摘要:文章针对当前高职高专院校“自动控制原理”课程在实际教学中存在的问题,提出了基于Matlab的探究式教学法的改革方案,并分析了此方法在教学实践中的具体实施措施。实践表明,基于Matlab的探究式教学法体现了当前职业院校最新课程改革的精神,提高了教学质量,使学生的综合素质得以提高,达到了教学目标。
关键词:探究性教学;Matlab;自动控制;课程整合;创新教育
中图分类号:TP313文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)01-0184-02
近年来,为了全面提高教学质量、更新观念、深化教学改革,我院对“自动控制原理”课程进行了一系列改革与创新,提出了基于Matlab仿真技术的探究式教学法改革方案,培养学生的“探究知疑,合作创新”能力,体现了高职高专院校应用性人才培养目标,适应了新形势下的课程改革需要。
一、“自动控制原理”课程实际教学问题分析
(一)课程理论性强,教学组织不当
本课程概念抽象,内容丰富,分析方法繁多,理论性很强,知识更新很快。它要求学生具有复变函数、微积分、线性代数等数学基础,囊括电路理论、模拟电子技术、信号与系统、电机与拖动等专业课程基础,其教学质量的好坏,直接影响到自动调速系统、集散控制系统等专业课程的学习。但是,相对于普通高校的学生,诸如我院的高职高专院校学生层次较低,基础较差。同时,各个院校精简课时导致教学难度大,教学过程中采用传统的“教师-讲授-学生”等教学形式,教学内容的组织不当或教学方法单一,影响该课程的教学质量。因此,不少教师感到“难教”,学生感到“难学”,达不到预期的教学目标。
(二)实践性强,理论与实践结合难
本课程与工程实际联系较为紧密,很多院校由于教材、师资、实训实践场地、课时等方面的限制,重视理论教学而忽视了实践环节,这有悖于高职高专教育的创新型应用人才培养初衷。传统的实验大部分为验证性实验,理论与实践常常不符,缺乏实践指导价值,学生不了解课程的工程应用意义。例如,在建立数学模型上应用到一部分简单的系统或电路,从系统分析到综合到校正,传统教学都是从已知系统的动态结构开始,见不到原系统的影子,学生看到的是抽象的理论,而没有实际操作。本课程分析方法多采用图解法,如系统响应、根轨迹、频率特性等,需要在黑板上画大量的曲线,有时很难用有限的颜色区分开,难以确保曲线的准确性,工作量大,绘图精度低,影响教学效果与效率。
二、基于Matlab的探究式教学法在教学中的应用
(一)基于Matlab的探究式教学法的理论教学中的应用
在理论教学中,可以充分利用计算机辅助教学的手段,通过Matlab Notebook工具箱将Word文档中创建的Matlab语言编制的m文件传送到Matlab中运行,再将运算结果和图形数据插入到Word文档中,接着在PowerPoint中建立超级链接,形成了集自动控制理论的基础知识教学、系统分析与设计于一体的多媒体教学环境,教学效果非常好。
采用基于Matlab的探究式教学法,在仿真环境下可极其方便地对系统性能进行分析,比如对二阶系统的时域分析,Matlab可方便的仿真出各种阻尼系数情况下系统的阶跃响应随参数的变化情况。利用SIMULINK功能模块或调用Matlab函数及编写S函数等建立控制系统仿真模型并确定仿真输入和输出,设置仿真参数,如数值算法、仿真时间、步长、相对误差、绝对误差等,进行动态仿真并输出结果,分析仿真结果并修改模型再进行仿真。
(二)基于Matlab的探究式教学法的实践教学中的应用
在实训实践方面,应用Matlab软件可起到代替部分实验的作用,一些设计型实验比如系统校正极点配置等可通过仿真观察设计效果,利用多媒体可以将一些枯燥的讲解变得轻松有趣,这样来提高学生学习的积极性及提高教学效果。
此方法还可用于自动控制原理课程设计和毕业设计中。用Matlab可简洁方便建立系统仿真模型和进行实验,能直观得到各种要求的测量值和波形图反映各量的动态过程;利用Matlab各工具箱及图形用户接口GUI能构建所需系统仿真模型和开发各种控制界面,激发学生对毕业设计的兴趣,有利学生创新思维的培养,提高学生分析和解决实际问题以及理论联系实际的能力。
三、基于Matlab的探究式教学法实施建议
(一)精选教学内容,合理组织教学环节
教学中,对于本课程的基本概念、基本分析方法,力求讲深讲透,省去先修课程内容,快速带过一般了解性的知识,把握以控制系统建模为前提、控制系统分析为基础、系统综合与设计为目的的主线,明确教学目的,精选教学内容,选择适当的教学内容、设置合理教学环节、解决相关课程之间存在的衔接不清、缺乏协调及内容重复等问题。
(二)理论联系实际,创设学习情景
在教学中强调工程背景、物理意義和实际应用,引入诸如控制系统PID参数工程整定、系统建模的负载效应等具有工程实际应用指导价值的知识点,培养学生分析解决实际问题的能力。在教学过程中,教师应强调学生实际操作能力的培养,采用项目教学,以工作任务为驱动,创设学习情景,引导学生探究式学习。
(三)创新教育,突出职业特色
在教学过程中,要重视本专业领域新技术、新工艺、新设备的发展趋势,贴近生产现场。为学生提供职业生涯发展的空间,努力培养学生参与社会实践的创新精神和职业能力。要紧密结合职业技能证书的考证,加强考证的实操项目的训练,在实践实操过程中,使学生掌握简单控制系统建模、分析、设计、校正等知识,锻炼控制系统安装、调试、仿真技能,提高学生的岗位适应能力。同时,应积极引导学生提升职业素养,提高职业道德。
四、结语
实践证明,基于Matlab的探究式教学法在自动控制原理课程教学中取得了显著成效。通过创设教学情景,应用Matlab进行项目教学,教师坚持探究式教学理念,提高了教学质量,使学生学习的主动性加强,综合实践能力和创新思维能力得到了培养,综合素质得到提高,达到了教学目标。
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作者简介:刘艳红(1980-),女,湖南邵东人,扬州工业职业技术学院电子信息工程系助教,硕士,研究方向:控制理论与控制工程。
