职教师资班自动控制原理教学探索与实践

摘要：自动控制原理是机电类、电气类以及自动化类相关专业非常重要的专业基础课。具有理论性强、实践应用面广等特点。结合电气工程及其自动化专业职教师资班的教学及学生的反馈情况，对课堂教学方法进行了积极的探索和实践，结果表明可以有效地提高教学质量。

关键词：职教师资；教学方法；自动控制原理；分析工具

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0214-02

一、职教师资班开班背景

目前全国有1000多所高职院校，招生近300万人。要保证高质量的人才培养，职教师资的来源问题则显得尤为重要。要解决这个问题，依赖高学历人才或依赖企业都不现实。广东省有近80所高职院校，2008年中职学校招生39.81万人，技工学校招生20.34万人。到2009年中职学校招生79.99万人，位居全国第一。高职和中职院校师资紧缺的情况十分明显，鉴于此种情形，我校在省教育厅的领导下为了顺应社会发展的需求在机械设计制造及其自动化、电气工程及其自动化等专业开设职教师资班。2010年和2011年广东省高等院校和中职院校在校生人数依然稳步增长，都超过了150万。近两年，我校职教师资班招生人数稳定。

1.传统教学法的优势和不足。师资班的生源来自省内优秀高职毕业生，他们都经过严格的选拔考试才被录用。他们具有一定的实践经验和较好的动手能力，但高等数学基础相对薄弱一些。自动控制原理这门课恰恰有很多理论分析，计算推导繁杂，涉及数学知识多，加上研究内容是自动控制系统普遍的运动规律，致使概念抽象，给学生的理解和掌握带来一定困难。传统本科阶段自动控制原理的学习，仍都是采取课堂讲授为主的方法，强调课前预习、课后复习并配合习题来巩固知识，加强知识点的理解和掌握。实验课程也多是一些验证性实验，就市场现有的一些自动控制原理实验设备在综合性实验和创新性实验方面都有一定的欠缺。归结起来就是理论学习加实验验证。这种方式踏踏实实，按部就班，多花费些功夫会得到不错的教学效果。然而也存在灵活性不够，学生学起来费时费力，觉得枯燥乏味的问题。

2.教学形式多样化的探讨。师资班有其自身的鲜明特点，培养目标非常明确：即为中职、高职类院校培养师资。而职业院校注重的是实践性和应用性。所以必须在宏观上能够分析和应用该门课程的知识，并指导实践。在会用、会分析的基础上提高理论水平。从学生反馈的信息来看，重要知识点的理解和掌握都不存在大问题。反而是对知识的应用场合和实践意义有点茫然，也就是宏观上把握不够。要改变这种现状，需要丰富教学方式，可以从以下方面做起。（1）借鉴优秀团队的成功经验，目前自动控制原理国家级精品课程已经有多门，他们大都有着几十年的教学经验和团队。有很多值得借鉴的宝贵经验，文献3对提高课堂教学效果手段方法做了提纲式的概述：①理论联系实际，提高课堂效率。②利用现代化的教学手段——CAI软件，增强教学效果。③加强实践教学环节，重视学生能力的培养。④积极参加学术研讨，不断提高业务水平。这四大方面涵盖教学的方方面面，也对教师自身能力提出了要求，需要根据实际情况来深化和落实。（2）充分发挥学生的积极性，培养目标决定了师资班学生必须具有很强的师范性，三笔字、多媒体课件制作以及课堂教学设计等都是需要持续的锻炼和提高。要积极发挥学生学习的主动性，教师起到启发和引导作用。每堂课可以适当留5～10分钟给同学们来讨论，锻炼独立思考和表述能力。精选实例引发学生的学习兴趣，对学习能力较强的同学，可以引导其进行一些研究型学习。强调系统建模、分析，适当淡化部分推理。利用仿真软件，多媒体课件来使抽象概念形象化。（3）勇于尝试适合自身的教学方式，目前我们正在尝试把重点和难点以专题的形式让学生课下进行讨论，每组设组长1名，负责组织并记录讨论结果和疑难点。完成一整章的授课内容后，抽出1小节时间由各组组长对重点难点进行简单的说课。把他们的理解和讨论结果拿出来分享，这样既能够有效加强知识点的理解，同时也可以提高学生的讲授能力、逻辑思维能力及综合素养。

