基于项目化的自动控制原理课程改革

杨裕翠 曹凤莲

基于项目化的自动控制原理课程改革

杨裕翠 曹凤莲

（淮阴师范学院物理与电子电气工程学院，江苏 淮安 223300）

【摘 要】《自动控制原理》是一门理论性很强的专业基础课，是自动化及其相关专业的重点课程。该课程学习过程中与实际系统结合不紧密，学习具有一定难度，学习效果较差。本文尝试将项目法用于该课程的教学过程中，分别在理论教学、实验教学、课程设计方面进行了设计，实践表明该方法效果较明显，能有效改善学生的学习效果。

【关键词】自动控制原理;项目法教学;课程改革

中图分类号： TP13 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）08-0046-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.018

Curriculum Reform of Automatic Control Principle Based on Project Method

YANG Yu-cui CAO Feng-lian

（Huaiyin Normal University Huaian，Huaian Jiangsu 223300，China）

【Abstract】"Automatic Control Principles" is a theoretically strong professional foundation coursewith complex theory， which is the key course of automation and related majors.In the learning process of this course，it is not closely integrated with the actual system，so the learning is difficult and the learning effect is poor.This paper attempts to apply the project method to the teaching process of the course.It is designed in the aspects of theoretical teaching， experimental teaching and curriculum design.The practice shows that the method is effective and can effectively improve the learning effect of students.

【Key words】Automatic Conrol Theory;Project teaching;Curriculum reform

0 引言

在科学技术日新月异的今天，自动控制技术已成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。随着人工智能的飞速发展，其控制理论基础——“自动控制原理”的地位也越来越重要。《自动控制原理》作为大学本科自动化及其相关专业的一门非常重要的专业基础课，在控制相关专业的课程体系中占有很重要的地位，是学生学习数字控制、计算机控制系统、过程控制等后续的应用型专业课程必需的知识基础储备。同时能加强学生的综合分析能力、理论联系实践能力、团队合作能力，因此该课程的地位和作用更为突出。

1 改革的必要性

该课程主要学习经典控制理论，主要包括模型的建立、系统分析与系统综合，配有相对应的实验教学。但是，实际的教学效果差强人意，主要体现在：（1）课堂教学效果差。目前课堂教学仍是以老师讲，学生听为主要手段，在此过程中部分学生缺乏学习主动性，课堂吸收少甚至是不吸收。也有部分同学基础不牢固，在学习过程中感觉吃力甚至有听天书的感觉。同时老师感觉讲解的很累，还没有效果。（2）课后作业没有达到巩固学习的效果。目前课后作业与实践结合的少，很多同学觉得做这些没有意义，再加上大家的作业都一模一样，因此抄袭参考就成为一部分人的选择。（3）实验教学效率低。实验有的以MATLAB为主，结合实践能力弱;有的是一些简单电路的搭建，学生觉得和模电、数电实验无区别，因此普遍缺乏积极性，效果差。

2 项目教学法的尝试

针对这些情况，尝试在教学中采用项目教学法。项目教学法是行为引导型教学方法中的一种，是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。这是一种全新的尝试，在一门纯理论的课程教学中加入适当的实践环节，让学生既动脑又动手。希望通过这种方法的使用，充分将理论和实践相结合，调动学生学习的积极性，掌握《自动控制原理》课程学习的技巧和方法，能顺利将课本知识和实际生产生活中的实际应用很好的结合起来，为今后走上工作岗位从事自动控制相关开发工作打好坚实的基础。

2.1 改革目标

通过确立的项目主题，把课本的理论知识和现场作业相联系，使学生的学习更有针对性和实用性，也加强和巩固学生对理论知识的掌握，同时也因为项目的综合性，使学生對专业相关课程的知识能够更好的掌握，实现学科交叉教学，促进专业知识的融合。具体教学目标为以下三点：

（1）通过项目法教学使学生掌握《自动控制原理》的基础知识，包括自动控制系统的相关概念、性能指标、分析方法（时域法、根轨迹法、频域法）、设计方法、校正方法等。

（2）通过项目法教学使学生掌握自动控制系统设计的一般步骤和设计方法，能对所建立的系统进行性能分析和校正。

（3）通过项目法教学使学生掌握常用的一些自动控制系统设计的子项目，为今后从事大型系统的设计开发作好铺垫、打好基础。

2.2 改革内容

将项目教学法融入《自动控制原理》课程的理论教学、实验教学、课程设计等教学过程中。具体改革内容如下：

（1）理论教学部分：将自动控制原理基础知识的学习转化为10-15个应用于实践的工程项目，通过对工程项目要求的讲解，项目中涉及的基本知识的讲解，以及项目完成步骤的阐述和对学生完成情况的评价等步骤完成这些项目的教学，在此过程中让学生更好的掌握相关理论知识。同时由于该课程的特点，部分知识可以拿出来做翻转课堂，使学生能学会，可讲出，全面掌握自动控制系统。

