“自动控制原理及应用”课程改革初探

张松宇

摘 要：本文以内蒙古机电职业技术学院机电一体化技术专业“自动控制原理及应用”课程教学为例，分析了课程特点和教学现状，并围绕如何提高课程教学质量，提高学生的工程实践应用能力，从教学内容、教学方法、实践教学等方面初步探讨了“自动控制原理及应用”课程的教学改革思路。

关键词：自动控制原理及应用；自动控制系统；教学改革

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2018）01B-0043-02

一、课程性质

“自动控制原理及应用”是机电一体化专业在第四学期开设的一门专业必修课。课程综合了“高等数学”“电机拖动”“电工电子技术”等课程的相关知识，是一门综合性强、理论性强、覆盖面大的课程。课程总共52学时，主要讲授经典控制理论的相关知识。根据我院机电一体化专业整体的人才培养目标要求，该课程的主要培养目标是使学生建立自动控制的概念，掌握自动控制的基本理论和分析设计方法，具备利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的初步能力；使学生具有良好的职业素质、实践能力和创新创业精神，成为从事机电设备控制系统的设计、安装调试、维护检修等能力的高素质高级技能型专门人才。

二、教学现状

“自动控制原理及应用”是一门强调理论与实践相结合的专业课程，掌握好该课程的相关知识，对学生从事机电设备安装、调试与维护，自动化生产线调试与维护等岗位具有很大的帮助，但是由于目前该课程的教学内容、实验实训条件，极大地限制了该课程在专业课程体系中应该发挥的作用。笔者根据以往的教学经验，总结目前存在的问题如下。

（一）教材与课程内容的选择

教材选用由西安电子科技大学出版社出版，温希东主编的《自动控制原理及应用》。内容主要针对自动控制原理进行讲述，包括自动控制基本概念、控制系统数学模型的建立、时域及频域分析方法、系统校正、自动控制系统工程设计方法及自动控制系统分析步骤与调试方法。从课程内容的选择上可以看出，课程内容大部分为理论知识，比较抽象，学生不易接受。尽管教材中提到一些应用背景，但学生看不见、摸不到具体的应用载体，这样学生对于枯燥的理论完全失去兴趣。即使对于一些努力学习的学生，课程内容中涉及的知识点偏多，比如，数学模型的建立，涉及到力学、电路分析、电机学等多个知识点，还要涉及到数学中的微分方程、拉普拉斯变换，想学好也不容易。通过学生的信息反馈我们得知，课程的理论性过强会使很多学生都认为该课程是一门应用数学课程，学生对过多的理论计算与推导产生畏惧心理，并对学习了这些理论对未来从事的职业岗位是否有用也产生了担心。学生学不懂，课堂气氛沉闷，教师的积极性也会降低，严重影响了课堂教学效果。

（二）实验实训条件

由于课程理论性较强，所以笔者在几轮上课的过程中，都是在教室完成理论讲授的。课程配套的实训周，也只是在实训台上进行简单的接线实现电机的开环、闭环，对电机进行调速。而这部分实训的内容大多又与电力电子课程联系颇多，由于电力电子技术这门课程内容抽象，学生的掌握情况不理想，所以整个实训周下来，学生对自动控制原理究竟是做什么的依然不清楚。对于课程中涉及到的重点知识，诸如模拟量的PID控制；工业现场中常用的自动控制系统，比如位置随动系统，还有自动控制系统常用的步进电机、伺服电机、常用的检测元件及仪表等，学生并没有在实训过程中应用、领会和加深，而这些重要的知识点恰恰又是学生毕业从事机电一体化相关岗位所必需的。通过与学生的交流我们得知，大部分学生在学习完理论课与实训课时，往往都是一头雾水，只记得一大堆的传递函数、各种图形等，根本没有建立起自动控制的概念，更谈不上利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的初步能力。高职教育培养的是生产一线的技能型人才，落脚点是技术应用，而现有的实验实训条件不能很好地培养学生的动手能力和工程实践应用能力，更无法实现人才培养目标中对学生的要求，所以课程的实验实训改革迫在眉睫。

（三）教学方法

由于课程教学内容计算推导绘图部分相对较多，所以大部分课程内容仍采用传统的“黑板加粉笔”的方式，这种教学方法能把复杂的数学推导、框图化简或是波特图绘制等描述得很清楚，能让学生清晰地知道知识点的演算与绘制过程。但是过长的理论推导与图形绘制过程又抓不住学生的注意力，往往是教师在讲台上讲得起劲，学生却早已听不进去了。这种教学方法只是教师单方面地灌输知识，并没有激发学生建构知识的兴趣。因此，若想吸引学生注意力，让学生对课程内容深入理解应用，教学方法的改革也是必要的。

