项目式教学在自动控制原理课程教学中的应用

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[摘 要]自动控制原理是工科专业非常普遍的一门专业基础课程，理论性和实践应用性都很强，概念抽象，跨学科知识多，数学基础要求高，使得学生学起来具有一定的难度。根据自动控制原理具有很强的实践特性，将项目式教学引入课程教学中，可以培养学生良好的职业素养，极大的提高学生对自动控制原理课程的学习兴趣，发挥学生的主观能动作用。

[关键词]自动控制原理 项目式教学 教学设计

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）16-0161-02

自动控制技术已广泛应用于国民经济的各个领域，并成为探索研究各种新技术新装备的工具。该课程是理论性和工程应用性都很强的技术基础课，具有较强的逻辑分析计算性，但其直观性、形象性不够，要求学员具有较扎实的高等数学、大学物理、电路和信号与系统等课程基础。虽然自动控制理论来源于实践，但其概念比较抽象，跨学科知识较多，且数学建模能力要求较高，使得该课程学习起来较难。

因此，将项目式教学引入课程教学中，可以培养良好的职业素养，极大的提高学生对自动控制原理课程的学习兴趣，发挥学生的主观能动作用。

一、项目式教学简介

项目式教学法是基于工作过程的一种探究式教学方法，由教师将所要学习的新知识隐含在一个或几个基于工作过程为导向的项目之中，让学生通过自己对工作过程的项目进行分析、讨论，明确工作过程的项目大体涉及哪些知识，在老师的指导和帮助下找出解决问题的方法，最后通过项目的完成而实现对所学知识的应用，用项目对能力进行反复实训，课程教学实现一体化设计。简言之，项目教学就是师生为完成某具体的工作任务而展开的教学行动。项目教学是一种方法，更是一种方案。项目式教学强调从以教案为重点过渡到以完成项目为重点，力图在整体上有所突破，即注重完成项目的方法，在整个教学过程中系统地体现创新教育思想。

项目教学法的主要特点在于避开传统的学科体系教学知识的完整性和系统性，从以逻辑思维方式为主转向以形象思维方式为主，始终围绕着项目是否能够完成而进行，对知识结构的要求本着“够用”的原则，重在培养学生的动手能力、独立获取信息和自主建构知识的能力，重在实践能力和创新能力的培养。基于以工作过程为导向的项目式教学法与传统的教学法相比，主要有三大转变：以教师为中心转变为以学生为中心；以课本为中心转变为以项目为中心；以课堂为中心转变为以工作过程为中心。在项目式教学中，学生相互配合、相互促进，学习的过程充分体现团队协作能力。

二、自动控制原理课程项目式教学设计

项目教学法一般按照以下五个教学阶段进行，项目教学法的一般教学结构如图所示。

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项目教学法的教学结构图

1.明确项目任务：通常由教师提出一个或几个项目任务设想，然后同学生一起讨论，最终确定项目的目标和任务；

2.制订计划：由学生制订项目工作计划，确定工作步骤和程序，并经教师认可；

3.实施计划：学生确定各自在小组中的分工以及小组成员合作的形式，然后按照已确立的工作步骤和程序工作；

4.检查评估：先由学生对自己的工作结果进行自我评估，再由教师进行检查评分。师生共同讨论、评判项目工作中出现的问题，学生解决问题的方法以及学习行动的特征。通过对比师生评价结果，找出造成结果差异的原因；

5.教学总结：从学生相互评议，教师给出建议双方面入手，提高对所学内容及所做项目的掌握。

三、自动控制原理课程项目式教学实施

基于项目教学法的自动控制原理课程的教学目标可以分为：

1.掌握自动控制系统的基本概念；

2.具有对自动控制线性系统的性能分析能力；

3.具有校正装置的设计能力，以及改善系统性能的能力；

4.具有利用分析方法分析电子装备中的自动控制系统的能力。

针对以上的教学目标，可建立适用于自动控制原理课程的分块教学环节：系统搭建、系统数学建模、系统性能分析和系统性能校正四个大板块。该教学流程可以应用到任意的实践项目中进行分析。

下面围绕雷达天线伺服控制系统案例介绍项目式教学的具体实施过程：

1.明确项目任务：雷达天线伺服控制系统性能分析及校正，如设计一个雷达天线伺服控制系统，其单位阶跃响应无超调，且调节时间小于0.5秒。

2.制订项目计划：包括原理分析、组成分析、系统建模、动态分析和校正改善五个环节。

3.实施项目计划：将学生5人分为一组，按照第2步制订的原理分析、组成分析、系统建模、动态分析和校正改善五个环节分配给组内不同学生相应的环节任务，由学生按照知识框架自主选择相应的分析、设计方法，然后按照已确立的工作步骤和程序工作。具体工作过程如下：

原理分析：按照常规自动控制系统工作过程，即反馈误差理论进行项目的工作原理分析，并确定系统的类型，如恒值系统、随动系统和程序控制系统。

组成分析：根据系统类型，分析系统的组成，选择相应的机电元件，并分析控制系统每个组成对应的变量参数。

系统建模：首先根据分析的各组成选择相应的元件搭建系统结构图，然后建立系统对应的数学模型――传递函数。

动态分析：确定系统的阻尼类型，利用延迟时间、上升时间、调节时间、超调量等参数定义及计算公式，对其综合性能指标进行近似计算，判断是否达到系统设计要求。如果达不到设计要求，为了满足设计要求，必须进行校正设计。

校正设计：根据上步计算的实际性能结果与系统设计要求之间的偏差，选择适用的校正控制形式来实现校正，即在原系统中适当位置添加合适的校正装置，再重复前面4个步骤，重新计算带校正得新系统的动态性能指标，直到达到系统设计要求为止。

4.项目检查评估：评估学生完成的任务是否符合已设定的雷达天线伺服控制系统性能目标，可以通过理论分析或是试验进行检验，采用过程评价和结果评价相结合的多因子加权考核方式。

5.项目教学总结：教学完成后，组织学生互相评议，并同步给出教师的建议。整个教学过程中，教师只是一个参与者和引导者，是学生的师父，以教会学生完成一项工作为最终目标，因此教学目标清晰。

四、可能存在的问题及教学体会

1.选择项目时，应选取与学生所学专业密切相关，或是与校院、省、国家级组织的大学生科技竞赛等相关，再或是国民经济领域应用十分广泛的相关项目，如若选择项目不合适，不仅学生毫无兴趣，还会产生消极畏惧心理，这样会对教学效果起到了相反的作用。

2.不同学生在组内担任的角色由组内学生自行选择，但教师要注意把握动态分配不同学生不同环节任务，即同一学生在不同项目中担任的角色是不同的，这样有利于学生能力的全面发展。

3.对项目原理分析不清，就会造成后续环节不能正常进行的结果。可以采取的解决办法分为两方面，一方面，教师在教学过程中应针对越多的不同类型自动控制系统进行解释，让学生掌握自动控制系统原理分析的本质――反馈误差控制理论，起到举一反三的作用；另一方面，学生可充分利用课余时间多吸取和学习有关的案例知识，拓宽自己的知识面，利于新知识的掌握和消化。

[ 参 考 文 献 ]

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[3] 李泽辉.“项目驱动式”教学法的探索与实践[J].实验科学技术，2011（2）.

[4] 刘焕新.谈项目式教学法在PLC技术应用课程教学中的运用[J].北京电力高等专科学校学报，2010（8）.

[5] 张丽娟.项目教学法在电子技术课程教学中的应用[J].广西教育，2012（31）.

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