自动控制系统课程的教学方法研究.pdf

193造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 科研课题自动控制系统课程的教学方法研究*周永吉山西机电职业技术学院，山西 长治 046000摘要：随着自动化技术在工程领域的广泛应用，自动控制系统课程的教学方法愈发受到关注。传统教学模式面临着理论与实践脱节、学生参与度不足等挑战。文章旨在通过综合考察现代教学方法，如案例分析、仿真模拟和项目实践，优化自动控制系统课程的教学。通过深入研究学生反馈和教师面临的困扰，以及技术设备的限制，旨在提出创新性、实用性的改进建议。通过这一研究，希望推动自动控制系统课程教学方法的现代化，培养更具实践能力和创新思维的工程专业人才，以适应不断发展的工业自动化需求。关键词：自动控制系统课程；仿真模拟；项目实践分类号：G712；TP13自动控制系统课程的研究背景源于当今科技迅速发展，对工程领域自动化技术的日益增长需求。传统教学方法在应对工业智能化和数字化趋势时显得有限。因此，此次研究旨在探讨并优化自动控制系统课程的教学方法，引入现代手段如案例分析、仿真模拟和项目实践，以提升学生实际问题解决能力。此研究对于培养学生深度理解控制系统原理、适应实际工程挑战，以及促进创新思维具有重要意义。通过更灵活、综合的教学方法，可使学生更好地投身工业自动化领域，满足未来工程实践的复杂需求1。1 自动控制系统课程概述1.1 课程内容自动控制系统课程涵盖了系统建模、控制器设计、系统分析等关键内容。学生将学习如何描述、分析和设计控制系统，以实现期望的性能和稳定性。通过理论学习和实践操作，课程使学生能够运用所学知识解决实际控制问题，为工程实践奠定坚实基础。1.2 学科特性自动控制系统作为一门综合性学科，涉及电气工程、机械工程和计算机科学等多领域。学科特征在于对系统模型与控制方法之间关系的深入理解，这需要学生具备扎实的数学、物理、工程学等多元知识基础，由于其综合性和挑战性，学生必须全面发展学科素养，以解决现实世界中的复杂问题。同时，自动控制系统学科的交叉融合特性为跨学科合作提供了广泛空间，促进了不同领域专业人才的协作，推动了科技领域的进步。1.3 教学目标自动控制系统课程旨在使学生达到多重教学目标。（1）培养学生对系统建模和分析的能力，使其能够准确抽象实际问题为数学模型。（2）注重培养学生的创新思维，使其能够灵活应用不同的控制方法解决工程实践中的挑战。（3）通过实验与项目实践，强化学生的团队协作和实际问题解决能力，使其毕业后能够成功应对自动控制领域的复杂挑战。2 自动控制系统课程的教学方法2.1 传统教学方法2.1.1 授课模式传统的授课模式在自动控制系统课程中扮演着基础性的角色。通过经典的讲授方式，教师可以系统性地介绍控制系统的基本概念、数学模型和常见方法。在授课过程中，学生能够直接从教师的深厚经验中汲取知识，建立对自动控制系统基础理论的扎实理解。这种模式的优势在于能够在短时间内传递大量信息，为学生提供课程的整体框架。然而，过分依赖传统的授课模式可能导致学生的被动接受，降低了学习的深度和广度。因此，在这一模式中引入创新元素，如案例分析、小组讨论等，有助于激发学生的学习兴趣，促使他们更主动地参与课程。2.1.2 实验教学实验教学是自动控制系统课程中的重要组成部分。文章编号：2096-3092（2024）01-0193-03*基金项目：山西机电职业技术学院 2022 年度院级课程思政教育教学改革类课题项目（SZ-22009）作者简介：周永吉，男，硕士，助教，研究方向为电机设计。194 科研课题 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料通过实际操控系统、调整参数、观察性能，学生得以将理论知识应用于实际问题，加深对控制系统的理解。传统实验通常包括控制系统的建模、参数调整和性能评估等环节。然而，传统实验也存在一些限制，如设备资源受限、时间紧张等问题。为解决这些问题，可以引入虚拟实验和仿真工具，通过计算机模拟实验，拓展学生的实践经验，提高他们的问题解决能力。