开展这种形式的教学，难点在于学生需要花费很大的精力在这门课的学习上，而且要具有较强的自学能力。这对于一部分同学来说可能要求有点高，所以分组和组长的选用非常重要。组长必须能够带动组员积极思考，发现并解决问题。教师应根据作业，答疑及课堂反馈等情况，让接受程度高、责任心强的同学担任组长。

二、突出职教师资特点

在自动控制原理辅助教学上，最流行的辅助软件当属matlab。它的Simulink仿真工具箱和控制理论分析工具箱为用户提供了强大的分析手段，利用它可以大大简化计算并且提高分析效率。可方便实现时域分析、根轨迹绘制、伯德图绘制乃奎斯特曲线绘制等功能。对于师资班的学生掌握必要的分析手段，对应用能力的培养至关重要。另一方面，如果今后踏上教学岗位多媒体课件制作也是必备手段。而自动控制原理多媒体课件不同于一般课程，它专业性非常强。一些动画、视频图像等素材必须通过专业的辅助软件才能获得。我们在教学过程中，本着方便易用的原则。对教学中几个难点：时域分析、根轨迹绘制和系统校正等知识点，逐步制作辅助分析软件。其中系统响应的在线分析软件取得了较好的教学效果，它为繁杂的公式推导和响应曲线不能动态化的问题提供了良好的弥补措施。在教学软件的制作技术上，经过认真考虑，没有使用matlab。由于该软件用于控制系统辅助分析时，功能虽然强大，但是都借助于工具箱函数或者现成的分析工具，比如sisotool和LTI Viewer。这些经过封装的函数或者工具箱，不利于对系统分析原理的掌握。而师资班的学生，必须要对原理有较深的理解和掌握，才能为今后的教学工作打下坚实基础。最后经过考虑，我们选了excel_vba作为编程语言来开发辅助分析软件。选择该环境的主要优势如下：①VBA是Visual Basic的一种宏语言，主要能用来扩展Windows的应用程式功能，是一种用来控制应用程序的语言，简单易学，应用广泛，特别是对Microsoft Office软件功能的扩展。教师要经常与office软件打交道，对其熟练使用并能够进行扩展，是教师的重要技能之一。②excel软件应用广泛，具有一定的数据分析和可视化能力。而控制系统的分析，对数据可视化的要求并不高，对三维作图要求不高时，该软件完全可以胜任。③excel占资源少，通用性也很好。目前几乎所有的电脑都有安装office软件，而matlab软件的通用性较之相差甚远。④使用excel_vba来开发，可以将分析原理毫无保留地展现出来，这点对用户理解和学习控制系统分析原理非常有益。我们利用excel_vba技术制作的控制系统时域辅助分析软件，已经服务与教学。学生对该软件具有较好评价。该软件不仅能够正确绘制系统时域响应曲线，还可以计算调亮、调节时间等性能指标。对于高阶系统，软件能够在excel中计算并输出劳斯表，并可根据劳斯判据分析系统的稳定性。同时也可以求出系统的所有闭环特征根，根据根的分布情况来判别系统的稳定性，两种方法可以相互对比，从而确保分析结果准确无误。该软件的设计完全是创新应用，已经成功申请登记计算机软件著作权，登记号为：2012SR038269。

职教师资班课程教学和普通本科教学相比有着鲜明的自身特点，在教学过程中必须具体问题具体分析。师资班自动控制原理课程教学必须结合学生自身特点，突出应用性和实践性。同时灵活运用探究式、案例式、讨论式等多种教学手段方式并结合多媒体辅助分析工具来增强教学效果。

参考文献：

[1]李新玲，张国.职教老师从哪儿来[N].中国青年报，2008-07-14.

[2]幸晓维，叶健夫.广东统计年鉴2012[EB/OL].

http：//www.gdstats.gov.cn/tjnj/2012/table/18/18-02.htm，2013-10.

[3]刘慧英.“自动控制原理”课程的改革与实践[J].西北工业大学学报，2000，20（1）：81-89.

[4]袁玲，裴海龙，彭康拥.MATLAB在自动控制原理CAI教学中的应用[J].计算技术与自动化，2006，25（1）：100-102.

作者简介：伍银波（1984-），男，硕士，广东技术师范学院自动化学院讲师，主要从事智能化电气技术、系统集成等方面的研究。endprint