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自動控制原理教學改革探索與實踐

2017-04-13 17:34盛桂敏王春紅曲曰陽
綏化學院學報 2017年8期
關鍵詞:綏化自動控制原理

盛桂敏 王春紅 曲曰陽

(綏化學院電氣工程學院 黑龍江綏化 152000)

自動控制原理教學改革探索與實踐

盛桂敏 王春紅 曲曰陽

(綏化學院電氣工程學院 黑龍江綏化 152000)

文章針對自動控制原理教學存在的問題,提出了將信息技術與實驗教學融合到自動控制原理教學的設想,并將學科之間教學內容交叉的部分進行調整,利用網(wǎng)絡信息技術手段,通過網(wǎng)絡學習、多媒體課件教學與板書結合等課堂教學手段,與matlab仿真實驗,實際硬件搭建驗證實驗相結合,通過考核,驗證學習效果的有效性。

網(wǎng)絡技術;自動控制原理;實踐;優(yōu)化

自動控制理論在電氣工程領域中起著舉足輕重的作用?!白詣涌刂圃怼苯虒W內容中包括其所必需的分析解決控制部分問題的各種控制理論方法,從性質上分,該課程屬于專業(yè)基礎課,為相關的工科專業(yè),提供必備的控制方面的知識。同時,自動控制原理也是部分高校作為碩士研究生入學考試的必考專業(yè)課開設。

一、課程特點及教學現(xiàn)狀

課程特點:1.理論深奧、概念多、計算量大,該課程的學習需要的基礎課較多,有高等數(shù)學、電路分析等課程作為基礎,需同學們有較強的數(shù)學功底;2.實踐性強,對于工程實踐有重要的指導意義[1]。3.圖形多,例如根軌跡圖、Nyguist圖和Bode圖等等[2,3],雖然圖形分析簡便直觀,但較耗時。

教學現(xiàn)狀:傳統(tǒng)的自動控制原理課程教學中,采用板書教學,這種教學模式講解詳細,書寫緩慢,但講授過程枯燥,學生會感覺像是數(shù)學課,缺少實踐,涉及前沿科技少。

二、解決方案

(一)整合課程結構。電子信息類專業(yè),偏重于信號、通信方面,近年來增加了“自動控制原理”,但其內容上與“信號與系統(tǒng)”課程對系統(tǒng)的表述一致,側重點有所區(qū)別[2],“信號與系統(tǒng)”中,理論性強,應用性少,“自動控制原理”與之相反,因此,電子信息類專業(yè)可以將兩門課程整合,調整教學內容,合并兩門課程的知識體系,可以節(jié)省學時,使得學生理論和實際結合起來。

“自動控制原理”與“電路分析”課程存在的重復,主要體現(xiàn)在模型建立上,教材中的實際系統(tǒng)選用了很多簡單電路,建立的微分方程的數(shù)學模型與“電路分析”課程重復。在授課過程中,應盡可能取消部分電路形式的模型,多改成實際系統(tǒng)的模型,使同學們充分感受到自動控制的實際應用性對實際應用系統(tǒng)的實際意義。

(二)對比法教學、多媒體與板書結合教學。對比法教學與控制系統(tǒng)的各種分析法方法相似,同學們學習中經(jīng)?;煜魈幚矸椒ǖ年P系,尤其關于根軌跡分析法,頻域分析法中性能指標的對應關系。因此,在教學中,采用比較方法,將其歸納對比,講授脈絡清晰,同學們理解更扎實。

針對“自動控制原理”理論性強的特點,如采用實驗法教學,則弱化理論推導。利用多媒體表現(xiàn)大的工控系統(tǒng),更直觀地理解系統(tǒng)的性能指標??梢圆迦胍曨l、音頻以及Flash資料,方便學生接受到更多更形象的信息,從而促進自動控制原理的教學。[3]

