新能源汽车工程专业自动控制原理课程教学探讨

张丽萍，李 刚，申彩英

新能源汽车工程专业自动控制原理课程教学探讨

张丽萍，李 刚，申彩英

(辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001)

“自动控制原理”是新能源汽车工程专业重要的基础课程，具有课程概念较多、理论性强、习题多、难度大、学生理解和掌握存在较大困难的特点。为帮助学生更好地理解所学知识，课程教学中增加了MATLAB仿真演示环节，引入新能源汽车系统实际案例，并且针对新能源汽车工程专业特点，在教学中对课程的思政元素进行深入挖掘和设计。经两届学生的教学验证，本文所提出的教学方法获得了良好的教学效果。

新能源汽车工程；自动控制原理；教学研究

新能源汽车工程专业是辽宁工业大学（以下简称我校）近年新开设的本科专业，涉及到机械、电子、电气、控制、计算机等多个学科领域，主要培养面向新能源汽车设计和制造企业，从事电动汽车动力系统设计匹配、能源管理等工作的具有国际视野和竞争力的应用型高级工程技术人才和管理人才。这决定了新能源汽车工程专业学生的学习涉及面广，学习任务重。自动控制原理课程是该专业的必修课，并且在人才培养中起着重要的作用。

自动控制原理是新能源汽车控制系统研究的基础理论，主要从系统的数学模型出发，学会自动控制的基本原理，掌握控制系统分析与设计的基本方法[1-2]。

通过本课程学习，学生能够根据实际问题建立系统数学模型，为解决车辆系统设计和实际应用做铺垫，建立具备自动控制的基本专业素质[3-5]。但是，笔者在自动控制理论课程的教学中，发现存在内容繁多与学时少的矛盾、数学基础要求高与学生数学基础薄弱的矛盾、教学模式单一和课堂教学枯燥无味等问题。

为此，授课内容引入了新能源汽车系统的教学案例，加强了理论和实际的联系；教学过程中引入了MATLAB软件辅助教学来提高教学质量，并在考核方式中增加了MATLAB编程环节以增强学生对本课程学习的兴趣；教学过程中加入思政元素应用案例，调动学生对本专业的学习兴趣，培养学生的责任感和爱国热情[6-10]。

一、教学中引入新能源汽车系统案例

在教学中引入新能源汽车系统相关的控制系统案例，既可以使学生加深对课程的认识，又能使学生对本专业产生兴趣。比如，在讲解自动控制系统基本组成开环和闭环中，可以以生活中人驾驶汽车操作过程作为案例。

图1所示的车辆行驶开环控制系统，不能实时地根据路面环境特点进行调节控制，因此该控制方式的控制效果相对有限。

图1 车辆行驶开环控制系统

图2为车辆行驶的闭环控制系统。驾驶员通过车辆的执行机构，比如刹车、油门等控制车辆行驶的状态；同时，驾驶员还通过观察车辆与道路信息的偏差值，根据这一偏差值实时修正自己的操作，使车辆按照预定的路线行驶。在这一过程中，驾驶员通过视觉获取的信息就是反馈量，因此属于闭环控制。

图2 车辆行驶闭环控制系统

二、教学中MATLAB软件的应用

MATLAB软件应用是新能源汽车专业一门专业选修课。将MATLAB语言运用到“自动控制原理”的教学实践中，既增强了学生对“自动控制原理”的感性认识，同时又锻炼了学生对MATLAB编程语言的运用，提高学生应用仿真软件分析问题、解决控制工程问题的能力。

（一）教学中引入MATLAB演示环节

在教学实践中，“自动控制原理”对于控制系统性能分析主要以系统响应曲线图为主。在传统教学中，教师把很多时间都浪费在绘制系统的时间响应曲线上，现用MATLAB语言强大的计算和图形处理功能，很快就能解决这个问题，并能动态演示这些曲线。教师边操作边讲解，可以使学生深刻理解所学内容，提高听课效率。例如，对于典型二阶系统单位阶跃响应分析，可以用很少的MATLAB语言动态地画出不同阻尼比的阶跃响应曲线，如图3所示。

