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時間:2023-10-07 15:44:23
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關鍵詞:《自動控制原理》;教學改革;工程實踐能力
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)04-0141-02
一、引言
隨著科技的日新月異,自動控制技術的應用與發展在社會各個領域已取得了豐碩成果。在控制技術需求的推動下,控制理論本身也取得了顯著進步。為了適應新形式下的人才培養需求,更好地滿足我國新能源產業及電力行業的發展要求,石河子大學自開設電氣工程及其自動化專業以來,一直將《自動控制原理》課程設為該專業本科生的專業基礎課程。
《自動控制原理》是主要講述控制系統的一般原理和方法論的課程。學生通過該課程的學習,能掌握自動控制方面的基本理論、基本知識和基本技能,以此為基礎培養學生的分析和解決問題能力。培養學生從控制論的角度認識和理解系統問題,鞏固基本概念和原理、分析和設計控制系統的技術和方法,鍛煉基本的實驗能力,促進學生養成理論聯系實際的學風和實事求是的科學態度。
近年來,《自動控制原理》課程改革與實踐工作也在逐步完善中。通過教材改革、授課教師講課比賽、創建精品課程、多媒體課件大賽和開展雙語教學等多種實踐工作,不斷豐富教學手段,積累教學研究成果。本文立足于綜合創新型人才培養的思考和教學改革的必要性,深入解析了《自動控制原理》課程特性及教學過程中存在的若干關鍵問題,并結合筆者多年課程教學實踐與體會,提出了幾點課程教學改革舉措及展望。
二、課程特性及關鍵問題分析
1.課程特性分析?!蹲詣涌刂圃怼氛n程的首要特性是其涉及的理論知識較多,覆蓋的學科廣及信息量大。在課程學習過程中,學生必須具備寬厚的數學基礎,熟練掌握如微積分變換、拉普拉斯變換、Z變換及矩陣運算等數學工具。此外,面向電氣工程及其自動化專業,尤其在建模階段,課程既涉及物理與化學的基礎知識,又涉及電氣、機械工程等專業學科知識。因此,要求學生有扎實的數學功底和靈活運用知識解決實際問題的能力?!蹲詣涌刂圃怼芬彩且婚T綜合性的課程,要求學生具有一定的自主設計控制系統的能力。其次,自動控制原理偏向于圖形分析法的應用。課程大量使用圖形與計算相結合的方法,要求學生具有一定的繪圖能力,比如系統的動態連接框圖、根軌跡、奈奎斯特圖和伯德圖等。雖然圖形教學法具有直觀性與形象化的優勢,但傳統板書教學耗時量較大,應結合計算機和多媒體技術提升教學效率。最后,《自動控制原理》是一門實踐性很強的課程,其工程應用背景濃烈,在教學過程中,必須堅持理論與實踐并重,將工程實例與理論教學緊密融合,拓展學生的工程實踐思維,培養學生的工程實踐能力,這才是《自動控制原理》課程教學改革的側重點與落腳點。
2.課程教學存在的關鍵問題。鑒于上述課程特性分析,《自動控制原理》在教學方面存在一些亟需解決的問題。(1)《自動控制原理》課程理論性強,涉及面廣,尤其在數學應用方面,抽象性強且計算復雜,教學困難。此外,隨著自動化技術的發展,新方法與新問題層出不窮,迫使理論的教與學必須緊跟時代的需求,不斷更新內容。如何從大量的數學論證逐漸側重到工程應用中,為后續專業課程的學習及畢業設計和科研工作是至關重要的。(2)《自動控制原理》課程理論教學與工程實踐很難完全同步。由于學生在課堂集中接觸的是理論知識,對事物的認知與分析能力有限,很難主動挖掘和聯系工程實際中存在的理論與應用問題。此外,隨著控制理論自身的不斷完善,控制對象的范疇也不斷延伸,需要授課教師本身具有很高的專業素養。因此,理論知識與工程實踐的嚴重脫節會造成學生的積極性與主動性不強,嚴重情況下還會引起課程重要知識點吃不透、想不深的問題。因此,面對“時間緊、內容多、理論難”的問題,傳統的教學方法與方式已經完全不能滿足《自動控制原理》的教學要求。為了更好地解決教與學、理論學習與實驗實踐等問題,《自動控制原理》的教學改革與實踐措施必須不斷完善。
三、教學改革措施初探
筆者根據多年的教學經驗和課程總結,基于上述的課程特性分析及教學存在的關鍵問題,在如何優化課程教學主線、凝練教學內容、加強實踐環節等方面進行了改革初探。
1.注重概念,由淺入深,優化教學主線?!蹲詣涌刂圃怼返氖谡n內容應突出控制系統建模、分析與設計方法的講授,著重于分析與設計理論的重要概念和方法論。在教學過程中,重視知識點的推導思路,淡化數學推導過程,由淺入深地貫穿所有知識點。在滿足教學內容系統性的前提下,優化教學主線,注重知識點彼此間的關系。
2.精練課程內容,模塊化知識結構,突顯教學內容的系統性??紤]學生自身的專業水平、培養目標及實踐平臺等因素,優化教學內容。根據“自動控制理論”的知識結構特性,課程主要劃分為三大模塊:數學建模、控制系統分析法和設計原理,其中數學建模是理論基礎,系統分析是課程核心,系統設計是控制的最終目標。在教學中必須突出知識的系統性,培養學生“模塊化”與“系統化”思維。
3.理論與實踐遞進式教學。為了培養學生良好的學習素養,必須加強理論知識和工程實際緊密結合,教學既要注重理論知識的傳授,又要結合一定的工程應用實例,強調控制系統的物理內涵與應用背景,深化學生對控制理論的認知和理解,培養良好的系統化與工程化的思維方式。
4.積極開展開放性實驗,加強實踐環節,提高工程應用能力。自“卓越工程師教育培養計劃”啟動以來,推動了教學改革的新。在教學過程中,充分利用工程分析的思維模式與手段,加強控制思想和工程背景的闡述。建立基于MATLAB/SIMULINK仿真環境的虛擬實驗模式,增加綜合性和設計性的實驗項目。此外,以科研和競賽為契機,提高實踐動手能力,利用大學生創新實驗室和開放式實驗教學平臺,積極鼓勵大學生參加課外科技競賽活動。通過與學生之間的溝通與探討,從理論與實踐、學習方法與科研態度、學習興趣與價值觀等方面全面提升學生的專業能力和科研素養。
四、結語
隨著社會的進步和科技的發展,專業知識的更新和能力提升必須與時俱進。因此,課程教學改革和實踐是勢在必行的。本文探討了面向應用型本科的《自動控制原理》課程的教學改革問題。通過改革,使課程的教學內容更符合專業的課程體系,教學方法和教學手段更突顯專業的系統性和創新性,從而提升教學質量與效率,激發創新意識,提高解決工程實際問題的能力。
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Technological and Applied Undergraduate Education Reform on "Automatic Control Theory"
ZHAO Mi,LU Min,CEN Hong-lei
(Machinery and Electricity College of Shihezi University,Shihezi,Xinjiang 832003,China)