主頁 > 技術(shù)文章 > 試論電氣自動化專業(yè)控制類課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容改革研究 2024-09-30

試論電氣自動化專業(yè)控制類課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容改革研究

摘要：探討了電氣及自動化專業(yè)控制類相關(guān)課程關(guān)系及地位，結(jié)合控制類課程的問題進(jìn)行深入的分析與研究，從教學(xué)內(nèi)容、方法及形式、教材建設(shè)、實踐教學(xué)等方面進(jìn)行全方位、多層次的改革探索和實踐，將對教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)方面有明顯效果。
　　對于電氣及自動化信息類專業(yè)學(xué)生來講，控制類相關(guān)課程具有重要地位，主要包含“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機(jī)控制”等相關(guān)課程。“自動控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”課程是研究自動控制系統(tǒng)的共同規(guī)律，為自動控制系統(tǒng)的分析和綜合提供基本理論、基本方法的一門專業(yè)基礎(chǔ)課該課程，是一門重要的控制類專業(yè)的基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性，對于工程實踐具有重要的指導(dǎo)作用，因而受到人們的廣泛重視。目前不只是控制類專業(yè)，越來越多的非控制類專業(yè)也都把自動控制理論作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課來學(xué)習(xí)。但是“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”課程數(shù)學(xué)計算和理論分析比重大，是本科生遇到的最抽象、難度最大的課程之一，加之未接觸專業(yè)課，沒有具體應(yīng)用的物理模型，僅以數(shù)學(xué)模型為基線講，學(xué)生往往會認(rèn)為“自動控制理論”與專業(yè)無關(guān)而無學(xué)習(xí)興趣，這是多年來常規(guī)教學(xué)始終感到困惑的原因。而后續(xù)“運(yùn)動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機(jī)控制”專業(yè)課是以電動機(jī)為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動化控制系統(tǒng)。如何講授“強(qiáng)理論性”課程，使學(xué)生真正認(rèn)識到學(xué)好理論可獲得對電氣信息類多門專業(yè)課的理論支撐，從而學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程是教學(xué)改革的主要目的。需結(jié)合“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”專業(yè)基礎(chǔ)理論課程與“運(yùn)動控制理論”、“儀表及過程控制”，“計算機(jī)控制”專業(yè)課程的問題進(jìn)行深入的分析與研究，從教學(xué)內(nèi)容、方法及形式、教材建設(shè)、實踐教學(xué)等方面進(jìn)行全方位、多層次的改革探索和實踐，將對教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)方面有明顯效果。
　　本項目探討了如何更新和重組控制理論相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容，保證教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實用性，以適應(yīng)形勢發(fā)展的需要。提出如何學(xué)習(xí)和掌握這些課程，包含“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機(jī)控制”等控制類課程的教學(xué)內(nèi)容的一些方法和措施。
一、教學(xué)內(nèi)容、方法及形式改革：
　　1.教學(xué)設(shè)計：
　　近年來，不斷更新觀念，壓縮精簡陳舊過時的教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)現(xiàn)代理論及現(xiàn)代方法的內(nèi)容，很好地解決先修課程和后續(xù)課程的銜接問題，避免內(nèi)容的重復(fù)，進(jìn)一步優(yōu)化課程體系。建立一套適應(yīng)性強(qiáng)的包括理論講授、計算機(jī)輔助設(shè)計、實踐教學(xué)和強(qiáng)化訓(xùn)練等方面在內(nèi)的全方位教學(xué)新體系。
　　2.教學(xué)方法：
　　將課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、課程研討、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等有機(jī)地結(jié)合起來，并充分利用多媒體教學(xué)手段提高教學(xué)效率、創(chuàng)造視覺的新感受、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。內(nèi)容取材時，不僅體現(xiàn)控制理論課程內(nèi)知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，還體現(xiàn)課程群之間的相互關(guān)系。