图3 不同阻尼比阶跃响应曲线

从图3可以看出：典型的二阶系统，当固有频率一定时，随着阻尼比ζ的增加，系统的响应曲线(t)从无衰减的周期运动变为有衰减的正弦运动，当ζ≥1时(t)呈现单调上升运动，超调量为零(无振荡)。这种教学方法可以使学生感性地认识不同的阻尼比对于响应曲线的影响，也可以使学生了解MATLAB在“自动控制原理”中的应用。

（二）考核方式中引入MATLAB编程环节

为了改善标准答案考试的不足，培养学生的实践能力和创新创造能力，在考核方式中引入了MATLAB编程环节，使学生在编程作业中提高利用MATLAB分析问题和解决问题的能力。

充分利用学校的慕课平台发布作业，让学生根据自己的情况提交作业，并且可以利用平台发布的教学视频和学习资料自主查找解决问题的方法，提交相应的编程作业。由图4给出的作业成绩可以看出，90%以上学生的编程作业都得了高分。

图4 自动控制作业成绩

三、教学中引入思政元素

“自动控制原理”是一门相对难学、枯燥的课程，在一般人眼中，意味着复杂的计算、无尽的高等数学推导以及难懂的公式和符号。这些让“自动控制原理”看起来离我们的生活很远，且与车辆工程专业毫不相干。因而，从“自动控制原理”的第一课开始，在课程内容设计时融入思政元素，力求在授课时以润物细无声的方式自然和谐地融入本课程的教学中[10]。力求在授课过程中，通过多种思政元素和实际案例，拉近学生与这门公式符号比较多的课程的心理距离，从中理解所学车辆专业与这门课的关系，激发学生对自己所学专业的信心。

在“自动控制原理”第一章讲述自动控制原理的发展这个章节时，如表1所示，在课程教学中通过观看古代和现代中国人的智慧与控制理论的图片和视频，潜移默化地将科技报国的爱国情操、精益求精的工匠精神等思政元素融入课堂教学中，激发学生强烈的责任感和民族自豪感，从而增强学生学习报国的热情。

表1 思政元素引入到自动控制理论的发展章节

通过讲述中国汽车行业的开拓者郭孔辉教授的故事，激发学生对本专业学习热情的同时，也对建设高质量人才培养工程提出新要求，从而适应新时代对车辆工程人才的需求。

四、结束语

“自动控制原理”作为新能源车辆工程专业的主干课程，阐述了自动控制的共同规律。为了摆脱课程枯燥难懂的特点，在课程教学中引入实际的车辆系统教学案例，引入MATLAB语言在教学和考核方式中的应用，并且为了激发学生的学习兴趣和热情引入了思政元素进行教学。这些方法充分地调动了学生学习“自动控制原理”的兴趣，极大地发挥了他们在学习中的主动性。

[1] 杜辉, 王梅, 缑亚楠. 自动控制原理课程的思政设计与研究: 以化工机械专业为例[J]. 广东化工, 2021, 48(12): 280-281, 285.

[2] 张星红, 郑秀丽, 陈慧波, 等. 基于双闭环教学模式的“自动控制原理”学改革研究[J]. 南方农机, 2022, 53(3): 155-157.

[3] 陈武晖, 张军, 徐衍会.“自动控制原理”课程教学改革探究[J]. 中国电力教育, 2012(18): 64-65.

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[5] 卢宇, 申远, 朱春丽. 自动控制原理线下课程教学方法的探索[J]. 电脑知识与技术:学术版, 2022, 18(17): 120-121,133.

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[7] 初红霞, 王希凤, 谢忠玉, 等. 混合式教学模式在自动控制原理教学中的实践研究[J]. 中国现代教育装备, 2021(11): 47-50.

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[9] 王瑞芳, 张姣, 赵靖. 自动化专业自动控制原理课程教学改革与探讨[J]. 教育信息化论坛, 2019, 3(7): 76-77.

[10] 王艳, 赵换丽. 《自动控制原理》课程思政“三步法”的教学探索[J]. 办公自动化, 2021, 26(24): 30-32.

：10.15916/j.issn1674-327x.2023.05.031

G642.0

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1674-327X (2023)05-0121-03

2023-01-08

辽宁工业大学教学改革研究项目(202030107)；辽宁工业大学自动控制原理课程思政示范课程建设项目

张丽萍(1975-)，女，辽宁营口人，副教授，博士。

(责任编辑：付春玲)