应用型人才培养的“自动控制原理”教学改革

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摘要：将实际案例引入教学体系中，每个重要知识点均与实际应用结合起来。在“自动控制原理”课程中，引入“磁盘驱动读取系统”这一实例，并贯穿全书内容，采用循序渐进的方法进行案例教学，激发学生学习兴趣和积极性，理论联系实际，加深对知识的整理理解与分步应用的能力。

关键词：应用型人才；自动控制原理；案例教学；独立学院

作者简介：李占英（1979-），女，吉林德惠人，大连理工大学城市学院，副教授；张明君（1966-），女，河北滦县人，大连理工大学城市学院，教授。（辽宁 大连 116600）

基金项目：本文系2012-2013年大连理工大学城市学院教学改革与研究项目（项目编号：JXYJ2012004）的部分研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）07-0082-02

2010年6月，教育部在高校开展了“卓越工程师教育培养计划”后，高等教育也逐步由重视研究型教育向应用型教育转变，特别强调培养现场工程师、设计开发工程师和研究型工程师等多种类型的工程师后备人才，因此校企合作进入了一个新的发展阶段。随着高校各项教改的进行，各高校针对专业基础课也进行了大力度的教学研究与改革。由于“自动控制原理”是自动化类专业的核心课程和重要的专业基础课，因此许多高校都大力度投入建设，[1，2]但由于本课程原理性强，一般重点高校都从研究型人才培养入手改革，着重在理论上进行创新。独立院校针对学情从应用型人才培养入手进行课程改革，如简化数学、案例教学、增加Matlab仿真等设计，但目前一般的教学只是在每个知识点讲解应用时选取独立的工程案例。由于系统知识广泛，这样学生即吃不透这个案例，也不能对自动控制有整体的理解，教学效果不是很好。基于这点出发，从实际工程出发，进行课程教学改革，设计能贯穿本课程始终的工程案例，使学生即能掌握每个知识点，又能在每个知识点间建立联系，使学生明确工程设计的具体思想，提高学习兴趣和动手能力。本文采取新的改革方式，从建立循序渐进实例入手，整个工程案例贯穿课程的始终，使学生学习每一部分知识都有所应用，加深其对工程的理解，激发学生学习兴趣。

一、课程改革的目标

本课程改革的目标就是在实施大连理工大学城市学院的多元化人才培养目标中培养应用型技术人才基础上，[3]建立一套适合独立院校学情的自动控制原理理论性强的教学方法和教学案例，争取建立几个贯穿全书设计内容的工程实例，分章节进行不同环节的内容讲解，逐级完成内容的学习和应用，使学生在学习的过程中循序渐进地接受知识，设计系统，增加学生的学习兴趣，并能提高学习成绩。

二、课程改革思路

首先明确应用型技术人才能力培养的具体指标，设计最优的教学方法和符合工程实际贴近生活的工程案例进行教学，由浅入深，循序渐进，从而激发学生的学习兴趣。

教学方式上，改变传统的课堂教学中采用的“教师―黑板―学生”或“教师―电子教案―学生”教学模式，遵循理论联系实践的原则，选用学生感兴趣的贴近生活的工程实例进行循序渐进教学，且循序渐进实例贯穿教学始终。结合Matlab在控制领域的潜在教学功能，多种手法教学，将“难学”变成“易学”，激发学生的学习兴趣，使学生真正理解学习“自动控制原理”这门课程的实际意义，从而达到学以致用。

从基础理论入手，讲清控制工程中需要的基本理论，然后理论联系实际，根据实际工程需要，设计可以贯穿教学始终的教学工程案例，使学生站在自动化工程师的角度来考虑和思考所学内容，发挥学生的主观能动性，深刻理解和运用所学知识。教师要多参与实践，理论融入实践，实践带动理论的推导和给出，将每个知识点具体化、形象化、简单化、实用化，并细化到实践教学的每一个环节中，使学生认识到每一个知识点的学习都是实践环节的具体化，变抽象为具体，提高学生的学习兴趣和动力，由被动变为主动，提高其知识应用能力，最终达到应用型人才培养目标。

三、循序渐进实例教学法的实施

循序渐近实例教学的成功，首先要选择合适的教学案例，即能贯穿全课程的始终，又能简单地将理论知识与实际工程设计问题联系起来。作为应用型人才培养为目标的院校，要使学生学完理论课程进而能将其应用到实际系统设计中。因此从系统设计要求入手，先给出系统设计的流程，如图1所示，然后分模块进行设计流程中的相关问题进行设计与学习，最后在以设计流程为例，将整个知识与设计过程联接起来，从而在学习理论知识的同时将实际的工程案例设计思想牢牢掌握。

