主頁 > 技術文章 > 試論電氣自動化專業(yè)控制類課程設置及教學內容改革研究 2024-09-30

試論電氣自動化專業(yè)控制類課程設置及教學內容改革研究

摘要：探討了電氣及自動化專業(yè)控制類相關課程關系及地位，結合控制類課程的問題進行深入的分析與研究，從教學內容、方法及形式、教材建設、實踐教學等方面進行全方位、多層次的改革探索和實踐，將對教學質量和人才培養(yǎng)方面有明顯效果。
　　對于電氣及自動化信息類專業(yè)學生來講，控制類相關課程具有重要地位，主要包含“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”等相關課程。“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)基礎課該課程，是一門重要的控制類專業(yè)的基礎課，具有較強的理論性，對于工程實踐具有重要的指導作用，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)基礎課來學習。但是“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”課程數(shù)學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，沒有具體應用的物理模型，僅以數(shù)學模型為基線講，學生往往會認為“自動控制理論”與專業(yè)無關而無學習興趣，這是多年來常規(guī)教學始終感到困惑的原因。而后續(xù)“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”專業(yè)課是以電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動化控制系統(tǒng)。如何講授“強理論性”課程，使學生真正認識到學好理論可獲得對電氣信息類多門專業(yè)課的理論支撐，從而學好后續(xù)專業(yè)課程是教學改革的主要目的。需結合“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”專業(yè)基礎理論課程與“運動控制理論”、“儀表及過程控制”，“計算機控制”專業(yè)課程的問題進行深入的分析與研究，從教學內容、方法及形式、教材建設、實踐教學等方面進行全方位、多層次的改革探索和實踐，將對教學質量和人才培養(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課程的教學內容，保證教學內容的系統(tǒng)性、先進性和實用性，以適應形勢發(fā)展的需要。提出如何學習和掌握這些課程，包含“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”等控制類課程的教學內容的一些方法和措施。
一、教學內容、方法及形式改革：
　　1.教學設計：
　　近年來，不斷更新觀念，壓縮精簡陳舊過時的教學內容，加強現(xiàn)代理論及現(xiàn)代方法的內容，很好地解決先修課程和后續(xù)課程的銜接問題，避免內容的重復，進一步優(yōu)化課程體系。建立一套適應性強的包括理論講授、計算機輔助設計、實踐教學和強化訓練等方面在內的全方位教學新體系。
　　2.教學方法：
　　將課堂教學、實驗教學、課程研討、網絡教學等有機地結合起來，并充分利用多媒體教學手段提高教學效率、創(chuàng)造視覺的新感受、激發(fā)學生的學習興趣和熱情。內容取材時，不僅體現(xiàn)控制理論課程內知識點之間的內在聯(lián)系，還體現(xiàn)課程群之間的相互關系。
　　3.教學手段：
　　在教學組織過程中，積極采用現(xiàn)代信息技術改進傳統(tǒng)的教學手段，在多媒體教學、網絡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”、“運動控制理論”、“過程控制理論”、“計算機控制”電子教案和CAI課件，并將授課課件發(fā)布在課程網頁上，可供學生課余預習、瀏覽、復習等。另外，教學大綱、授課計劃、實驗指導書、學習指導以及教材和參考文獻均可通過網絡方便查閱。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之間的聯(lián)系，使學生有問題可及時獲得老師的輔導答疑，也可通過網上答疑相互交流，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.教學改革與教學研究：
　　精簡教材和教學內容，教學組定期進行集體備課，加大對該課程與前后各門課程之間的銜接研究，避免內容上的重復，使其與其他相關課程融合為一個有機的整體。建設可用于大多數(shù)工科專業(yè)的“控制理論”平臺課程。不斷改進和完善本課程的新體系結構，充分體現(xiàn)其基礎性、應用性、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，強化自主性、設計性、綜合性和創(chuàng)新性；以MATLAB軟件為基礎，構造開放式小車倒立擺綜合實驗平臺，將分析、設計、仿真、虛擬實驗、模擬實驗融為一體；開發(fā)先進的多媒體課件，將MATLAB平臺和虛擬實驗融入到教學過程中，使教學更為直觀生動，更具趣味性和吸引力；完善了課程網站，完成了課程輔助教材的修改和編寫，各類題庫建設、網絡統(tǒng)計功能、遠程教學管理系統(tǒng)、虛擬實驗內容的擴展及網絡版的開發(fā)等；使其真正成為學生自主學習、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，考后進行詳細的試卷分析。
