Flash动画－Matlab联合仿真技术在高职高专自动化专业 《自动控制原理》教学中的应用研究

◆摘  要：在高职、高专院校中，《自动控制原理》这门课程是重点也是难点，实际教学工作中学生普遍存在理解难、记忆难的问题，基于此，在实际教学过程中充分应用Flash与Matlab等教辅工具已是势在必行。本文分析了目前高职、高专院校在《自动控制原理》教学中的主要问题，整理了优化的教学思路，并重点探讨了Flash与Matlab的教学优化路径。

◆关键词：Flash动画;Matlab;自动控制原理

一、引言

《自动控制原理》作为是高等职业学院、高等专科学校最为重要的专业课程之一，涉及到设备自动化工程、电气工程、机电工程等多个领域的专业知识，且与高等数学、工程数学、模拟电子技术等学科高度衔接，学科理论性较强，要求学生具备较强的抽象思考能力与逻辑思维能力，这也使得《自动控制原理》这门学科的学习难度较大。

基于此，各大高职、高专院校的教育工作者应当充分挖掘教材内容，调研学生实际学习情况，充分应用各类教学辅助工具，如常用的Flash与Matlab等，化抽象的理论知识为直观的教学案例，从而在丰富课堂教学内容、提升学生学习兴趣的同时，降低学生对于《自动控制原理》这门课程的理解难度，让学生能够更加深刻地了解该门课程的各个知识点，从而提升教学成效。

二、高职、高专院校在《自动控制原理》教学中存在的主要问题

（一）学生基础知识薄弱、理解困难

《自控控制原理》这门课程要求学生必须具备较为扎实的数学知识、电子电路基础知识与较强的抽象思考能力与逻辑思维能力。但由于目前我国高职、高专院校生源的特殊情况，导致大部分学生在这些知识上或多或少存在着基础知识薄弱、思维能力欠缺的问题，这也导致学生在学习《自控控制原理》这门课程时，难以在脑海中将教师教授的抽象的理论知识有效地转化为便于自身理解与记忆的图像，使得学生听不懂、学不透的问题的产生，进一步打击了学生的学习热情。

此外，部分学生对于《自控控制原理》这门课程的认识不足、认知程度较低，认为该门课程与后续的毕业与就业无关，便采取消极的学习态度，这也进一步加剧了任课教师的教学难度。

（二）教材内容理论知识繁杂

《自控控制原理》这门课程涉及的专业知识领域较广，这也使得该门课程的教材内容中存在知识点密集、理论知识杂乱、缺乏实际教学案例的问题。除此之外，不少高职、高专院校因基础设施建设不足，难以给予学生足够的课程实践的机会，这也使得不少学生对于该门课程主要学习方式便是教师在课堂上进行单向式的理论知识灌输。这种缺乏实际案例与实践经验的教学方式，自然也使得不少学生难以深刻理解与消化本身难度较大的理论知识。

（三）教学模式、教学观念滞后

《自控控制原理》这门课程中不少理论较为抽象，且缺少较为直观与具体的教学案例，学生往往难以将之与现实生活形成有效联系，从而导致其形成有效理解与记忆。而目前在大多数高职、高专院校中，不少任课教师的教学观念较为保守，仍然沿袭着过去传统的“一言堂”式的教学方式，未能在课堂教学中体现出学生本应具备的主体地位，使得学生只是被动地接收理论知识，难以在课堂上形成学生与学生之间、学生与教师之间的良性互动，使得整个知识的传输过程趋于单向式，未能形成有效地循环闭环，使得教学质量每况愈下。

三、基于Flash与Matlab等教学辅助软件的《自动控制原理》教学优化思路

（一）创新课堂教学理念

针对上述问题，对于高职、高专院校而言，应当积极汲取创新型教育教学理念，优化现有的教学内容安排，创新教学设计，丰富课堂教学模式;对于任课教师而言，应当深入挖掘教材内容，有效地归纳与总结《自控控制原理》这门课程中较为杂乱的知识点，将这些知识点模块化、项目化，并在课堂教学环节充分应用Flash与Matlab等教学辅助软件，从而吸引学生的注意力，提升学生的学习专注度与参与度，并将《自控控制原理》这门课程中较为抽象化、理论化的知识点，转化为具体而形象的教学案例，不断提升学生对于理论知识的理解程度，进而提升该门课程的教学成效。

（二）优化教学方式

《自控控制原理》这门课程的传统教学方式为教师手持粉笔与教材，向台下的学生宣讲理论知识，并在黑板上书写重要的知识点，这个过程呈现出单向化的特点，未能形成施舍给之间的有效互动。随着教育改革工作的不断深化，不少高职、高专院校的软、硬件设施条件均得到了大幅提升，教學辅助工具的可选择性也日益丰富。在此背景下，高职、高专院校与任课教师通过应用这些教学辅助工具，能够大幅提升整个课堂教学氛围的生动性与趣味性，从而提升教学质量与效率。具体而言，教师在课堂教学过程中加入Flash动画，可将较为杂乱的知识点优化为结构更加清晰、相互关系更加明确的结构模块;通过使用Matlab中的SIMULINK模块，可将抽象的自动控制系统转化为更加直观的可视化的建模，更加便于学生理解。

