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摘 要:《自动控制系统》是普通高校电气与自动化专业的一门重要的主干专业课程。该门课程主要讲述各类电力拖动自动控制系统的原理及应用,是一门理论和实践要求均非常高的课程。传统的教学模式过于侧重于理论教学,且教学内容单调、枯燥,难以激发学生的学习兴趣。学生普遍感觉课程难度大,学习的知识难以在实践中应用。笔者在多年的教学实践中,总结出了一套新的教学模式并进行了实践,有效地提高了该门课程的教学效果。
关键词:自动控制系统;教学改革;课堂教学;实践教学
一、引言
《自动控制系统》是普通高校电气与自动化专业的一门重要的主干专业课程,也是培养合格的电气自动化专门人才的关键课程之一。该门课程是一门理论和实践要求均非常高的综合性课程。由于该门课程对学生的综合能力要求较高,因此学生学起来普遍反映难度较高。同时,由于该门课程的内容与生产实践紧密联系,因此要求学生在学习本门课程的过程中,不仅要丛理论上掌握各种系统的原理,还要能在实践中灵活运用所学的知识去分析和解决实际工程问题,这就对该门课程的教学提出了更高的要求。
二、传统教学模式存在的问题
《自动控制系统》的教学一般分为三个部分,分别是课堂教学、实验教学和课程设计,下面,本文从这三个部分来讨论在传统教学模式中所存在的一些问题:
(一)该门课程的传统课堂教学模式一般主要强调理论公式的推导,教师通常采用"满堂灌"的教学方法讲授理论知识,学生则采取死记硬背的方法去掌握该门课程的知识。在这种教学模式下,学生的学习兴趣和积极性都不高,同时由于课程的难度较高,部分学生会因逐步跟不上课程的进度而产生厌学的情绪,从而严重影响课堂教学效果。
(二)在传统的实验教学中,学生通常机械地按照实验指导书的步骤操作实验设备并记录实验数据,实验做完后,学生的实际动手能力并没有得到切实有效地提高。况且,由于实验电力拖动实验设备往往较为陈旧且多为模拟系统,与当前工业生产中使用的设备有较大的脱节(目前一般实际设备多为全数字设备),因此实验教学的效果更是大打折扣。
(三)该门课程的传统课程设计教学通常由教师给一些原始数据和系统设计指标,学生则基本按照解习题的方式对这些数据作一些理论计算和分析,这跟真正的实际系统设计具有很大的区别。因此,学生在课程设计中的收获往往很小,课程设计教学的目的基本没有达到。
三、关于课堂教学改革的探讨和实践
课堂教学是教学的基本形式,也是最重要的形式。课堂教学的目的是让学生掌握各类电力拖动自动控制系统的基本原理和设计方法。由于《自动控制系统》所涉及的基础知识和公式非常繁多,而且难度也较大,特别涉及交流电机拖动自动控制系统部分的知识,不仅推导复杂,而且要求学生具有相当扎实的数学基础。如果教师仅仅是在课堂上照本宣科地在黑板上进行公式推导,学生必然觉得学习过程非常枯燥和艰难,久而久之就会丧失学习的兴趣和动力,再加上课程本身的难度较大,教学效果自然很差。笔者认为,要搞好课堂教学,必须从以下几点着手进行课程改革:
(一)在教学手段上,应充分利用多媒体教学等现代化教学手段。在传统的黑板教学中,教师只能在黑板上通过文字和图形来进行公式的推导和概念的罗列,比较枯燥、乏味,特别是一些动态的系统变化过程无法清晰地展现给学生,例如直流电动机双闭环调速系统的启动过程,学生如果仅凭静态的图形,很难理解系统启动时电流和转速的相互关系及变化。而多媒体课件可以很容易地将整个动态起动过程分成三个阶段,将每个阶段电流和速度变化过程制作成动画,这样分析起来清晰明了,便于学生理解和掌握。
(二)在教学方法上,应充分利用MATLAB等工具来进行仿真教学。在以往的课程教学实践中,笔者发现,在讲解各类电力拖动自控系统的动态分析时,学生往往对系统的动态过程及调节器参数对动态过程的影响等内容难以理解,这主要是由于动态过程具有复杂性和多变性等特点。而通过MATLAB等仿真工具来对各类自动控制系统的动态过程进行仿真,学生不仅能通过各种波形图直观地看到整个系统的动态变化过程,而且还能亲眼看到调节器参数变化对动态过程的影响,从而加深对各类电力拖动自动控制系统作用、性能、调节方法及设计方法的认识。