下面根据控制原理课程的内容安排，将各知识模块穿来，循序渐进学完所有的理论知识，有个逐步深入的过程，学生的理解力自然会提升，而且每步都紧跟工程实际、贴近生活，也大大激发了学生的学习兴趣，使他们能积极思考、主动学习。

以磁盘驱动系统为例进行循序渐进教学。根据图1中的设计流程，首先将控制理论书的知识进行模块分解，指导学生不同的章节来完成不同的设计步骤，各章都将讨论该章所能完成的设计步骤。在第1章绪论中，将完成设计步骤1、2、3、4，即：确立控制目标，确定控制变量，初步确定各变量的初始设计指标，初步确定系统结构。第2章线性系统的数学模型中，将完成设计流程的第4、5步。首先应选定执行机构、传感器和控制器（第4步），然后建立控制对象和传感器等元部件的模型。设计磁盘驱动器系统必须保证磁头的精确位置，并减小参数变化和外部振动对磁头定位造成的影响。机械臂和支撑簧片将在外部振动的频率点上产生共振。对驱动器产生的各种干扰以及元器件老化引起的参数变化等，用不同的方法来分析和设计时，要充分考虑这些不利因素，因此接下来的设计流程的第6步和第7步，分别应用课程的理论教学方法――时域分析法、根轨迹分析法和频域分析法进行分析和校正设计。系统性能指标满足，则设计和校正工作结束。

四、循序渐进实例教学法的教学效果

为了更加全面地了解“自动控制原理”课程的教学情况及循序渐进实例教学法的影响，及早发现学生存在的问题，并提供有针对性的教学与帮助，及时优化教学方法，提高教学效果，引导学生以良好的心理状态积极地投入到课程的学习与应用中去，课题组于2012年4―10月对电子与自动化学院的自动化专业和电气工程及其自动化专业的2010级学生开展了“自动控制原理”课程的教学调查工作。以授课班级为单位进行交流访谈和随机匿名调查施测，采取发放问卷、回收问卷的方式。测试平台为自行制定的问卷，对被调查学生采取随机发表填写的方式，发放问卷调查表，调查时间大概为20分钟。共发放问卷150份，回收138份，回收率为92%，删掉无效问卷（未完成问卷）13份，有效问卷为125份，有效率为90.5%。调查问卷有共性并具有探讨意义的23个问题，学生对循序渐进实例教学的体会和学习效果的情况如表1所示。

从表1可以看出学生比较容易接受循序渐进实例的教学方法，对比单个独立的实例教学有利于他们对系统知识的认识与理解。

通过贴近生活的实际工程案例，采用循序渐进的教学方式，使学生循序渐进地接受理论知识和设计过程，即避免了理论的难点和枯燥，也避免了实际系统设计的系统性和知识面的宽广性给学生带来的困惑与不解。相关的理论知识与实际应用紧密结合，即满足了学生的工程设计欲望，也实现了理论知识的灌输，激活学生思维兴奋点，能激励学生积极投入探求新知识的活动。同时在教学设计中注意让同学意识到理论学习和实际应用的关系，有意识地将自己定位为一个系统设计工程师的角色（虽然有少部分同学将来不一定从事该职业，但大部分同学还是从事该方面职业），这样，就能有意识将所学知识点联系起来。这种意识的强化往往会引导他们思考自己的人生发展方向，从而同学之间积极探讨现在所学知识和将来的关系，变被动地接受式学习为主动学习。教师要对学生学习效果及时肯定，培养学生在学习和生活中用所学习的知识理解和解决实际问题的能力，使学生充分展示自己的才华，不断体验解决问题的快乐，高质量地掌握所学内容。

参考文献：

[1]段纳，高庆争.自动控制原理教学中的问题及对策探讨[J].曲阜师范大学学报（自然科学版），2011，4（2）：7-10.

[2]田思庆，吴桂云.“自动控制原理”课程的教学研究与实践[J].电气电子教学学报，2008，（1）：112-114.

[3]张明君，崔杏利，梅彦平，等.多目标的“自动控制原理”课程教学实践与成效[J].中国电力教育，2009，（7）：134-136.