二、實踐教學改革：
　　實踐性教學環(huán)節(jié)是學生能力培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)。工科學生除要掌握一定的工程技術知識外，還要有較強的實際動手能力。
　　1.改革實驗課教學，建立體化實驗教學體系：
　　實驗教學是“控制理論”課程的重要組成部分。通過實驗不僅能夠培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，驗證所學理論，而且對所學內容能夠提出一些新的見解。為了適應教學改革的需要，在實驗室建設方面的指導思想是：將傳統(tǒng)的模擬實驗與MATLAB環(huán)境下的仿真實驗相結合，將基礎理論驗證類實驗與自主型、綜合型、設計型實驗相結合，將基本實驗與創(chuàng)新實驗相結合，建立一個立體化的實驗教學體系，從而滿足不同階段實踐教學的需要，為激發(fā)學生的創(chuàng)新意識提供硬件平臺。
　　由于實驗課內容和形式的多元化，大大激發(fā)了學生做實驗的主動性、積極性和創(chuàng)新性，學生可以通過預約或上網自主地開展多項實驗，進行理論驗證、性能分析和綜合設計，對提高學生的實踐能力和本課程的學習都將起到良好的作用。
課程組織形式與教師指導方法，對于教學大綱規(guī)定的必做實驗，由任課教師和實驗教師共同指導完成；對于設計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗，學生自己利用課余時間完成，可以預約指導教師給予宏觀上的指導。
2.積極開展大學生科研實訓活動、參與教師科研項目：
　　引導學生積極參加大學生科研實訓項目，吸引有興趣的學生參與教師的科研活動，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)和團隊合作精神，提高學生初步的科學研究能力以及工程實踐能力，培養(yǎng)學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“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”課程大綱的要求，在適當時候，以某一專題講座的方式授課。將各種教材進行比較、處理、揉合，組織成各個專題，以高質量、高水平、高效率來達到最佳教學效果。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，既提升授課內容，使之濃縮為精華，又吸引了學生的注意力和參與興趣。
　　四、應用現(xiàn)代教育技術：
　　開發(fā)研制了計算機輔助教學課件。教學課件以教材為藍本，包含簡明、清晰的授課講義、重點、難點、例題演示、控制系統(tǒng)計算機仿真和控制系統(tǒng)分析計算等內容，既有課本內容的直接再現(xiàn)，又增加很多有助于講解理論和計算方法的表現(xiàn)手段。課件以計算機為載體，既可用于課堂教學，又可通過上網，供學生進行自學和課后復習使用�？刂评碚摰姆治龇椒ㄓ泻芏鄨D解法，如頻域分析、根軌跡法、狀態(tài)空間法等。利用計算機強大的計算能力仿真能力和豐富的色彩，可輕而易舉地準確繪制出清晰美觀的畫面。采用動畫技術后，圖形的來龍去脈可用動態(tài)演示。計算機的圖形演示與教師的講授相結合，使教學內容形象化、具體化和生動化，增進學生的理解，提高學生的學習興趣。
　　計算機仿真技術在實驗教學中的應用為實驗教學帶來極大的方便。仿真實驗具有建模方法簡單、參數(shù)調整方便、結果可視性好等優(yōu)點，克服常規(guī)實驗內容單調、缺乏變化、元器件制約參數(shù)調整以及實驗設備數(shù)量有限等不足。在教學中適當介紹并應用MATLAB軟件，并設計出計算機輔助實驗教學軟件包，提供一個方便易用的圖形用戶界面，將MATLAB控制工具箱的相關功能集成一體。
　　網絡教學平臺開發(fā)。網絡教學能真正體現(xiàn)學生的主體作用。在網絡中，學生可以利用網絡的交互性、檢索性等特點來選擇自己需要的內容進行獨立學習。學生可以在任何時間進行自主學習，并且與教師在網上交流，探討問題，在教學中發(fā)揮積極作用。
　　五、建立科學、有效的教學信息回饋：
　　堅持理工學院本科畢業(yè)班所有學生中，實施“‘控制理論’相關課程的學習調查”制度。不定期進行相關問卷，包含這門課程是否易學、學習難點、學習方法、是否能學以致用等幾個方面的內容，充分了解學生學習這門課的基本情況，為課程改革提供必要的依據，收到良好的效果。
　在新世紀中，控制類學科將具有更加光明的前景，控制類研究內容將具有挑戰(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)控制類課程設置及教學內容改革研究也將進一步進行下去。

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