机械类专业自动控制原理创新型教学改革与实践*

王宪磊　王伟裴玖玲　张洪洲　刘润泽　范修文（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔843300）



机械类专业自动控制原理创新型教学改革与实践*

王宪磊王伟*裴玖玲张洪洲刘润泽范修文
（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔843300）

摘要：针对自动控制原理在机械类专业中的重要性，以提高学生创新能力为目标，注重提高教学效果，该课程在教学目标、教学内容、教学方法、教学手段等方面进行创新型改革，实现了该课程与机械类专业的有机结合，提高学生的工程意识和创新能力。

关键词：机械类；自动控制原理；课程；创新型；教学改革

Abstract：Because of the importance of the principle of automatic control in the major in machine，the course innovatively reform the teaching objectives，teaching content，teaching methods，teaching means in order to improve students' innovative ability and teaching effectiveness，combining the course and the major，improving the students' engineering consciousness and innovation ability.

Key words：machinery；principle of automatic control；course；innovative；teaching reform

引言

自动控制原理是塔里木大学（以下简称“我校”）机械设计制造及其自动化、机械电子工程和农业机械化及其自动化专业的一门重要的技术基础课，同时是一门非常活跃的课程，该课程在机械工程领域中有着非常重要的应用，已经逐渐成为机械类各专业的核心课程。其总框架和教学内容以经典控制理论为基础，以现代控制理论为展开内容，逐步向前沿学科发展。该课程的特点是概念抽象、与数学结合紧密、实践性强。具体来说是课程知识体系紧密，有大量的作图方法，用作图法分析和设计系统，课程计算多，分析设计系统要借助大量的数学计算，对学生的数学知识要求很高，涉及到高等数学、线性代数、复变函数与积分变换等数学基础知识，该课程与工程实际联系很紧密，课程中大量的知识点通过举工程实例讲解，学生才能通俗易懂。因此在该课程的学习过程中，学生会感到有一定的难度，因为该课程是专业基础课，对该课程学习的掌握程度，会直接影响相关专业的后续课程学习，也会影响学生的实际设计控制系统的能力，进一步影响学生对知识的运用，因此进行机械类专业自动控制原理课程的教学改革，对提高学生熟练掌握自动控制理论的方法和技巧，对提高学生的理论水平和实际工程能力具有一定的意义。

一、机械类专业自动控制原理教学改革思路

自动控制原理课程具有很强的工程应用背景，要结合不同的机械专业，制定合适的教学内容，采取合适的教学素材，确保学生能结合自身专业，深刻领会该课程的内涵。

（一）教学目标定位

自动控制原理是研究自动控制规律的一门课程，随着科技的发展，自动控制技术广泛应用于机械、制造、农业、机电等领域，自动控制原理的研究对象是自动控制系统，因此必须从大量的自动控制系统入手，来讲解基本的控制理论。我校机械类专业（包括机制、农机、机电专业）都开设了该课程，要根据不同专业和课程的授课目的，制定不同专业的课程教学目标，如对于机制专业的学生，该课程主要使学生了解自动控制在机械工程中的应用，熟悉机械工程设备中的简单自动控制过程，了解最基本的控制原理，学会机械设备的控制分析；对于农机专业来说，该课程要给学生重点展示自动控制在农业机械方面的应用，还要多介绍自动控制在农业领域的广泛应用，侧重让学生了解自动控制的核心内容，重点学会分析；对于机电专业学生，自动控制是机电联系的重要环节，让学生重点体会如何用电来控制机械，要深刻领会该课程的内涵，全面掌握该课程的综合技能。要分析不同专业对自动控制的不同要求，结合各专业涉及到的工程实例，充分与自动控制课程有机结合，力求使自动控制课程能更好的与各专业实际相结合。针对不同专业，制定合适的教学目标，精选出合适的教学内容。

（二）教学方法改革

根据机械类各专业对该课程不同的定位，结合各专业该课程不同的学时数量，因为机电专业学时多，讲授内容也适当增加，因为机制专业和农机专业，学时相当，授课内容要精选适合各专业自身的工程实例，从各专业实际出发，将教学与工程背景相结合，根据不同专业、不同教学内容选取不同的工程案例，采取案例式教学。

（三）教学手段改革

自动控制课程理论多、公式多、图形多、分析方法多，针对一些公式，要简化推导，多媒体课件要精简公式，不能太繁琐，让学生淡化公式推导，重点是掌握课程相关概念。对于个别公式，上课时用板书。对课程里面的各种图形和分析方法，可以充分利用MATLAB仿真软件，制作出图文并茂的课件，让学生一目了然，便于掌握课程内容。针对机械类不同专业，多媒体与板书相结合，有针对性的制作图文并茂的多媒体课件。

二、机械类专业自动控制原理创新型教学改革实践

（一）优化教学内容

针对机械类不同专业，查阅机械类各专业人才培养方案，分析自动控制课程在专业中的地位，考虑到各专业自动控制课程学时数，结合与机械方面老师沟通交流，与机械类专业在校生沟通，发放调查问卷，广泛听取意见和建议，认真精选课程教学内容。