三、课程改革思路

（一）制定新课程标准，优化教学内容

课程标准是教师进行授课的指导性文件，也是对学生达到预期教育结果的具体描述。课程标准的内容包括课程性质与地位、课程目标、课程内容及各学习阶段的安排等。课程标准对教材编写、教学要求、教学建议、教学评价等都做出相应的规定与要求。所以课程改革的第一步就是制定新的课程标准，选取合适的教学内容。基于此，本门课程改革后的教学思路是：通过对本课程的学习，使学生掌握自动控制基本理论，重点掌握企业工业现场中应用广泛的自动控制系统的方案组成、工作原理、工程应用等应用知识和工程能力。教学重点放在自动控制系统实现与应用上，使学生逐步建立“反馈”和“系统”的概念。课程内容由掌握原理为主变为设计调试系统为主，课程总学时也由52学时变为32学时，课程的名称也由原来的“自动控制原理与系统”变为“自动控制系统及应用”。依据上述课程改革思路，確定课程教材选用由机械工业出版社、孔凡才编写的《自动控制系统—工作原理、性能分析与系统调试》（第2版）。教学内容确定了以工业机器人、YL-335B自动化生产线实训设备和THMDTK-1型机械设备装调与控制技术实训装置为载体的三个典型工作任务：加热炉温度控制系统的设计与调试、取件机械手控制系统的设计与调试和工业机器人运动控制系统的设计与调试。任务的选取突出了当今工业现场中最广泛应用的自动控制技术，能很好地培养学生的工程应用能力和实践能力。endprint

（二）实训教学改革

实训教学是课程的重要组成部分，改革前的实训教学无法满足机电类学生的工作需要，不能培养学生的工程实践能力，因此需要对现有的实训模式进行改革，充分利用校内实训资源。近几年，我校购置了很多可供学生实训的自动化设备。比如，YL-335B型自动化生产线实训考核装备、THMDK-1型机械设备装调与控制技术实训装置、HSR-JR608六轴机器人等。这些实训装备都综合运用了多种交叉核心技术知识。充分利用这些设备，可以改变原来只在教室进行讲授的教学方式。比如，在讲到开环控制和闭环控制时，可以把学生带到自动化生产线实训室，自动化生产线实训装置中的分拣单元中，传送带的速度控制就是一个典型的电机转速的开环控制，而输送单元中，输送机械手的位置控制又是一个典型的三闭环的交流伺服控制系统。同样的，机械装调设备和机器人也都应用了典型的自动控制系统，在讲解相关知识点的时候，学生都可以亲眼见到实实在在的自动控制系统。这样学生就会更加容易地搞清系统各单元的工作原理以及整个系统的工作原理并对系统进行设计与调试。

（三）教学方法改革

为了提高学生学习的积极性和主动性，教师有必要在教学方法上进行改进。第一，兴趣启迪法。“自动控制系统及应用”课程本就是一门综合多学科知识的课程，如果学生在上课开始就没了兴趣，那么综合再多的知识也没有了意义，所以说，激发学生对课程的学习兴趣尤为重要。例如，在上第一节课的时候就给学生举一些学生熟悉的自动控制系统实例，数控车床的刀具进给操作是怎样实现的，工业机器人各个关节的每个动作是怎么控制的等。提出了这些问题，然后带领学生去实训室参观这些设备，让学生见到具体的控制系统，而不是枯燥的理论。学生对控制系统有了感性认识后，就会产生深入探究的兴趣进而提出自己的问题。在后续的学习过程中，学生就会带着这些问题寻求答案，形成良性循环。

（四）作业和考核评价方式改革

为了提升学生的自学能力和应用能力，灵活布置和评判作业。根据课程的重难点内容并结合其他相关课程内容，布置学生做一些小发明小创造的作业，激发学生学习兴趣，同時培养学生团队合作的能力。

由于课程改革后有部分学时是理实一体化学时，要在实训室完成相关学习任务。所以对学生的考核评价方式也不能像以前那样一张考卷定终身，还要综合学生在完成任务过程中所表现出的综合素质进行评价，所以最终我们确定过程考核和结课考核相结合的考核评价方式，其中过程考核占总成绩的50%，结课考核占50%。过程考核按照课程教学目标制定知识、能力、素质等方面的考核标准。每个工作任务完成后，按照任务单的学习要求，每组学生至少抽查一名学生进行考核（包括专业知识、专业技能、职业素养、提交成果等方面），采用专门设计的教学任务学习情况评价表进行考核，该同学考核成绩代表其所在小组本次学习任务的成绩。将各任务的过程考核成绩乘以该任务的课时比例后相加，便是本门课程的过程考核成绩。在课程结束后，由教师根据课程的教学目标进行命题，完成结课考核。

四、总结

知识的学习并不以考核为最终目的，学以致用才是终极目标。本文对“自动控制原理及应用”课程进行教学改革与探索，提出了相关的改革措施，不仅是对本课程进行优化和提高，更重要的是在为培养技能型人才而努力。

参考文献：

[1]闻凯.自动控制系统课程的教学研究与探索[J].教育教学论坛，2014，（42）.

[2]张坦通.高职自动控制原理课程教学改革与探索[J].信息与电脑，2014，（7）.

[3]张敬南，彭辉.电力拖动控制系统课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2014，（9）.

[4]冯高明.“自动控制系统”精品课程建设与教学改革实践[J].中国电力教育，2014，（21）.endprint