应用型人才培养的自动控制原理课程教学改革

杨延丽

摘 要：自动控制原理是工科专业的重要专业基础课，为了顺应当今工程应用型人才培养的大趋势，需要通過对传统课程进行教学改革，才能培养出具备一定工程应用能力的人才。通过对自动控制原理课程的新需求进行分析，提出了自动控制原理课程教学改革的方向，通过理论教学与工程实际相结合、MATLAB仿真软件引入课堂以及实验教学环节改革等三个方面进行课程教学改革，能够有效地改善传统课程中学生只会做题而不会实际应用的缺点，培养学生活学活用的能力，使得学生称为适应社会实际需求的应用型人才。

关键词：《自动控制原理》 工程应用型 教学改革 MATLAB

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0160-02

随着现代工业的发展，产业结构的不断优化，无人化工厂、智能制造已经称为未来的发展趋势。在这一发展过程必然离不开自动控制技术的发展，培养适应社会快速发展的工程应用型人才的需求愈加迫切。

应用型人才就是把成熟的技术和理论应用到实际的生产、生活中的技能型人才。应用型人才通常工作在生产的第一线，有一定的实践积累，能够指导并解决生产过程中的重要技术问题，同时具备设计和研制新产品、新工艺、新设备的综合性能力[1]。普通高等院校通过与相应的企业合作，在培养人才的过程中与企业进行有效对接，了解企业需求，培养更多具备专业化知识结构和实践背景的工业化发展急需的应用型人才。此外，企业寻求高校解决生产过程中的瓶颈问题，这些问题可以作为课题在促进企业技术更新的同时，也为高校培养出具备科研能力与生产实践能力的教师队伍。

自动控制在任何工程和科学领域都是不可缺少的，在航空宇航、机器人系统、现代制造系统、各类武器系统以及任何工业操作过程中，自动控制都是其重要的组成部分，因此作为未来的工程技术人员及科研人员，都必须熟悉自动控制原理的理论与实践知识。目前的课堂教学过程中，往往更注重理论知识的传授，而忽视了工程物理背景和实践积累，因此，需要在未来的教学中增加实践知识的讲授，特别是与企业的具体需求相一致，使得学生从事相关行业后，能够快速胜任专业相关工作，快速成长起来。自动控制原理作为工科专业的重要专业基础课，课程的教学改革当以培养应用型人才作为根本的出发点，通过对课程的教学改革，培养学生分析问题解决问题的能力，真正将所学的原理应用到实践中，解决生产生活的实际问题，成为真正的应用型人才。自动控制原理课程的教学改革主要从理论教学与工程实际相结合、MATLAB仿真软件引入课堂以及实验教学环节改革等三个方面进行。

1 理论教学与工程实际相结合

将自动控制原理与工程实际相结合是改革发展的必然，是教学改革的重点[2-4]。

《自动控制原理》作为自动化专业的核心课程、工科的重要课程，其教学过程和实践将直接关系到学生对自动控制技术的认知及能否掌握应用更多先进的控制技术，因此如何教授好该课程使学生对自动控制真正产生兴趣并学有所得具有重要意义。《自动控制原理》课堂教学主要内容：自动控制系统建模，主要包括机械系统、电系统、液压、气压等流体系统的模型建立，由微分方程、传递函数到系统的时域、复数域、频域的分析方法等理论知识。讨论控制器设计（PID控制、PD控制等）、系统的校正等基本原理和方法，使学生能够从理论上认识和理解自动控制的内在机制，培养综合性分析和解决问题的能力。该课程涵盖内容较广，理论性极强，要求具有良好的数学基础，因此教学具有一定的难度。对于不同层次的学生，对于理论的讲授要求也不同。随着高校课程的改革，学时缩短，在短时间内讲授理论性强的课程需要有所取舍，更多强调学生会用所学原理进行实际的系统的分析。因此理论教学与实践教学相结合具有重要意义。

在实际教学过程中，鼓励学生积极参与实际项目，工程实际的项目或题目可以是企业的相关项目，可以是教师的科研项目。在教师的指导下，直接参与资料搜集、方案制定、系统设计和软硬件调试的过程。如某发动机上的一个活门，作为一个简单的机械-阻尼器-质量块系统，通过启发引导学生从建模开始，推导出系统的传递函数，进行系统的性能分析，并结合仿真计算，如利用MATLAB进行模型搭建、阶跃响应分析，分析系统的关键参数如弹簧刚度、质量块的质量、甚至阀芯阀套上型孔的形状和大小对系统性能的影响，给出工程上的改进方向。这是一个工程实例完整的建模分析过程，通过引导学生自主去解决这些实际问题，更能够使其所学的知识学有所用，激发学生的兴趣，引导学生从实际出发去分析解决问题，可以快速地促进学生的成长。

2 MATLAB的应用

目前，在实际的工程科研项目中，MATLAB软件在系统设计时应用较为广泛，尤其是航天航空领域，主要用于系统建模、控制系统的设计。由于MATLAB软件在对控制系统进行频域分析方面存在优势，增加MATLAB的仿真内容，不仅能够通过软件计算验证所学知识的正确性，而且可以很直观地观察到系统参数变化对系统性能的影响。MATLAB的SISOTOOL更是进行控制系统设计的有效工具，通过MATLAB控制系统仿真过程中的模型搭建、系统参数修正、性能分析，较好地锻炼学生应用该门学科的能力，也为后续从事控制系统的设计打好坚实的基础，使学生感受到控制理论的魅力，深刻理解了学以致用的意义[1，3]。

3 实验教学环节改革

现行开设的实验均为传统的验证性实验，对培养学生的实践能力略有不足。实验所使用的设备为模拟电路工具箱，其内包含各种封装好的模拟器件，学生在实验的过程中只需要连接相应器件即可搭建模型，经由示波器观察实验效果。这些实验内容均以验证性为主，不具有拓展性，也无法真正锻炼学生的实践动手能力，对于加深理解控制系统及其典型环节收效甚微。针对传统的实验教学内容，可通过建设专门的虚拟实验室、增加设计性和综合性实验来解决。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验，培养学生归纳整理的能力及运用所学知识和方法建立新方案的能力，使学生的实验与创新能力得到全面锻炼，科学的工作态度和创新精神得以培养。通过综合性的实验使得学生能够自主地利用图书馆资源、网络资源，提出自己的实验方案，并亲自通过现场调试来验证，最后对结果进行分析、总结。此过程能够加强对学生基本工程实践能力培养，获得较好的教学效果。

4 结语

本文所提教学改革能够更好地激发学生的兴趣，调动其学习的主动性，充分掌握理论知识，并且培养较好的仿真分析能力，具备分析和设计实际系统的能力，为后续的工程设计打下较好的基础。

参考文献

[1] 段纳，王世进.自动控制原理课程探究式教学方法研究 [J].消费导刊，2017（22）：71-72.

[2] 王喜莲，林飞.“自动控制原理”课程教学探索[J].电气电子教学学报，2015，37（4）：29-31.

[3] 张玉叶.“自动控制原理”课程中的细节教学[J].电气电子教学学报，2014，36（3）：68-70.

[4] 郭爱文，周洪.“自动控制原理”课程教学改革探讨[J].电气电子教学学报，2014，36（1）：11-12.