張松宇

摘 要：本文以內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)“自動控制原理及應(yīng)用”課程教學(xué)為例，分析了課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，并圍繞如何提高課程教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)等方面初步探討了“自動控制原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)改革思路。

關(guān)鍵詞：自動控制原理及應(yīng)用；自動控制系統(tǒng)；教學(xué)改革

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1008-1216（2018）01B-0043-02

一、課程性質(zhì)

“自動控制原理及應(yīng)用”是機(jī)電一體化專業(yè)在第四學(xué)期開設(shè)的一門專業(yè)必修課。課程綜合了“高等數(shù)學(xué)”“電機(jī)拖動”“電工電子技術(shù)”等課程的相關(guān)知識，是一門綜合性強(qiáng)、理論性強(qiáng)、覆蓋面大的課程。課程總共52學(xué)時(shí)，主要講授經(jīng)典控制理論的相關(guān)知識。根據(jù)我院機(jī)電一體化專業(yè)整體的人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，該課程的主要培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生建立自動控制的概念，掌握自動控制的基本理論和分析設(shè)計(jì)方法，具備利用自動控制的基本理論分析與解決工程實(shí)際問題的初步能力；使學(xué)生具有良好的職業(yè)素質(zhì)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神，成為從事機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、維護(hù)檢修等能力的高素質(zhì)高級技能型專門人才。

二、教學(xué)現(xiàn)狀

“自動控制原理及應(yīng)用”是一門強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)課程，掌握好該課程的相關(guān)知識，對學(xué)生從事機(jī)電設(shè)備安裝、調(diào)試與維護(hù)，自動化生產(chǎn)線調(diào)試與維護(hù)等崗位具有很大的幫助，但是由于目前該課程的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件，極大地限制了該課程在專業(yè)課程體系中應(yīng)該發(fā)揮的作用。筆者根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)目前存在的問題如下。

（一）教材與課程內(nèi)容的選擇

教材選用由西安電子科技大學(xué)出版社出版，溫希東主編的《自動控制原理及應(yīng)用》。內(nèi)容主要針對自動控制原理進(jìn)行講述，包括自動控制基本概念、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、時(shí)域及頻域分析方法、系統(tǒng)校正、自動控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法及自動控制系統(tǒng)分析步驟與調(diào)試方法。從課程內(nèi)容的選擇上可以看出，課程內(nèi)容大部分為理論知識，比較抽象，學(xué)生不易接受。盡管教材中提到一些應(yīng)用背景，但學(xué)生看不見、摸不到具體的應(yīng)用載體，這樣學(xué)生對于枯燥的理論完全失去興趣。即使對于一些努力學(xué)習(xí)的學(xué)生，課程內(nèi)容中涉及的知識點(diǎn)偏多，比如，數(shù)學(xué)模型的建立，涉及到力學(xué)、電路分析、電機(jī)學(xué)等多個知識點(diǎn)，還要涉及到數(shù)學(xué)中的微分方程、拉普拉斯變換，想學(xué)好也不容易。通過學(xué)生的信息反饋我們得知，課程的理論性過強(qiáng)會使很多學(xué)生都認(rèn)為該課程是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)課程，學(xué)生對過多的理論計(jì)算與推導(dǎo)產(chǎn)生畏懼心理，并對學(xué)習(xí)了這些理論對未來從事的職業(yè)崗位是否有用也產(chǎn)生了擔(dān)心。學(xué)生學(xué)不懂，課堂氣氛沉悶，教師的積極性也會降低，嚴(yán)重影響了課堂教學(xué)效果。

（二）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件

由于課程理論性較強(qiáng)，所以筆者在幾輪上課的過程中，都是在教室完成理論講授的。課程配套的實(shí)訓(xùn)周，也只是在實(shí)訓(xùn)臺上進(jìn)行簡單的接線實(shí)現(xiàn)電機(jī)的開環(huán)、閉環(huán)，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。而這部分實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容大多又與電力電子課程聯(lián)系頗多，由于電力電子技術(shù)這門課程內(nèi)容抽象，學(xué)生的掌握情況不理想，所以整個實(shí)訓(xùn)周下來，學(xué)生對自動控制原理究竟是做什么的依然不清楚。對于課程中涉及到的重點(diǎn)知識，諸如模擬量的PID控制；工業(yè)現(xiàn)場中常用的自動控制系統(tǒng)，比如位置隨動系統(tǒng)，還有自動控制系統(tǒng)常用的步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、常用的檢測元件及儀表等，學(xué)生并沒有在實(shí)訓(xùn)過程中應(yīng)用、領(lǐng)會和加深，而這些重要的知識點(diǎn)恰恰又是學(xué)生畢業(yè)從事機(jī)電一體化相關(guān)崗位所必需的。通過與學(xué)生的交流我們得知，大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)完理論課與實(shí)訓(xùn)課時(shí)，往往都是一頭霧水，只記得一大堆的傳遞函數(shù)、各種圖形等，根本沒有建立起自動控制的概念，更談不上利用自動控制的基本理論分析與解決工程實(shí)際問題的初步能力。高職教育培養(yǎng)的是生產(chǎn)一線的技能型人才，落腳點(diǎn)是技術(shù)應(yīng)用，而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和工程實(shí)踐應(yīng)用能力，更無法實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)中對學(xué)生的要求，所以課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)改革迫在眉睫。