理论教学中，相关项目的完成主要以教师为主体，以教师的讲解为主。实施步骤为：

①对具体项目目前的研究现状和市场前景进行讲解。

②讲解本项目完成过程中所需要用到的相关的软硬件知识，对于比较简单的部分可以要求学生自学及讲解。

③要求学生思考项目完成的方法、步骤，并利用课堂进行交流、讨论。

④教师对学生的交流讨论进行评价，并按照交流和讨论的结果逐步给学生讲解项目的具体完成步骤。

课堂教学参考项目如表1所示。

（2）实验教学部分：为了提高学生对实验课程的重视程度、对动手操作的兴趣，提高课程实验教学成绩在最后课程总成绩中的比重。在具体进行实践教学时，将自动控制原理的课程实验设置成6-8个和理论教学的项目相关的、难度稍大的工程实际项目。实验讲义上可以帮助学生规划好项目的设计要求和注意点，学生通过分组建立实验小组，进行相应的思考、设计、在实验课堂上或是开放实验室完成项目软硬件的设计，完成对项目的仿真，撰写相关报告。课后有兴趣的同学还可以自己动手，购买相关元器件，按照自己的设计制作出相应成品。最后教师对学生完成的步骤进行总结和评价。

实验教学中，具体项目的完成主要以学生为主体，以学生的自行完成为主。实施步骤为：

①布置具体的实验项目，给出项目设计的任务书。

②学生查阅相关项目的背景资料——决定设计方案——选择元器件——硬件电路构建——软件编程——系统调试——撰写设计报告。

③根据学生的完成情况和撰写的报告，教师对学生项目完成过程中的设计方案、硬件电路结构、软件编程的思想进行总结评价。

实验教学参考项目如表2所示。

（3）课程设计部分：建议增加一周的课程设计时间，要求学生按照理论教学、实践教学过程中掌握的相关知识，查阅相关资料，自行选题，设计制作一个自动系统。要求将选题、设计方案、仿真结果交给教师进行审核，审核通过后才能进行相关操作。一周的时间学生对通过审批的项目进行硬件的设计、电路板的设计制作、相关元器件的焊接、系统调试，直到完成自己的实际作品。最后要组织相关教师对每一位学生的成品进行答辩验收，给出总评成绩。养成自主学习和探索的优良习惯，增强其学习的主动性和积极性，培养其工程意识和创新精神。

课程设计中，充分调动学生的积极主动性，完全以学生为主体，教师主要负责对学生完成的情况进行总结和评价。实施步骤为：

（1）学生自拟题目。

（2）上交实验选题，教师审批。

（3）学生自己查阅资料，拟定任务书，进行软硬件规划设计，完成仿真，制作电路板，焊接元器件，最后完成成品。

（4）组织相关教师对学生的作品进行答辩验收。

2.3 改革拟解决的问题

怎样学好《自动控制原理》的理论部分，怎样将自动控制原理的理论知识很好的融入到每一个自动控制系统设计中去，让学生在攻克每一个工程项目的同时，全面、更好的掌握相关理论知识。

3 项目法改革注意点

（1）项目的选择

项目教学法成败的关键是设计合适的工作任务。要围绕自动控制理论的教学目标，提高学生对具体系统建立数学模型的能力、分析系统的能力和设计控制系统的能力，同时提高组织协调能力来选择合适的项目。项目的大小和难度要适中，既有助于提高学生的能力，又能通过努力实现。

（2）项目的要求

这部分由老师提出，老师综合学生所学理论和实践知识，以及学生的理解能力来提出项目要求。给出项目的最终目的、性能指标的要求，以及本项目涉及的基本知识点。

（3）分组工作，系统分析

一个班级划为多个任务小组。每小组对任务进行分析，包括对系统要求的分析、数学模型的建立、控制方案的确定、软件仿真、硬件软件功能的划分等。这时候老师要给予一定的指导。分析后可以进行合适的硬件结构设计。

（4）控制方案的实现

硬件结构一旦确定，就可以进行系统的设计。如需软件，同时进行软件的分析、设计、实现。系统设计完成后进行调试，如能达到预期目标，则该项目完成，进行项目报告的书写工作。

（5）讨论和评估

把全班同学组织在一起，举行一次评估工作。对每个项目进行一次讨论，总结实验过程中遇到的问题和交流解决办法。并根据每个项目的完成情况进行综合评分。

4 结束语

《自动控制原理》课程理论性较强，和实际系统结合的不紧密，这就造成学生学习起来兴趣不高，效果较差。本文针对目前的现状，提出了将项目法教学应用于该课程中。针对理论教学、实验教学和课程设计方面提出了一些具体项目与实施步骤。在项目教学中，学习过程成为一个人人参与的创造实践活动，注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。学生在项目实践过程中，理解和把握课程要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的思想和方法，已达到事半功倍的效果。

【參考文献】

[1]胡寿松主编.自动控制原理（第6版）[M].科学出版社，2013.

[2]陈磐.“自动控制原理”教学方法浅析[J].科教文汇（中旬刊），2015（12）.

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[4]刘海涛，赵娟，李伟洪.面向创新能力培养的自动控制原理教学方法研究[J].中国教育技术装备，2015（24）.

[5]陈珍萍，黄友锐，刘淮霞，唐超礼.基于学习产出的“自动控制原理”教学改革[J].电气电子教学学报，2016（04）.