(三)利用網(wǎng)絡信息技術手段促進教學。多采用啟發(fā)式教學法,即給定一個實際的系統(tǒng)模型,由教師引導,同學們利用網(wǎng)絡資源,查找資料,主動學習討論,找出系統(tǒng)的特點,具體的穩(wěn)定性,穩(wěn)態(tài)性能指標以及動態(tài)性能指標,對當前的系統(tǒng),提出改進策略,對改進后的系統(tǒng)進行分析,論證其性能。這樣的學習可以實現(xiàn)對完整的系統(tǒng)理論的把握,一方面調動了學生學習的積極性,另一方面,可激發(fā)出學生的創(chuàng)造力,從而實現(xiàn)了學生自學的目的。

(四)實踐教學與理論結合。

1.軟硬件結合實驗。系統(tǒng)的快速性、準確性和穩(wěn)定性決定系統(tǒng)的好壞。在控制原理各種分析方法中,時域分析法是基礎,它直觀,物理概念清楚,是各種其他分析法的基礎,但是分析起來需要精確的推導,理論分析過于枯燥,因此,考慮將系統(tǒng)的性能分析放在實驗中進行,學生可以把主要精力集中在系統(tǒng)電路和系統(tǒng)特性的研究上。首先,同學們親自搭建一階或者二階硬件模擬電路,其次,進行仿真曲線,從輸入輸出曲線上,分析系統(tǒng)的性能指標,從而分析系統(tǒng)的性能。

理論結合實踐的講授,同學們更容易理解時域法分析系統(tǒng)性能的特點,強化了理論知識的學習。同時,學生可以自己設計電路,分析系統(tǒng)的特點,并且對系統(tǒng)進行改進,從而對自動控制原理有個完整的分析設計過程。

2.matlab仿真實驗教學。Matlab軟件提供了一個可視化動態(tài)系統(tǒng)的一個模擬環(huán)境,其中包括自動控制系統(tǒng)工具箱,編程指令簡約,在講述根軌跡的繪制時,可以采用matlab教學,能夠直觀地演示出系統(tǒng)的根軌跡圖形,形象,快捷,便于系統(tǒng)分析。另外,matalb中的simulink可以直觀看到控制系統(tǒng)的各個組成部分相互之間的聯(lián)系,教學中,我們要大力推廣matlab的使用。[4]

3.實訓教學。鼓勵學生開展電子實訓,按照各自的興趣愛好設計實際的控制系統(tǒng),例如設計智能小車,智能家居,等等。在同學們設計調試過程中,將控制理論的知識用于實踐,讓同學們自主完成一個真正的控制系統(tǒng)的設計。任課教師每周深入電子實訓中心,與同學們一起學習研究,解決實際系統(tǒng)中的控制部分存在的問題。實訓教學實現(xiàn)理論與實踐結合,通過實踐來強化理論學習。

三、結論

目前,我們在信息技術與自動控制融合方面的嘗試取得了一定的成績,雖然還在探索和實驗階段,還在不斷地完善,但是自動控制原理的改革勢在必行,而且要深入進行。作為教師,我們要掌握現(xiàn)代的教育手段,學習現(xiàn)代的教育技術,可以利用網(wǎng)絡資源,例如,MOOC學習等,掌握網(wǎng)絡知識,進行課程整合,改進教學方法,形成“自動控制原理”課程的特色,推動教學改革。[5]

[1]李占英,張明君,于曉海,等.應用型人才培養(yǎng)的“自動控制原理”教學改革[J].中國電力教育,2013(7):82-83.

[2]結碩,韓光勝.Matlab在自動控制原理實驗中的應用[J].實驗技術與管理,2012(2):95-97.

[3]黃堅.自動控制原理及其應用[M].北京:高等教育出版社,2004.

[4]李萍,劉國忠.“電路原理”“信號與系統(tǒng)”和“自動控制原理”課程的整合與優(yōu)化[J].光學技術,2007(3):243-245.

[5]張弘強,王春紅.電子信息工程專業(yè)課考核改革的探索與實踐[J].韶關學院學報,2015,(8):87-90.

[責任編輯 王占峰]

G642.4

A

2095-0438(2017)08-0122-02

2017-03-14

盛桂敏(1983-),女,綏化學院電氣工程學院講師,碩士,研究方向:智能優(yōu)化與控制;王春紅(1974-),女,綏化學院電氣工程學院教授,博士,研究方向:模式識別。

綏化學院2014年度教育教學改革項目(JJ20140242)。

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