèi)包含各種封裝好的模擬器件，學(xué)生在實驗的過程中只需要連接相應(yīng)器件即可搭建模型，經(jīng)由示波器觀察實驗效果。這些實驗內(nèi)容均以驗證性為主，不具有拓展性，也無法真正鍛煉學(xué)生的實踐動手能力，對于加深理解控制系統(tǒng)及其典型環(huán)節(jié)收效甚微。針對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容，可通過建設(shè)專門的虛擬實驗室、增加設(shè)計性和綜合性實驗來解決。綜合性實驗是指實驗內(nèi)容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關(guān)課程知識的實驗，培養(yǎng)學(xué)生歸納整理的能力及運(yùn)用所學(xué)知識和方法建立新方案的能力，使學(xué)生的實驗與創(chuàng)新能力得到全面鍛煉，科學(xué)的工作態(tài)度和創(chuàng)新精神得以培養(yǎng)。通過綜合性的實驗使得學(xué)生能夠自主地利用圖書館資源、網(wǎng)絡(luò)資源，提出自己的實驗方案，并親自通過現(xiàn)場調(diào)試來驗證，最后對結(jié)果進(jìn)行分析、總結(jié)。此過程能夠加強(qiáng)對學(xué)生基本工程實踐能力培養(yǎng)，獲得較好的教學(xué)效果。

4 結(jié)語

本文所提教學(xué)改革能夠更好地激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動其學(xué)習(xí)的主動性，充分掌握理論知識，并且培養(yǎng)較好的仿真分析能力，具備分析和設(shè)計實際系統(tǒng)的能力，為后續(xù)的工程設(shè)計打下較好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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