(三)在教学形式上,应对传统的单向知识灌输模式进行改革,大力提倡由过去的填鸭式教学向能充分调动学生主观能动性的"互动式"教学转变。互动式教学强调学生的参与性,即学生不再是被动的知识接收者,而是主动的知识吸取者。互动式教学的具体形式可多种多样,例如,在课堂教学之前,教师可根据本堂课程教学内容向学生布置一些题目,让学生在上课之前根据题目查找相关的资料。在课堂上,由教师指定部分学生按自己的理解,用收集到的资料对本堂课内容进行讲解,最后由教师来对学生讲解的内容进行评论和指点,此类方法可有效调动学生的学习积极性和能动性,笔者在教学过程中已多次使用,效果良好。
四、关于实践教学改革的探讨和实践
除了课堂教学外,实践教学也是课程教学的重要形式,特别是对于自动控制系统这类与工程实践联系紧密的课程来说,实践教学就显得就更为重要。实践教学的最终目的是培养学生灵活利用所学理论知识来解决实践工程问题的能力,同时学生通过亲自动手实践,反过来又能加深对理论知识的理解和认识。根据以往的教学实践,笔者认为应从以下几个方面进行实践教学的改革:
(一)更新实验设备,使之与当前的生产实际状况相适应。传统的电力拖动控制系统实验设备,主要采用模拟器件设计,和当前生产实际中大量采用的全数字控制系统有很大的差距,学生通过这样的实验设备得到的收获在以后的工程实践中很难用得上。和模拟设备相比,全数字化实验设备不仅调试相对来说比较简单,而且实验中可测量的物理量更多,且测量值可通过通信接口上传至计算机进行分析。因此,采用数字化实验设备,学生不仅从实验中学到的东西更多,而且可明显提高学生分析问题、解决问题的能力。
(二)改革实验教学的方法,进一步提高学生分析问题、解决问题的能力及实际动手能力。在传统实验教学中,学生基本是按照实验指导书的步骤进行实验操作,并按指导书要求记录实验结果,而且这种实验往往是一种验证性的实验。整个实验过程,学生缺乏自主的思考,只求能得到差不多的实验结果就行了。笔者认为,在新的实验教学中应加入一定综合性实验的比例。对学生来说,验证性的实验是掌握知识的基本,综合、设计性实验是一种全新的体验。学生由被动接受知识变为通过自己的思考、动手和观察主动获取知识,真切感受到自己是驾驭知识的主人,体会到实验过程中运用知识解决问题的乐趣,所以积极性、主动性倍增,因而在学生中能形成一种学习、探索、研究的活动氛围。
(三)改革课程设计教学的方法。课程设计是实践教学中的重要一环,目的是提高学生综合应用所学知识解决实际工程应用问题的能力。如前面所述,以往的课程设计实际相当于做一道大一点的习题,对学生上述能力的提高实践上收效甚微。在最近几年的课程设计教学中,笔者已逐步开始对设计内容进行了相应的调整。在设计内容上,不仅包括传统的PID调节器的设计,还增加了数字式拖动控制系统的硬、软件设计等内容;在设计要求上,不仅要求学生通过计算获得调节器的参数,还应通过MATLAB等仿真工具对设计的系统进行仿真,并能根据仿真结果验证设计是否合理,并对不合理处提出改进的方向和措施;同时,对于数字式拖动控制系统的设计,除要求学生能自主绘制电路原理图和编写相应的软件外,还要求其能够采用ISIS等仿真软件对硬件电路和软件进行仿真调试。
五、总结
自动控制系统作为电气自动化专业学生的一门关键专业课程,其教学质量的好坏,直接影响到学生的就业及在该专业方向上的发展。在教学实践中,笔者采用上述新的教学方法取得了很好的教学效果,学生普遍反映对该门课程的学习兴趣和主动性提高了,学习的效率和效果都有了很大的提高。目前,该门课程的教学改革仍在继续中,还有很多地方需要进一步提高和完善。
参考文献:
[1]陈佳.电力拖动自动控制系统教改探索与实践[J].中国现代教育装备,2005,(7):23-26.
