Flash動畫－Matlab聯(lián)合仿真技術(shù)在高職高專自動化專業(yè) 《自動控制原理》教學(xué)中的應(yīng)用研究

◆摘? 要：在高職、高專院校中，《自動控制原理》這門課程是重點也是難點，實際教學(xué)工作中學(xué)生普遍存在理解難、記憶難的問題，基于此，在實際教學(xué)過程中充分應(yīng)用Flash與Matlab等教輔工具已是勢在必行。本文分析了目前高職、高專院校在《自動控制原理》教學(xué)中的主要問題，整理了優(yōu)化的教學(xué)思路，并重點探討了Flash與Matlab的教學(xué)優(yōu)化路徑。

◆關(guān)鍵詞：Flash動畫;Matlab;自動控制原理

一、引言

《自動控制原理》作為是高等職業(yè)學(xué)院、高等?？茖W(xué)校最為重要的專業(yè)課程之一，涉及到設(shè)備自動化工程、電氣工程、機(jī)電工程等多個領(lǐng)域的專業(yè)知識，且與高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、模擬電子技術(shù)等學(xué)科高度銜接，學(xué)科理論性較強(qiáng)，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的抽象思考能力與邏輯思維能力，這也使得《自動控制原理》這門學(xué)科的學(xué)習(xí)難度較大。

基于此，各大高職、高專院校的教育工作者應(yīng)當(dāng)充分挖掘教材內(nèi)容，調(diào)研學(xué)生實際學(xué)習(xí)情況，充分應(yīng)用各類教學(xué)輔助工具，如常用的Flash與Matlab等，化抽象的理論知識為直觀的教學(xué)案例，從而在豐富課堂教學(xué)內(nèi)容、提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，降低學(xué)生對于《自動控制原理》這門課程的理解難度，讓學(xué)生能夠更加深刻地了解該門課程的各個知識點，從而提升教學(xué)成效。

二、高職、高專院校在《自動控制原理》教學(xué)中存在的主要問題

（一）學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱、理解困難

《自控控制原理》這門課程要求學(xué)生必須具備較為扎實的數(shù)學(xué)知識、電子電路基礎(chǔ)知識與較強(qiáng)的抽象思考能力與邏輯思維能力。但由于目前我國高職、高專院校生源的特殊情況，導(dǎo)致大部分學(xué)生在這些知識上或多或少存在著基礎(chǔ)知識薄弱、思維能力欠缺的問題，這也導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)《自控控制原理》這門課程時，難以在腦海中將教師教授的抽象的理論知識有效地轉(zhuǎn)化為便于自身理解與記憶的圖像，使得學(xué)生聽不懂、學(xué)不透的問題的產(chǎn)生，進(jìn)一步打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

此外，部分學(xué)生對于《自控控制原理》這門課程的認(rèn)識不足、認(rèn)知程度較低，認(rèn)為該門課程與后續(xù)的畢業(yè)與就業(yè)無關(guān)，便采取消極的學(xué)習(xí)態(tài)度，這也進(jìn)一步加劇了任課教師的教學(xué)難度。

（二）教材內(nèi)容理論知識繁雜

《自控控制原理》這門課程涉及的專業(yè)知識領(lǐng)域較廣，這也使得該門課程的教材內(nèi)容中存在知識點密集、理論知識雜亂、缺乏實際教學(xué)案例的問題。除此之外，不少高職、高專院校因基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，難以給予學(xué)生足夠的課程實踐的機(jī)會，這也使得不少學(xué)生對于該門課程主要學(xué)習(xí)方式便是教師在課堂上進(jìn)行單向式的理論知識灌輸。這種缺乏實際案例與實踐經(jīng)驗的教學(xué)方式，自然也使得不少學(xué)生難以深刻理解與消化本身難度較大的理論知識。

（三）教學(xué)模式、教學(xué)觀念滯后

《自控控制原理》這門課程中不少理論較為抽象，且缺少較為直觀與具體的教學(xué)案例，學(xué)生往往難以將之與現(xiàn)實生活形成有效聯(lián)系，從而導(dǎo)致其形成有效理解與記憶。而目前在大多數(shù)高職、高專院校中，不少任課教師的教學(xué)觀念較為保守，仍然沿襲著過去傳統(tǒng)的“一言堂”式的教學(xué)方式，未能在課堂教學(xué)中體現(xiàn)出學(xué)生本應(yīng)具備的主體地位，使得學(xué)生只是被動地接收理論知識，難以在課堂上形成學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間的良性互動，使得整個知識的傳輸過程趨于單向式，未能形成有效地循環(huán)閉環(huán)，使得教學(xué)質(zhì)量每況愈下。