（三）教學(xué)方法

由于課程教學(xué)內(nèi)容計(jì)算推導(dǎo)繪圖部分相對較多，所以大部分課程內(nèi)容仍采用傳統(tǒng)的“黑板加粉筆”的方式，這種教學(xué)方法能把復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、框圖化簡或是波特圖繪制等描述得很清楚，能讓學(xué)生清晰地知道知識點(diǎn)的演算與繪制過程。但是過長的理論推導(dǎo)與圖形繪制過程又抓不住學(xué)生的注意力，往往是教師在講臺上講得起勁，學(xué)生卻早已聽不進(jìn)去了。這種教學(xué)方法只是教師單方面地灌輸知識，并沒有激發(fā)學(xué)生建構(gòu)知識的興趣。因此，若想吸引學(xué)生注意力，讓學(xué)生對課程內(nèi)容深入理解應(yīng)用，教學(xué)方法的改革也是必要的。

三、課程改革思路

（一）制定新課程標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

課程標(biāo)準(zhǔn)是教師進(jìn)行授課的指導(dǎo)性文件，也是對學(xué)生達(dá)到預(yù)期教育結(jié)果的具體描述。課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包括課程性質(zhì)與地位、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容及各學(xué)習(xí)階段的安排等。課程標(biāo)準(zhǔn)對教材編寫、教學(xué)要求、教學(xué)建議、教學(xué)評價(jià)等都做出相應(yīng)的規(guī)定與要求。所以課程改革的第一步就是制定新的課程標(biāo)準(zhǔn)，選取合適的教學(xué)內(nèi)容?；诖耍鹃T課程改革后的教學(xué)思路是：通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握自動控制基本理論，重點(diǎn)掌握企業(yè)工業(yè)現(xiàn)場中應(yīng)用廣泛的自動控制系統(tǒng)的方案組成、工作原理、工程應(yīng)用等應(yīng)用知識和工程能力。教學(xué)重點(diǎn)放在自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用上，使學(xué)生逐步建立“反饋”和“系統(tǒng)”的概念。課程內(nèi)容由掌握原理為主變?yōu)樵O(shè)計(jì)調(diào)試系統(tǒng)為主，課程總學(xué)時(shí)也由52學(xué)時(shí)變?yōu)?2學(xué)時(shí)，課程的名稱也由原來的“自動控制原理與系統(tǒng)”變?yōu)椤白詣涌刂葡到y(tǒng)及應(yīng)用”。依據(jù)上述課程改革思路，確定課程教材選用由機(jī)械工業(yè)出版社、孔凡才編寫的《自動控制系統(tǒng)—工作原理、性能分析與系統(tǒng)調(diào)試》（第2版）。教學(xué)內(nèi)容確定了以工業(yè)機(jī)器人、YL-335B自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)設(shè)備和THMDTK-1型機(jī)械設(shè)備裝調(diào)與控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置為載體的三個典型工作任務(wù)：加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試、取件機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試和工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。任務(wù)的選取突出了當(dāng)今工業(yè)現(xiàn)場中最廣泛應(yīng)用的自動控制技術(shù)，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。endprint