[2]王晓林.电力拖动控制系统教学中的探索与实践[J].中国科技信息,2007,(3):9-10.
[3]阮毅,陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统(第四版)[M].北京:机械工业出版社,2010.
关键词:自动控制系统;教学改革;课堂教学;实践教学
一、引言
《自动控制系统》是普通高校电气与自动化专业的一门重要的主干专业课程,也是培养合格的电气自动化专门人才的关键课程之一。该门课程是一门理论和实践要求均非常高的综合性课程。由于该门课程对学生的综合能力要求较高,因此学生学起来普遍反映难度较高。同时,由于该门课程的内容与生产实践紧密联系,因此要求学生在学习本门课程的过程中,不仅要丛理论上掌握各种系统的原理,还要能在实践中灵活运用所学的知识去分析和解决实际工程问题,这就对该门课程的教学提出了更高的要求。
二、传统教学模式存在的问题
《自动控制系统》的教学一般分为三个部分,分别是课堂教学、实验教学和课程设计,下面,本文从这三个部分来讨论在传统教学模式中所存在的一些问题:
(一)该门课程的传统课堂教学模式一般主要强调理论公式的推导,教师通常采用"满堂灌"的教学方法讲授理论知识,学生则采取死记硬背的方法去掌握该门课程的知识。在这种教学模式下,学生的学习兴趣和积极性都不高,同时由于课程的难度较高,部分学生会因逐步跟不上课程的进度而产生厌学的情绪,从而严重影响课堂教学效果。
(二)在传统的实验教学中,学生通常机械地按照实验指导书的步骤操作实验设备并记录实验数据,实验做完后,学生的实际动手能力并没有得到切实有效地提高。况且,由于实验电力拖动实验设备往往较为陈旧且多为模拟系统,与当前工业生产中使用的设备有较大的脱节(目前一般实际设备多为全数字设备),因此实验教学的效果更是大打折扣。
(三)该门课程的传统课程设计教学通常由教师给一些原始数据和系统设计指标,学生则基本按照解习题的方式对这些数据作一些理论计算和分析,这跟真正的实际系统设计具有很大的区别。因此,学生在课程设计中的收获往往很小,课程设计教学的目的基本没有达到。
三、关于课堂教学改革的探讨和实践
课堂教学是教学的基本形式,也是最重要的形式。课堂教学的目的是让学生掌握各类电力拖动自动控制系统的基本原理和设计方法。由于《自动控制系统》所涉及的基础知识和公式非常繁多,而且难度也较大,特别涉及交流电机拖动自动控制系统部分的知识,不仅推导复杂,而且要求学生具有相当扎实的数学基础。如果教师仅仅是在课堂上照本宣科地在黑板上进行公式推导,学生必然觉得学习过程非常枯燥和艰难,久而久之就会丧失学习的兴趣和动力,再加上课程本身的难度较大,教学效果自然很差。笔者认为,要搞好课堂教学,必须从以下几点着手进行课程改革:
(一)在教学手段上,应充分利用多媒体教学等现代化教学手段。在传统的黑板教学中,教师只能在黑板上通过文字和图形来进行公式的推导和概念的罗列,比较枯燥、乏味,特别是一些动态的系统变化过程无法清晰地展现给学生,例如直流电动机双闭环调速系统的启动过程,学生如果仅凭静态的图形,很难理解系统启动时电流和转速的相互关系及变化。而多媒体课件可以很容易地将整个动态起动过程分成三个阶段,将每个阶段电流和速度变化过程制作成动画,这样分析起来清晰明了,便于学生理解和掌握。
(二)在教学方法上,应充分利用MATLAB等工具来进行仿真教学。在以往的课程教学实践中,笔者发现,在讲解各类电力拖动自控系统的动态分析时,学生往往对系统的动态过程及调节器参数对动态过程的影响等内容难以理解,这主要是由于动态过程具有复杂性和多变性等特点。而通过MATLAB等仿真工具来对各类自动控制系统的动态过程进行仿真,学生不仅能通过各种波形图直观地看到整个系统的动态变化过程,而且还能亲眼看到调节器参数变化对动态过程的影响,从而加深对各类电力拖动自动控制系统作用、性能、调节方法及设计方法的认识。