（三）注重课堂教学的实践环节

在高职、高专院校中开展《自动控制原理》课程的终极目标是让学生能够充分掌握机械、设备自动化控制的原理及机理，从而能够运用这些知识解决实际生产过程中可能遇到的各种问题与难题。因此，高职、高专院校与任课教师应当高度重视课堂教学中的实践环节，除了组织学生进入实际生产车间中进行实地操作之外，也可通过Flash动画与Matlab搭建起一个仿真的工作场景，让学生通过在其中进行模拟操作，在不断加深学生对于所学知识点的认知的同时，在一定程度上提升学生解决实际问题的能力。

四、基于Flash与Matlab的《自动控制原理》教学优化路径

（一）通过应用Flash动画强化学生对于知识点的理解

建模作为提升理论知识认知水平的有效途径，对于帮助学生全面掌握、系统学习理论知识具有积极的意义。对于《自动控制原理》这门课程而言，教材内容中知识点割裂性较强，学生难以对其形成一个系统化的深刻认识。而任课教师在实际教学工作中，可通过引入Flash动画的方式，实现教材知识点的建模，从而有效地根除这一问题。

例如，教师在讲解讲授《自动控制原理》第一节内容：自动控制的概念与定义以及研究范围时，可通过制作Flash动画的方式进行形象化的阐释。如图1中所示为手动控制的动画演示，而图2则是自动控制的动画演示，通过分别制作自动与手动这两段Flash动画，使得这二者形成鲜明的对比，从而加深了学生对于自动控制概念的理解与记忆。

（二）通过MATLAB软件优化理论教学，培养学生综合分析能力

MATLAB是一款主要用于数据分析、图形处理、控制系统模拟的数学软件。对于《自动控制原理》而言，通过在课堂教学中应用MATLAB中，能够有效提升学生对于自动控制系统各部分内容的理解。

MATLAB中的Control Toolbox与SIMULINK等模块能够让学生直观而清晰地了解到自动控制的主体结构、各个部分的具体构成、系统的运转机理等重要内容，从而不断加深对于相应知识点的理解与记忆。

《自动控制原理》这门课程涉及到许多图形的研究分析，若通过人工进行绘图，则费时费力、得不偿失，而通过MATLAB中内置的强大绘图功能能够大大简化绘图工作的难度，提升教学效率。例如：任课教师在讲解《自动控制原理》中的时域分析、根轨迹分析、频域分析这部分内容时，可适度缩短这部分内容理论知识的宣讲，将大部分时间留给学生进行实际操作。学生在教师的指导下，通过电脑上的MATLAB软件绘制出具体的响应曲线、根轨迹图、频率特性曲线图等图形，并通过MATLAB上的相关功能，调整这些图形的参数并观测参数变化会引起图形发生何种变化，变化原因为何，从而对于这一部分的知识形成一个更加深刻的认识。而通过MATLAB进行自动绘图，在提升绘图效率的同时也避免了人工绘图误差的产生，从而使得模拟实验更加趋近于实际应用场景。

通过这样的教学方式，不仅改善了理论知识的教学方式，提升了教学质量，也在一定程度上培养了学生的综合分析能力。

（三）通过虚实结合的方式提升实验教学成效

目前不少高职、高专院校的实际教学工作中，往往存在学生不重视教学实验、依赖实验指导书甚至直接抄袭试验报告的问题。为了改善这一问题，提升实验教学的成效，教师可采用“虚实结合”的实验教学方式展开工作。

在这之中，“实”是指任课教师依旧维持现存的实验教学方式，让学生在实际环境下完成教学内容;而“虚”是指任课教师在“实”的基础上，充分应用MATLAB的控制系统分析功能，加入仿真实验的教学内容，让学生根据过去学习的专业知识，进行仿真实验。因为MATLAB所搭建的是虚拟化的应用场景，对于时间及空间的要求较低，所以学生可自行选择实验时间与实验地点，从而极大地提升了学生学习的自由度，并且这种“虚实结合”的实验教学方式也能够有效提升学生的创新能力与综合应用能力，从而提升《自动控制原理》这门学科的整体教学质量。

五、结语

综上所述，《自动控制原理》这门课程因其自身特点，存在学生理解困难，难以有效地实现理论联系实际，因此，广大高职、高专院校及任课教师应当高度重视教学辅助工具对于课堂教学的重要意义，在实际教学工作中，用好Flash与Matlab这两款教辅软件，强化学生对于知识点的理解与记忆，并不断提升学生的综合应用能力与解决实際问题的能力，从而提升课程教学质量。

参考文献

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作者简介

赵荣妹（1983--），女，汉族，硕士，云南曲靖人，讲师，主要从事高职高专自动化专业教学工作。