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試論電氣自動化專業控制類課程設定及教學內容改革研論文

試論電氣自動化專業控制類課程設定及教學內容改革研論文

  論文關鍵詞:電氣自動化 控制 課程 教學改革 教學質量

  論文摘要:探討了電氣及自動化專業控制類相關課程關係及地位,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方面有明顯效果。

  對於電氣及自動化資訊類專業學生來講,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“現代控制理論”課程是研究自動控制系統的共同規律,為自動控制系統的分析和綜合提供基本理論、基本方法的一門專業基礎課該課程,是一門重要的控制類專業的基礎課,具有較強的理論性,對於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,越來越多的非控制類專業也都把自動控制理論作為一門重要的專業基礎課來學習。但是“自動控制理論”、“現代控制理論”課程數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,加之未接觸專業課,沒有具體應用的物理模型,僅以數學模型為基線講,學生往往會認為“自動控制理論”與專業無關而無學習興趣,這是多年來常規教學始終感到困惑的原因。而後續“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”專業課是以電動機為控制物件,以控制器為核心,以電力電子功率變換裝置為執行機構,在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統。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資訊類多門專業課的理論支撐,從而學好後續專業課程是教學改革的主要目的。需結合“自動控制理論”、“現代控制理論”專業基礎理論課程與“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方面有明顯效果。

  本專案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性、先進性和實用性,以適應形勢發展的需要。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,加強現代理論及現代方法的內容,很好地解決先修課程和後續課程的銜接問題,避免內容的重複,進一步最佳化課程體系。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、網路教學等有機地結合起來,並充分利用多媒體教學手段提高教學效率、創造視覺的新感受、激發學生的學習興趣和熱情。內容取材時,不僅體現控制理論課程內知識點之間的內在聯絡,還體現課程群之間的相互關係。

  3.教學手段

  在教學組織過程中,積極採用現代資訊科技改進傳統的教學手段,在多媒體教學、網路課程等方面努力探索。統一製作“自動化概論”、“自動控制理論”、“現代控制理論”、“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,並將授課課件釋出在課程網頁上,可供學生課餘預習、瀏覽、複習等。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透過網路方便查閱。在課程開始即公佈授課教師的信箱和電話號碼等聯絡方式,密切授課教師與同學之間的聯絡,使學生有問題可及時獲得老師的輔導答疑,也可透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,加大對該課程與前後各門課程之間的銜接研究,避免內容上的重複,使其與其他相關課程融合為一個有機的整體。建設可用於大多數工科專業的“控制理論”平臺課程。不斷改進和完善本課程的新體系結構,充分體現其基礎性、應用性、前沿性和系統性;配合新的教材和課程體系,研究並建立配套的新實驗體系,強化自主性、設計性、綜合性和創新性;以MATLAB軟體為基礎,構造開放式小車倒立擺綜合實驗平臺,將分析、設計、模擬、虛擬實驗、模擬實驗融為一體;開發先進的多媒體課件,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、網路統計功能、遠端教學管理系統、虛擬實驗內容的擴充套件及網路版的開發等;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,採用試題庫出題,統一考試,流水閱卷,考後進行詳細的試卷分析。

  二、實踐教學改革

  實踐性教學環節是學生能力培養中的重要環節。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。透過實驗不僅能夠培養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:將傳統的模擬實驗與MATLAB環境下的模擬實驗相結合,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,為激發學生的創新意識提供硬體平臺。

  由於實驗課內容和形式的多元化,大大激發了學生做實驗的主動性、積極性和創新性,學生可以透過預約或上網自主地開展多項實驗,進行理論驗證、效能分析和綜合設計,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,對於教學大綱規定的必做實驗,由任課教師和實驗教師共同指導完成;對於設計性、綜合性、創新性實驗,學生自己利用課餘時間完成,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、參與教師科研專案

  引導學生積極參加大學生科研實訓專案,吸引有興趣的學生參與教師的科研活動,培養學生嚴謹的科學態度、創新意識、創業和團隊合作精神,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。由於專題授課具有綜合性、整體性和探討性,使其資訊量得以加大,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、應用現代教育技術

  開發研製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、控制系統計算機模擬和控制系統分析計算等內容,既有課本內容的直接再現,又增加很多有助於講解理論和計算方法的表現手段。課件以計算機為載體,既可用於課堂教學,又可透過上網,供學生進行自學和課後複習使用。控制理論的分析方法有很多圖解法,如頻域分析、根軌跡法、狀態空間法等。利用計算機強大的計算能力模擬能力和豐富的色彩,可輕而易舉地準確繪製出清晰美觀的'畫面。採用動畫技術後,圖形的來龍去脈可用動態演示。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。

  計算機模擬技術在實驗教學中的應用為實驗教學帶來極大的方便。模擬實驗具有建模方法簡單、引數調整方便、結果可視性好等優點,克服常規實驗內容單調、缺乏變化、元器件制約引數調整以及實驗裝置數量有限等不足。在教學中適當介紹並應用MATLAB軟體,並設計出計算機輔助實驗教學軟體包,提供一個方便易用的圖形使用者介面,將MATLAB控制工具箱的相關功能整合一體。

  網路教學平臺開發。網路教學能真正體現學生的主體作用。在網路中,學生可以利用網路的互動性、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,並且與教師在網上交流,探討問題,在教學中發揮積極作用。

  五、建立科學、有效的教學資訊回饋

  堅持洛陽理工學院本科畢業班所有學生中,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。

  六、結束語

  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性,研究的範圍將更加廣闊,電氣自動化專業控制類課程的內容將不斷地發展和更新,電氣自動化專業控制類課程設定及教學內容改革研究也將進一步進行下去。

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