(三)在教学形式上,应对传统的单向知识灌输模式进行改革,大力提倡由过去的填鸭式教学向能充分调动学生主观能动性的"互动式"教学转变。互动式教学强调学生的参与性,即学生不再是被动的知识接收者,而是主动的知识吸取者。互动式教学的具体形式可多种多样,例如,在课堂教学之前,教师可根据本堂课程教学内容向学生布置一些题目,让学生在上课之前根据题目查找相关的资料。在课堂上,由教师指定部分学生按自己的理解,用收集到的资料对本堂课内容进行讲解,最后由教师来对学生讲解的内容进行评论和指点,此类方法可有效调动学生的学习积极性和能动性,笔者在教学过程中已多次使用,效果良好。
四、关于实践教学改革的探讨和实践
除了课堂教学外,实践教学也是课程教学的重要形式,特别是对于自动控制系统这类与工程实践联系紧密的课程来说,实践教学就显得就更为重要。实践教学的最终目的是培养学生灵活利用所学理论知识来解决实践工程问题的能力,同时学生通过亲自动手实践,反过来又能加深对理论知识的理解和认识。根据以往的教学实践,笔者认为应从以下几个方面进行实践教学的改革:
(一)更新实验设备,使之与当前的生产实际状况相适应。传统的电力拖动控制系统实验设备,主要采用模拟器件设计,和当前生产实际中大量采用的全数字控制系统有很大的差距,学生通过这样的实验设备得到的收获在以后的工程实践中很难用得上。和模拟设备相比,全数字化实验设备不仅调试相对来说比较简单,而且实验中可测量的物理量更多,且测量值可通过通信接口上传至计算机进行分析。因此,采用数字化实验设备,学生不仅从实验中学到的东西更多,而且可明显提高学生分析问题、解决问题的能力。
(二)改革实验教学的方法,进一步提高学生分析问题、解决问题的能力及实际动手能力。在传统实验教学中,学生基本是按照实验指导书的步骤进行实验操作,并按指导书要求记录实验结果,而且这种实验往往是一种验证性的实验。整个实验过程,学生缺乏自主的思考,只求能得到差不多的实验结果就行了。笔者认为,在新的实验教学中应加入一定综合性实验的比例。对学生来说,验证性的实验是掌握知识的基本,综合、设计性实验是一种全新的体验。学生由被动接受知识变为通过自己的思考、动手和观察主动获取知识,真切感受到自己是驾驭知识的主人,体会到实验过程中运用知识解决问题的乐趣,所以积极性、主动性倍增,因而在学生中能形成一种学习、探索、研究的活动氛围。
(三)改革课程设计教学的方法。课程设计是实践教学中的重要一环,目的是提高学生综合应用所学知识解决实际工程应用问题的能力。如前面所述,以往的课程设计实际相当于做一道大一点的习题,对学生上述能力的提高实践上收效甚微。在最近几年的课程设计教学中,笔者已逐步开始对设计内容进行了相应的调整。在设计内容上,不仅包括传统的PID调节器的设计,还增加了数字式拖动控制系统的硬、软件设计等内容;在设计要求上,不仅要求学生通过计算获得调节器的参数,还应通过MATLAB等仿真工具对设计的系统进行仿真,并能根据仿真结果验证设计是否合理,并对不合理处提出改进的方向和措施;同时,对于数字式拖动控制系统的设计,除要求学生能自主绘制电路原理图和编写相应的软件外,还要求其能够采用ISIS等仿真软件对硬件电路和软件进行仿真调试。
五、总结
自动控制系统作为电气自动化专业学生的一门关键专业课程,其教学质量的好坏,直接影响到学生的就业及在该专业方向上的发展。在教学实践中,笔者采用上述新的教学方法取得了很好的教学效果,学生普遍反映对该门课程的学习兴趣和主动性提高了,学习的效率和效果都有了很大的提高。目前,该门课程的教学改革仍在继续中,还有很多地方需要进一步提高和完善。
参考文献:
[1]陈佳.电力拖动自动控制系统教改探索与实践[J].中国现代教育装备,2005,(7):23-26.
[2]王晓林.电力拖动控制系统教学中的探索与实践[J].中国科技信息,2007,(3):9-10.
[3]阮毅,陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统(第四版)[M].北京:机械工业出版社,2010.