三、基于Flash與Matlab等教學(xué)輔助軟件的《自動控制原理》教學(xué)優(yōu)化思路

（一）創(chuàng)新課堂教學(xué)理念

針對上述問題，對于高職、高專院校而言，應(yīng)當(dāng)積極汲取創(chuàng)新型教育教學(xué)理念，優(yōu)化現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容安排，創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計，豐富課堂教學(xué)模式;對于任課教師而言，應(yīng)當(dāng)深入挖掘教材內(nèi)容，有效地歸納與總結(jié)《自控控制原理》這門課程中較為雜亂的知識點，將這些知識點模塊化、項目化，并在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)充分應(yīng)用Flash與Matlab等教學(xué)輔助軟件，從而吸引學(xué)生的注意力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)專注度與參與度，并將《自控控制原理》這門課程中較為抽象化、理論化的知識點，轉(zhuǎn)化為具體而形象的教學(xué)案例，不斷提升學(xué)生對于理論知識的理解程度，進(jìn)而提升該門課程的教學(xué)成效。

（二）優(yōu)化教學(xué)方式

《自控控制原理》這門課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式為教師手持粉筆與教材，向臺下的學(xué)生宣講理論知識，并在黑板上書寫重要的知識點，這個過程呈現(xiàn)出單向化的特點，未能形成施舍給之間的有效互動。隨著教育改革工作的不斷深化，不少高職、高專院校的軟、硬件設(shè)施條件均得到了大幅提升，教學(xué)輔助工具的可選擇性也日益豐富。在此背景下，高職、高專院校與任課教師通過應(yīng)用這些教學(xué)輔助工具，能夠大幅提升整個課堂教學(xué)氛圍的生動性與趣味性，從而提升教學(xué)質(zhì)量與效率。具體而言，教師在課堂教學(xué)過程中加入Flash動畫，可將較為雜亂的知識點優(yōu)化為結(jié)構(gòu)更加清晰、相互關(guān)系更加明確的結(jié)構(gòu)模塊;通過使用Matlab中的SIMULINK模塊，可將抽象的自動控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為更加直觀的可視化的建模，更加便于學(xué)生理解。

（三）注重課堂教學(xué)的實踐環(huán)節(jié)

在高職、高專院校中開展《自動控制原理》課程的終極目標(biāo)是讓學(xué)生能夠充分掌握機(jī)械、設(shè)備自動化控制的原理及機(jī)理，從而能夠運用這些知識解決實際生產(chǎn)過程中可能遇到的各種問題與難題。因此，高職、高專院校與任課教師應(yīng)當(dāng)高度重視課堂教學(xué)中的實踐環(huán)節(jié)，除了組織學(xué)生進(jìn)入實際生產(chǎn)車間中進(jìn)行實地操作之外，也可通過Flash動畫與Matlab搭建起一個仿真的工作場景，讓學(xué)生通過在其中進(jìn)行模擬操作，在不斷加深學(xué)生對于所學(xué)知識點的認(rèn)知的同時，在一定程度上提升學(xué)生解決實際問題的能力。

四、基于Flash與Matlab的《自動控制原理》教學(xué)優(yōu)化路徑

（一）通過應(yīng)用Flash動畫強(qiáng)化學(xué)生對于知識點的理解

建模作為提升理論知識認(rèn)知水平的有效途徑，對于幫助學(xué)生全面掌握、系統(tǒng)學(xué)習(xí)理論知識具有積極的意義。對于《自動控制原理》這門課程而言，教材內(nèi)容中知識點割裂性較強(qiáng)，學(xué)生難以對其形成一個系統(tǒng)化的深刻認(rèn)識。而任課教師在實際教學(xué)工作中，可通過引入Flash動畫的方式，實現(xiàn)教材知識點的建模，從而有效地根除這一問題。