　　3.教學(xué)手段：
　　在教學(xué)組織過程中，積極采用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)手段，在多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)課程等方面努力探索。統(tǒng)一制作“自動化概論”、“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動控制理論”、“過程控制理論”、“計算機(jī)控制”電子教案和CAI課件，并將授課課件發(fā)布在課程網(wǎng)頁上，可供學(xué)生課余預(yù)習(xí)、瀏覽、復(fù)習(xí)等。另外，教學(xué)大綱、授課計劃、實驗指導(dǎo)書、學(xué)習(xí)指導(dǎo)以及教材和參考文獻(xiàn)均可通過網(wǎng)絡(luò)方便查閱。在課程開始即公布授課教師的信箱和電話號碼等聯(lián)系方式，密切授課教師與同學(xué)之間的聯(lián)系，使學(xué)生有問題可及時獲得老師的輔導(dǎo)答疑，也可通過網(wǎng)上答疑相互交流，打破班級與時間的束縛，在平行班級中實行聽課和答疑共享。
　　4.教學(xué)改革與教學(xué)研究：
　　精簡教材和教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)組定期進(jìn)行集體備課，加大對該課程與前后各門課程之間的銜接研究，避免內(nèi)容上的重復(fù)，使其與其他相關(guān)課程融合為一個有機(jī)的整體。建設(shè)可用于大多數(shù)工科專業(yè)的“控制理論”平臺課程。不斷改進(jìn)和完善本課程的新體系結(jié)構(gòu)，充分體現(xiàn)其基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、前沿性和系統(tǒng)性；配合新的教材和課程體系，研究并建立配套的新實驗體系，強(qiáng)化自主性、設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性；以MATLAB軟件為基礎(chǔ)，構(gòu)造開放式小車倒立擺綜合實驗平臺，將分析、設(shè)計、仿真、虛擬實驗、模擬實驗融為一體；開發(fā)先進(jìn)的多媒體課件，將MATLAB平臺和虛擬實驗融入到教學(xué)過程中，使教學(xué)更為直觀生動，更具趣味性和吸引力；完善了課程網(wǎng)站，完成了課程輔助教材的修改和編寫，各類題庫建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計功能、遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)、虛擬實驗內(nèi)容的擴(kuò)展及網(wǎng)絡(luò)版的開發(fā)等；使其真正成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、師生互動、雙向交流的園地；教考分離，采用試題庫出題，統(tǒng)一考試，流水閱卷，考后進(jìn)行詳細(xì)的試卷分析。
二、實踐教學(xué)改革：
　　實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生能力培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)。工科學(xué)生除要掌握一定的工程技術(shù)知識外，還要有較強(qiáng)的實際動手能力。
　　1.改革實驗課教學(xué)，建立體化實驗教學(xué)體系：
　　實驗教學(xué)是“控制理論”課程的重要組成部分。通過實驗不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，驗證所學(xué)理論，而且對所學(xué)內(nèi)容能夠提出一些新的見解。為了適應(yīng)教學(xué)改革的需要，在實驗室建設(shè)方面的指導(dǎo)思想是：將傳統(tǒng)的模擬實驗與MATLAB環(huán)境下的仿真實驗相結(jié)合，將基礎(chǔ)理論驗證類實驗與自主型、綜合型、設(shè)計型實驗相結(jié)合，將基本實驗與創(chuàng)新實驗相結(jié)合，建立一個立體化的實驗教學(xué)體系，從而滿足不同階段實踐教學(xué)的需要，為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識提供硬件平臺。
　　由于實驗課內(nèi)容和形式的多元化，大大激發(fā)了學(xué)生做實驗的主動性、積極性和創(chuàng)新性，學(xué)生可以通過預(yù)約或上網(wǎng)自主地開展多項實驗，進(jìn)行理論驗證、性能分析和綜合設(shè)計，對提高學(xué)生的實踐能力和本課程的學(xué)習(xí)都將起到良好的作用。
課程組織形式與教師指導(dǎo)方法，對于教學(xué)大綱規(guī)定的必做實驗，由任課教師和實驗教師共同指導(dǎo)完成；對于設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗，學(xué)生自己利用課余時間完成，可以預(yù)約指導(dǎo)教師給予宏觀上的指導(dǎo)。