此外，实验设计的多样性也应得到重视，以满足不同学生的学科兴趣和发展需求2。2.1.3 教材运用教材在传统教学中扮演着极为重要的角色。一本合适的教材应当全面、清晰地涵盖自动控制系统的各个方面，同时具备一定的实际应用案例。传统教材通常注重理论，但可能较为枯燥，难以激发学生的学科兴趣。因此，在教材运用方面需要注重平衡理论与实践，通过融入实际案例、应用背景，或引入开放式教材资源，使教材更具灵活性和吸引力。随着信息技术的不断发展，教师还可通过网络资源不断更新和丰富教材内容，确保其与时俱进，使学生能够接触到最新的科研进展和应用案例。2.2 现代教学方法2.2.1 案例分析现代自动控制系统课程注重引入案例分析，旨在将理论知识与实际问题相结合，提升学生的问题解决能力。通过真实或模拟的工程案例，学生能够在课堂上应用所学的控制理论，分析系统行为，并制订相应的解决方案。案例分析能够激发学生的主动学习兴趣，培养他们的实际应用能力。在这一教学方法中，教师既是知识的传递者，也是引导者，通过对案例的深入讲解和分析，引导学生思考问题的深度和广度，培养他们对实际工程问题的敏感性。此外，案例分析还有助于学生发展团队协作能力，这是因为许多案例需要学生在小组内共同协作解决。2.2.2 仿真模拟在现代自动控制系统课程中，仿真模拟被广泛运用于理论教学和实践操作。通过使用仿真软件，学生可以在虚拟环境中建立控制系统模型，并进行系统性的实验。这种教学方法的优势在于学生可以在不受设备和资源限制的情况下进行大量的实验操作，提高他们的实际动手能力。同时，仿真模拟还能够呈现系统动态过程的细节，使学生更好地理解控制系统的行为。教师可以通过仿真软件提供的可视化工具，生动直观地演示抽象理论，使学生更容易理解和掌握。此外，仿真模拟也为学生提供了错误尝试的机会，促使他们从失败中学习，培养解决问题的韧性。2.2.3 项目实践现代自动控制系统课程倡导项目实践教学方法，旨在培养学生团队协作和实际问题解决的能力。通过参与真实项目或者模拟项目，学生能够将所学知识应用到实际工程中，体验整个控制系统设计与实施的全过程。在项目实践中，学生需要面对各种挑战，包括系统建模的复杂性、实际环境中的不确定性以及项目进度和资源的管理。这种教学方法有助于培养学生的创新意识和实际操作技能。项目实践还强调学生的独立思考和解决问题的能力，使其在毕业后更好地适应实际工程环境。同时，学生通过与团队成员的合作，锻炼了沟通和团队协作的重要素养3。3 自动控制系统课程教学方法现存的问题3.1 学生学习效果不佳学生的反馈为自动控制系统课程的教学提供了重要的信息。学生普遍反映对课程的理论内容感到较为抽象和烦琐，难以直观理解。同时，部分学生对传统授课模式提出了一定的质疑，认为在这种模式下，参与度不高，课堂氛围相对单一。实验教学方面，学生关注到设备资源受限，导致实际操作机会不足，难以全面掌握控制系统的实际运行。对于现代教学方法，学生普遍反映缺乏仿真模拟和项目实践的机会，并认为这两种现代教学方法应当更为深入、广泛地融入课程，以提高学生的实际应用能力。因此，学生反馈强调了对于更生动、实践性更强的教学方法的期待，以及对于理论知识更为直观呈现的需求。这提示教师在未来的课程设计中应更灵活地结合不同教学方法，更贴近学生的实际需求，促进他们更深度地参与到自动控制系统学科的学习中。3.2 教师教学面临难题教师在自动控制系统课程教学中面临一系列困扰。首先，课程内容的复杂性使教师需要在有限的时间内传递大量理论知识，同时保持学生的兴趣和理解度。此外，教师在传统授课模式下难以满足不同学生的学科兴趣和学习节奏，因此如何巧妙地调动学生的积极性成为一个挑战。实验教学方面，设备资源有限可能阻碍了学生实践操作的机会，给教师提出了如何有效安排实验内容和提供实际体验的问题。195造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 科研课题同时，教师在引入现代教学方法（如仿真模拟和项目实践）时需要面对技术应用和资源准备的难题，要求教师具备相应的技术水平和教学支持。综合而言，教师在自动控制系统课程中需要平衡理论与实践、传统与现代的教学方法，因而教学策略的选择和整合成为一项较为复杂的任务。