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自動控制理論實驗教學(xué)研究論文
論文摘要：對當(dāng)前自動控制理論實驗教學(xué)方法與實驗儀器進(jìn)行分析，提出教學(xué)方法和教學(xué)儀器的改革措施。通過開設(shè)新的實驗內(nèi)容和研制新的教學(xué)儀器，使學(xué)生更好地完成自動控制理論實驗的學(xué)習(xí)任務(wù)，提高學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。
論文關(guān)鍵詞：自動控制理論；實驗教學(xué)；創(chuàng)新能力
“自動控制理論”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和基本方法的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。該課程是一門重要的測控類專業(yè)的基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性，與前續(xù)課程聯(lián)系緊密，知識面廣，學(xué)生不易理解掌握[2-3]。學(xué)好這門課程不僅可以為后續(xù)專業(yè)課的掌握打下良好的理論基礎(chǔ)，而且能在今后從事專業(yè)工作時，直接運用它去分析和解決實際技術(shù)問題。對于工程實踐具有重要的指導(dǎo)作用，受到人們的廣泛重視。在本課程的教學(xué)中，實驗教學(xué)對理論知識的理解、掌握、鞏固具有重要的作用。
1當(dāng)前實驗教學(xué)的不足
長期以來，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)被一種固定的模式所束縛，教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法呆板，在一定程度上限制了學(xué)生的主動性和積極性，難以激發(fā)他們獨立分析問題、解決問題的興趣和激情，沒有體驗過從失敗中自己尋找成功之路的經(jīng)歷，抑制了學(xué)生個性的發(fā)展，這樣不利于對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。
1.1實驗內(nèi)容固定
傳統(tǒng)的實驗主要是按章節(jié)進(jìn)行驗證性實驗，實驗儀器功能固定，實驗只能按照實驗指導(dǎo)書設(shè)計好的步驟進(jìn)行,學(xué)生被束縛在驗證性實驗中，對出現(xiàn)的相關(guān)問題缺少系統(tǒng)、多角度的分析，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
1.2實驗時間限制
一般的實驗都要求在實驗室2個學(xué)時內(nèi)完成，學(xué)生很難全面深入地把握實驗主要內(nèi)容和方法，對實驗的目的、實驗原理無法理性地理解，更別提實驗中出現(xiàn)故障的排解分析，限制了學(xué)生的設(shè)計和創(chuàng)新，不利于鍛煉學(xué)生的綜合能力。
1.3實驗儀器制約
實驗儀器過于固化，儀器設(shè)置上未給學(xué)生留下設(shè)計性和探究問題的空間。儀器組成以理論驗證為主，缺少實際控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，特別是反饋部分的傳感部分，更不具備跟隨學(xué)科發(fā)展而開拓新實驗的延伸性。
1.4實驗方法落后
實驗技術(shù)水平和內(nèi)容更多地滿足于基礎(chǔ)性實踐環(huán)節(jié)，缺乏系統(tǒng)的綜合性、設(shè)計性和研究性實驗環(huán)節(jié)，以及缺少在利用多種現(xiàn)代實驗手段、方法和工具對實驗過程中的結(jié)果和現(xiàn)象進(jìn)行深入分析研究方面對學(xué)生的引導(dǎo)。實驗過程主要完成連線操作、數(shù)據(jù)記錄等簡單的工作。
2實驗教學(xué)改進(jìn)
針對目前實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，摒棄以往按部就班完成指定實驗步驟操作驗證形式，按照學(xué)生對科學(xué)的自然認(rèn)知進(jìn)度設(shè)置靈活變換的實驗內(nèi)容。對實驗設(shè)置按多層次，從簡到難，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)，逐步走向從問題出發(fā)的探究、創(chuàng)新。同時，研究新的實驗教學(xué)儀器，開發(fā)配套軟件，保證實驗硬件滿足新環(huán)境下的要求。結(jié)合靈活的教學(xué)儀器改變教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生動手的積極性，引導(dǎo)其創(chuàng)新。
2.1實驗內(nèi)容設(shè)置
開設(shè)不同層次的實驗內(nèi)容，既要滿足實驗教學(xué)的驗證、演示等基本功能，又要激發(fā)學(xué)生的興趣。