2.積極開展大學(xué)生科研實訓(xùn)活動、參與教師科研項目：
　　引導(dǎo)學(xué)生積極參加大學(xué)生科研實訓(xùn)項目，吸引有興趣的學(xué)生參與教師的科研活動，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)和團(tuán)隊合作精神，提高學(xué)生初步的科學(xué)研究能力以及工程實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識及撰寫論文的能力。
　　三、控制理論專題授課方案：
　　根據(jù)“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動控制理論”、“儀表及過程控制”課程大綱的要求，在適當(dāng)時候，以某一專題講座的方式授課。將各種教材進(jìn)行比較、處理、揉合，組織成各個專題，以高質(zhì)量、高水平、高效率來達(dá)到最佳教學(xué)效果。由于專題授課具有綜合性、整體性和探討性，使其信息量得以加大，知識在綜合和分析中得到延伸，既提升授課內(nèi)容，使之濃縮為精華，又吸引了學(xué)生的注意力和參與興趣。
　　四、應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)：
　　開發(fā)研制了計算機(jī)輔助教學(xué)課件。教學(xué)課件以教材為藍(lán)本，包含簡明、清晰的授課講義、重點、難點、例題演示、控制系統(tǒng)計算機(jī)仿真和控制系統(tǒng)分析計算等內(nèi)容，既有課本內(nèi)容的直接再現(xiàn)，又增加很多有助于講解理論和計算方法的表現(xiàn)手段。課件以計算機(jī)為載體，既可用于課堂教學(xué)，又可通過上網(wǎng)，供學(xué)生進(jìn)行自學(xué)和課后復(fù)習(xí)使用。控制理論的分析方法有很多圖解法，如頻域分析、根軌跡法、狀態(tài)空間法等。利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算能力仿真能力和豐富的色彩，可輕而易舉地準(zhǔn)確繪制出清晰美觀的畫面。采用動畫技術(shù)后，圖形的來龍去脈可用動態(tài)演示。計算機(jī)的圖形演示與教師的講授相結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容形象化、具體化和生動化，增進(jìn)學(xué)生的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　計算機(jī)仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用為實驗教學(xué)帶來極大的方便。仿真實驗具有建模方法簡單、參數(shù)調(diào)整方便、結(jié)果可視性好等優(yōu)點，克服常規(guī)實驗內(nèi)容單調(diào)、缺乏變化、元器件制約參數(shù)調(diào)整以及實驗設(shè)備數(shù)量有限等不足。在教學(xué)中適當(dāng)介紹并應(yīng)用MATLAB軟件，并設(shè)計出計算機(jī)輔助實驗教學(xué)軟件包，提供一個方便易用的圖形用戶界面，將MATLAB控制工具箱的相關(guān)功能集成一體。
　　網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開發(fā)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能真正體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。在網(wǎng)絡(luò)中，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)的交互性、檢索性等特點來選擇自己需要的內(nèi)容進(jìn)行獨立學(xué)習(xí)。學(xué)生可以在任何時間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并且與教師在網(wǎng)上交流，探討問題，在教學(xué)中發(fā)揮積極作用。
　　五、建立科學(xué)、有效的教學(xué)信息回饋：
　　堅持理工學(xué)院本科畢業(yè)班所有學(xué)生中，實施“‘控制理論’相關(guān)課程的學(xué)習(xí)調(diào)查”制度。不定期進(jìn)行相關(guān)問卷，包含這門課程是否易學(xué)、學(xué)習(xí)難點、學(xué)習(xí)方法、是否能學(xué)以致用等幾個方面的內(nèi)容，充分了解學(xué)生學(xué)習(xí)這門課的基本情況，為課程改革提供必要的依據(jù)，收到良好的效果。
　在新世紀(jì)中，控制類學(xué)科將具有更加光明的前景，控制類研究內(nèi)容將具有挑戰(zhàn)性，研究的范圍將更加廣闊，電氣自動化專業(yè)控制類課程的內(nèi)容將不斷地發(fā)展和更新，電氣自動化專業(yè)控制類課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容改革研究也將進(jìn)一步進(jìn)行下去。

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