例如，教師在講解講授《自動控制原理》第一節(jié)內(nèi)容：自動控制的概念與定義以及研究范圍時，可通過制作Flash動畫的方式進(jìn)行形象化的闡釋。如圖1中所示為手動控制的動畫演示，而圖2則是自動控制的動畫演示，通過分別制作自動與手動這兩段Flash動畫，使得這二者形成鮮明的對比，從而加深了學(xué)生對于自動控制概念的理解與記憶。

（二）通過MATLAB軟件優(yōu)化理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力

MATLAB是一款主要用于數(shù)據(jù)分析、圖形處理、控制系統(tǒng)模擬的數(shù)學(xué)軟件。對于《自動控制原理》而言，通過在課堂教學(xué)中應(yīng)用MATLAB中，能夠有效提升學(xué)生對于自動控制系統(tǒng)各部分內(nèi)容的理解。

MATLAB中的Control Toolbox與SIMULINK等模塊能夠讓學(xué)生直觀而清晰地了解到自動控制的主體結(jié)構(gòu)、各個部分的具體構(gòu)成、系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)機(jī)理等重要內(nèi)容，從而不斷加深對于相應(yīng)知識點的理解與記憶。

《自動控制原理》這門課程涉及到許多圖形的研究分析，若通過人工進(jìn)行繪圖，則費時費力、得不償失，而通過MATLAB中內(nèi)置的強(qiáng)大繪圖功能能夠大大簡化繪圖工作的難度，提升教學(xué)效率。例如：任課教師在講解《自動控制原理》中的時域分析、根軌跡分析、頻域分析這部分內(nèi)容時，可適度縮短這部分內(nèi)容理論知識的宣講，將大部分時間留給學(xué)生進(jìn)行實際操作。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過電腦上的MATLAB軟件繪制出具體的響應(yīng)曲線、根軌跡圖、頻率特性曲線圖等圖形，并通過MATLAB上的相關(guān)功能，調(diào)整這些圖形的參數(shù)并觀測參數(shù)變化會引起圖形發(fā)生何種變化，變化原因為何，從而對于這一部分的知識形成一個更加深刻的認(rèn)識。而通過MATLAB進(jìn)行自動繪圖，在提升繪圖效率的同時也避免了人工繪圖誤差的產(chǎn)生，從而使得模擬實驗更加趨近于實際應(yīng)用場景。

通過這樣的教學(xué)方式，不僅改善了理論知識的教學(xué)方式，提升了教學(xué)質(zhì)量，也在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析能力。

（三）通過虛實結(jié)合的方式提升實驗教學(xué)成效

目前不少高職、高專院校的實際教學(xué)工作中，往往存在學(xué)生不重視教學(xué)實驗、依賴實驗指導(dǎo)書甚至直接抄襲試驗報告的問題。為了改善這一問題，提升實驗教學(xué)的成效，教師可采用“虛實結(jié)合”的實驗教學(xué)方式展開工作。

在這之中，“實”是指任課教師依舊維持現(xiàn)存的實驗教學(xué)方式，讓學(xué)生在實際環(huán)境下完成教學(xué)內(nèi)容;而“虛”是指任課教師在“實”的基礎(chǔ)上，充分應(yīng)用MATLAB的控制系統(tǒng)分析功能，加入仿真實驗的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生根據(jù)過去學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，進(jìn)行仿真實驗。因為MATLAB所搭建的是虛擬化的應(yīng)用場景，對于時間及空間的要求較低，所以學(xué)生可自行選擇實驗時間與實驗地點，從而極大地提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的自由度，并且這種“虛實結(jié)合”的實驗教學(xué)方式也能夠有效提升學(xué)生的創(chuàng)新能力與綜合應(yīng)用能力，從而提升《自動控制原理》這門學(xué)科的整體教學(xué)質(zhì)量。

五、結(jié)語

綜上所述，《自動控制原理》這門課程因其自身特點，存在學(xué)生理解困難，難以有效地實現(xiàn)理論聯(lián)系實際，因此，廣大高職、高專院校及任課教師應(yīng)當(dāng)高度重視教學(xué)輔助工具對于課堂教學(xué)的重要意義，在實際教學(xué)工作中，用好Flash與Matlab這兩款教輔軟件，強(qiáng)化學(xué)生對于知識點的理解與記憶，并不斷提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力與解決實際問題的能力，從而提升課程教學(xué)質(zhì)量。

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作者簡介

趙榮妹（1983--），女，漢族，碩士，云南曲靖人，講師，主要從事高職高專自動化專業(yè)教學(xué)工作。