3.3 技术设备存在限制技术设备的限制是自动控制系统课程教学中普遍面临的挑战之一。实验教学受制于有限的设备资源，这可能导致学生实际操作的机会受到限制，无法全面掌握控制系统的实际运行。同时，教师在引入现代教学方法，如仿真模拟和项目实践时，需要依赖先进的技术设备和软件支持。技术设备的不足可能妨碍教师有效地组织和展开这些活动。此外，学校或教育机构对于更新技术设备的投入和支持程度也是一个限制因素，这可能导致设备陈旧，不足以满足学科发展和学生实际需求。解决这一挑战需要学校和教育机构加大对于技术设备的投入，保障教学设备的先进性和多样性。同时，引入更加灵活、便捷的技术手段，如在线仿真平台和虚拟实验室，有助于克服设备限制，提升自动控制系统课程的实际教学效果4。4 自动控制系统课程教学方法的优化措施4.1 巧妙运用技术手段为改进自动控制系统课程的教学方法，建议巧妙运用技术手段。首先，引入交互式教学软件和在线仿真平台，以增强学生对控制系统理论的理解。这样的技术工具不仅提供了可视化的学习环境，还能让学生在虚拟实验中体验实际控制过程。其次，利用远程实验设备，克服实验室资源有限的问题。这种远程实验教学模式可以让学生通过互联网远程操控实验设备，获得更多的实践机会。此外，推广使用数字化教材和开放式教育资源，使课程内容更富有互动性和灵活性。通过线上论坛和即时通信工具，促进学生之间的合作与交流。最后，鼓励学生使用编程和模拟软件，培养其自主学习和问题解决的能力。通过技术手段的巧妙运用，可以使自动控制系统课程更富有趣味性、灵活性，并提升学生的实际应用水平。4.2 采用多元化教学策略为丰富自动控制系统课程的教学方法，建议采用多元化的教学策略。首先，引入案例教学，通过实际案例激发学生的学科兴趣，将理论知识与实际应用相结合。其次，采用小组讨论和团队项目，培养学生的团队协作和沟通能力，使其在合作中共同解决实际问题。此外，开展学生主导的研究项目，激发创新思维，培养自主学习的习惯。在课堂中引入互动性强的活动，如在线投票、问题解答等，提高学生参与度。最后，定期邀请业界专业人士举办讲座或参与课程设计，使学生更好地了解实际应用场景。通过这些多元化的教学策略，可以激发学生学科兴趣，提高实际应用能力，丰富自动控制系统课程的教学效果。4.3 发挥实践与理论结合的优势为优化自动控制系统课程，建议充分发挥实践与理论结合的优势。首先，加强实际案例分析，将理论知识应用到实际工程问题中，培养学生解决实际挑战的能力。其次，采取项目实践，通过团队合作完成真实项目，使学生深度融入控制系统设计与实施的全过程。引入实验室虚拟化和远程实验，突破设备限制，让学生在安全、自主的环境中进行更多实际操作。此外，倡导与行业合作，邀请实际从业者进行实地指导，将理论知识贴近实际应用，激发学生学习的热情。最后，结合在线学习平台，提供多样化的学习资源，使学生能够随时随地进行理论学习和实践操作。通过实践与理论相结合，可以培养学生的创新思维，提高问题解决的实际能力，使自动控制系统课程更符合工程实践需求5。5 结束语通过技术手段的巧妙应用，多元化教学策略的采纳，以及实践与理论的结合，可以进一步提升自动控制系统课程的教学质量。这一研究为今后自动控制系统课程的教学改进提供了有益的启示，有助于培养更具实践能力和创新思维的工程专业人才。参考文献1 傅求宝,刘信生.“做中学”式课堂教学是促进学生科学思维生长的最优路径:以“电磁继电器与自动控制”教学为例J.物理教学,2023,45(10):40-43,47.2 李欢,陈薇,吴宇博.研究性教学在自动控制原理课程教学中的应用J.造纸装备及材料,2023,52(7):247-249.3 马彦,唐志国,胡云峰,等.结合工程关联实例的自动控制原理二阶系统教学内容探索J.实验室研究与探索,2022,41(7):194-197.4 孙宇.非暴力沟通模式在中职课堂教学中的应用研究D.苏州:苏州大学,2022.5 唐求,张小刚,张帆,等.“新工科”背景下“自动控制原理”课程“三结合”实验教学模式改革J.实验技术与管理,2021,38(3):197-200,206.