基礎(chǔ)實驗：根據(jù)給定實驗任務(wù)、方案和步驟，選擇并完成一定數(shù)量基本實驗；同時，通過調(diào)整實驗參數(shù)得到不同結(jié)果，增加思考空間。
綜合實驗：將各個基礎(chǔ)實驗環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合在一起，各課程之間關(guān)聯(lián)內(nèi)容綜合。
設(shè)計實驗：以任務(wù)的形式，給定實驗題目，允許學(xué)生按照自己思路選擇設(shè)計性實驗內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會設(shè)計和研究的方法。
創(chuàng)新實驗：自行命題實驗，將學(xué)生的構(gòu)想通過儀器現(xiàn)有功能模塊來實現(xiàn)，在探究式學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
2.2實驗儀器的改進(jìn)
根據(jù)實驗內(nèi)容的要求，開發(fā)適合本專業(yè)的教學(xué)儀器。儀器具有控制系統(tǒng)需要驗證的各種典型環(huán)節(jié)模塊、信號發(fā)生器模塊等基本功能，還結(jié)合工程實際將傳感器引入反饋環(huán)節(jié)，增加執(zhí)行器件，構(gòu)成完整的閉環(huán)系統(tǒng)。避免教學(xué)儀器箱只能完成信號源作為激勵，控制環(huán)節(jié)構(gòu)成系統(tǒng)的不足。同時，儀器上的控制效果通過便于觀看的形式展示出來，讓控制過程可視化。儀器要預(yù)留出擴(kuò)展接口，便于在實驗中添加新的模塊。儀器在結(jié)合計算機(jī)完成實驗的同時，又能獨立完成實驗內(nèi)容，實驗配套軟件要能對硬件平臺對的實驗內(nèi)容進(jìn)行仿真和虛擬實驗。學(xué)生可以根據(jù)測試參量的不同選擇相應(yīng)的傳感器，完成非電量到電量的轉(zhuǎn)換，對信號進(jìn)行處理，結(jié)合控制理論完成創(chuàng)新性、設(shè)計性的實驗。
2.3實驗方法的轉(zhuǎn)變
1）以學(xué)生為主體，開辟新知識領(lǐng)域，重視實踐能力的鍛煉；
2）培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力；
3）科學(xué)知識和實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)上，建立系統(tǒng)、科學(xué)且開放的實驗教學(xué)體系，注重課程之間縱向和橫向的聯(lián)系。
結(jié)合開發(fā)的教學(xué)儀器，在實驗方法上除了基本的驗證性實驗，其他實驗按任務(wù)的形式給出，不對學(xué)生做過多的限制，留出學(xué)生思考、動手、創(chuàng)新的空間。充分利用計算機(jī)的計算、分析功能以及儀器配套軟件（采用數(shù)學(xué)工具M(jìn)ATLAB編寫的程序）在實驗前完成必要的仿真分析，讓實驗有的放矢，理論指導(dǎo)實踐。實驗既做到軟硬精密結(jié)合，又能相互獨立，兩者相輔相成。克服當(dāng)前實驗中儀器平臺不能脫離計算機(jī)，配套軟件不能獨立工作，學(xué)生只能在實驗課中有限的時間內(nèi)完成實驗的不足，讓實驗內(nèi)容通過軟件可以在任意計算機(jī)上完成。
3總結(jié)
對當(dāng)前實驗教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行分析和總結(jié)，從實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗儀器、實驗方法3個方面提出改進(jìn)方法。自動控制理論來源于實踐，反過來指導(dǎo)實踐[5]。結(jié)合當(dāng)前人才培養(yǎng)的趨勢，理論聯(lián)系實際，提高學(xué)生實踐能力，在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
參考文獻(xiàn)
[1]葛鎖良.自動控制理論教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的探討[C]//2001年中國自動化教育學(xué)術(shù)年會論文集,2001:72
[2]杜永貴,謝克明,李國勇,謝剛.“自動控制理論”課程教學(xué)改革與實踐[J].太原理工大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版,2009,27(1):77-79
[3]方曉柯,王建輝,鄭艷,何大闊,顧樹生.《自動控制原理》教學(xué)改革的探索與實踐[J].教育實踐研究,2008(11):101-102
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[5]王艷.《自動控制原理》課程教學(xué)改革與創(chuàng)新實踐[J].江南大學(xué)學(xué)報:教育科學(xué)版,2007,27(4):49-51
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