（二）實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革

實(shí)訓(xùn)教學(xué)是課程的重要組成部分，改革前的實(shí)訓(xùn)教學(xué)無法滿足機(jī)電類學(xué)生的工作需要，不能培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，因此需要對現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)模式進(jìn)行改革，充分利用校內(nèi)實(shí)訓(xùn)資源。近幾年，我校購置了很多可供學(xué)生實(shí)訓(xùn)的自動化設(shè)備。比如，YL-335B型自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)考核裝備、THMDK-1型機(jī)械設(shè)備裝調(diào)與控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置、HSR-JR608六軸機(jī)器人等。這些實(shí)訓(xùn)裝備都綜合運(yùn)用了多種交叉核心技術(shù)知識。充分利用這些設(shè)備，可以改變原來只在教室進(jìn)行講授的教學(xué)方式。比如，在講到開環(huán)控制和閉環(huán)控制時(shí)，可以把學(xué)生帶到自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室，自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)裝置中的分揀單元中，傳送帶的速度控制就是一個典型的電機(jī)轉(zhuǎn)速的開環(huán)控制，而輸送單元中，輸送機(jī)械手的位置控制又是一個典型的三閉環(huán)的交流伺服控制系統(tǒng)。同樣的，機(jī)械裝調(diào)設(shè)備和機(jī)器人也都應(yīng)用了典型的自動控制系統(tǒng)，在講解相關(guān)知識點(diǎn)的時(shí)候，學(xué)生都可以親眼見到實(shí)實(shí)在在的自動控制系統(tǒng)。這樣學(xué)生就會更加容易地搞清系統(tǒng)各單元的工作原理以及整個系統(tǒng)的工作原理并對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)試。

（三）教學(xué)方法改革

為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，教師有必要在教學(xué)方法上進(jìn)行改進(jìn)。第一，興趣啟迪法?！白詣涌刂葡到y(tǒng)及應(yīng)用”課程本就是一門綜合多學(xué)科知識的課程，如果學(xué)生在上課開始就沒了興趣，那么綜合再多的知識也沒有了意義，所以說，激發(fā)學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣尤為重要。例如，在上第一節(jié)課的時(shí)候就給學(xué)生舉一些學(xué)生熟悉的自動控制系統(tǒng)實(shí)例，數(shù)控車床的刀具進(jìn)給操作是怎樣實(shí)現(xiàn)的，工業(yè)機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的每個動作是怎么控制的等。提出了這些問題，然后帶領(lǐng)學(xué)生去實(shí)訓(xùn)室參觀這些設(shè)備，讓學(xué)生見到具體的控制系統(tǒng)，而不是枯燥的理論。學(xué)生對控制系統(tǒng)有了感性認(rèn)識后，就會產(chǎn)生深入探究的興趣進(jìn)而提出自己的問題。在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生就會帶著這些問題尋求答案，形成良性循環(huán)。

（四）作業(yè)和考核評價(jià)方式改革

為了提升學(xué)生的自學(xué)能力和應(yīng)用能力，靈活布置和評判作業(yè)。根據(jù)課程的重難點(diǎn)內(nèi)容并結(jié)合其他相關(guān)課程內(nèi)容，布置學(xué)生做一些小發(fā)明小創(chuàng)造的作業(yè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的能力。

由于課程改革后有部分學(xué)時(shí)是理實(shí)一體化學(xué)時(shí)，要在實(shí)訓(xùn)室完成相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)。所以對學(xué)生的考核評價(jià)方式也不能像以前那樣一張考卷定終身，還要綜合學(xué)生在完成任務(wù)過程中所表現(xiàn)出的綜合素質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，所以最終我們確定過程考核和結(jié)課考核相結(jié)合的考核評價(jià)方式，其中過程考核占總成績的50%，結(jié)課考核占50%。過程考核按照課程教學(xué)目標(biāo)制定知識、能力、素質(zhì)等方面的考核標(biāo)準(zhǔn)。每個工作任務(wù)完成后，按照任務(wù)單的學(xué)習(xí)要求，每組學(xué)生至少抽查一名學(xué)生進(jìn)行考核（包括專業(yè)知識、專業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)、提交成果等方面），采用專門設(shè)計(jì)的教學(xué)任務(wù)學(xué)習(xí)情況評價(jià)表進(jìn)行考核，該同學(xué)考核成績代表其所在小組本次學(xué)習(xí)任務(wù)的成績。將各任務(wù)的過程考核成績乘以該任務(wù)的課時(shí)比例后相加，便是本門課程的過程考核成績。在課程結(jié)束后，由教師根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行命題，完成結(jié)課考核。

四、總結(jié)

知識的學(xué)習(xí)并不以考核為最終目的，學(xué)以致用才是終極目標(biāo)。本文對“自動控制原理及應(yīng)用”課程進(jìn)行教學(xué)改革與探索，提出了相關(guān)的改革措施，不僅是對本課程進(jìn)行優(yōu)化和提高，更重要的是在為培養(yǎng)技能型人才而努力。

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