通过该课程的学习，使机械类专业学生掌握自动控制系统的基本组成和工作流程，理解自动控制技术在机械系统中的应用，学会对基本的机械系统分析控制过程。由于机械类专业的自动控制课程学时普遍较少，课程内容抽象，学生不易学，因此，要对授课内容进行优化，重点讲授绪论、控制系统的数学模型、时域分析法和频域分析法四章内容，对于控制系统的设计与校正做一简单介绍，最后对MATLAB仿真在自动控制系统的应用做一介绍。在教学中，要重点讲好绪论，让学生明白自动控制在机械系统中的重要作用，引起学生的学习兴趣，使课程有一个好的开始。

（二）借鉴其他高校自动控制教学模式

通过外出调研，到新疆其他高校相关机械专业调研学习，参观自动控制实验室，与同行老师广泛交流，学习该课程好的教学做法和经验，查找自己不足，再结合我校实际，有针对性的调整该课程的教学方案。

通过调研分析，大部分高校的机械类专业自动控制授课中，必须由任课老师认真准备教学素材，因为现成的自动控制教学材料与机械类专业本身结合较少，所以任课教师必须自己认真准备，使讲课内容尽量与专业本身结合起来，体现该课程的价值，使其能很好的服务于各专业的人才培养。各高校在该课程的教学中，普遍都采用案例式教学，针对不同专业例举大量的工程自动控制实例，比如，在讲解自动控制的结构、组成、工作原理中，结合机械类专业，可以例举如农业自动灌溉系统、温室大棚自动控制系统、农产品加工中的自动控制系统、采棉机中的自动控制、自动收获机中的自动控制、GPS自动导航驾驶系统、机械制造系统、加工自动化、各类工程机械等，引起学生的学习兴趣。

（三）与机械类相关企业联系，搜集教学素材

结合机械设计、农业机械化、机械电子工程等不同机械类专业，到新疆相关企业单位、科研院所、农牧团场，调研相关生产一线，为自动控制原理课程的教学提供原始素材，不断调整课程授课内容，与新疆实际紧密结合。自动控制系统广泛应用于农产品加工、设施农业、精准农业、收货机械中，极大地提高了生产率，因此必须在学校期间，使学生掌握更多的自动控制理论和实际知识，为学生将来从事相关工作打下基础。当前，机械装备系统数量不断增加和规模庞大，而且机械装备质量不断提升，技术越来越先进，已经向自动化、智能化发展，因此，各类机械设备的控制越来越复杂。通过到机械相关企业调研，搜集大量的机械自动化控制实例，拍大量的图片和视频，后期通过教师的整理，形成完善的教学材料，在教学中，以此为案例，让学生直观了解，激发学生学习的主动性，使学生通俗易懂，并能感受到课本知识在实际机械系统中的应用，实现理论联系实际，使学生能更加深刻领会课本知识，便于学生掌握和记忆课本知识，有效地提高了学习效率。

（四）将教师科研成果引入教学中

课题组成员，大部分都主持或承担了自动控制的相关科研项目，对自动控制在具体科研项目中的应用有深刻体会，在教学中，可以结合自身从事科研项目的情况，给学生介绍自动控制在科研项目中的应用，现身说法，引起学生对该课程的学习兴趣，同时主持在研课题的老师，也可以把教学中发现的优秀学生，吸引到自己的科研项目中，提高学生的知识应用水平，锻炼学生处理实际问题的能力，提高本课程的教学效果。

（五）以大学生科技竞赛为导向，体现本课程的价值

机械类专业的学生，在参加“挑战杯”、全国大学生智能汽车竞赛、全国周培源大学生力学竞赛、全国大学生机器人大赛、全国大学生机械创新大赛等比赛中，大部分都要涉及到自动控制基本理论。因此在该课程的教学中，以大赛为导向，有意识的给学生介绍到各种比赛中用到的自动控制理论情况，可以举一些大赛的实例，来分析其中的自动控制环节，帮助学生在各类大赛中取得佳绩。

三、结束语

通过对机械类专业自动控制原理创新型教学改革，在不同机械专业中，引入与专业相关的工程案例、教师科研成果、大赛导向、最新的机械装备等，激发了学生学习的积极性，也实现了自动控制原理课程与专业的有机结合，扩展了学生视野，激发了学习兴趣，提高了教学质量，培养适合社会需求的具有创新能力的合格人才。

参考文献

［1］董玉红.机械控制工程基础（第2版）［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009.

［2］姚立健.面向农机专业的“自动控制原理”课程教学改革［J］.中国电力教育，2012（32）.

［3］程广贵.机械专业自动控制原理教学方法探讨［J］.中国电力教育，2011（13）.

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）07-0132-02

*基金项目名称：塔里木大学高教研究项目；项目编号：TDGJ1534

作者简介：王宪磊（1983-），男，陕西子洲人，塔里木大学机械电气化工程学院，硕士，讲师，研究方向：电气类课程教学工作以及电力系统及其自动化方面。

*通讯作者：王伟（1979-），男，辽宁沈阳人，塔里木大学机械电气化工程学院，硕士，副教授，研究方向：现代农业机械装备设计理论及关键技术研究。