机械类专业《自动控制原理》实验教学改革探讨

王宪磊

摘 要：《自动控制原理》是机械类专业一门重要的控制类课程。该课程工程实践性强，因此必须重视其实验教学。结合该课程实验教学现状，对实验内容、实验模式和实验考核等进行了一系列改革，以通过实验激发学生的学习兴趣，巩固学生的课程理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力，并通过改革提升实验教学效果，提高学生的实践能力和创新能力。

关键词：机械类专业；《自动控制原理》；实验教学；创新能力

中图分类号：G642.0 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.117

《自动控制原理》是机械类专业一门重要的控制类课程。该课程理论性强，课程知识与工程实践紧密结合，主要讲解控制理论的基础知识，为后续其他专业课程的学习打好基础。为了与机械类专业的其他课程紧密结合，在讲解该课程的理论知识时，必须与机械类的工程实践相结合，理论知识的学习不能脱离工程实践。为了巩固课程理论知识，在教授该课程时还必须重视实验教学，通过实验加深对理论知识的理解。同时，为了与机械工程实践紧密结合，在该课程的实验教学中要更加重视工程背景，将实验内容与工程实践相结合。另外，实验不能脱离工程背景，这样才能达到实验教学的目的——既巩固了理论知识，又提高了学生分析和解决工程实践问题的能力。

1 传统实验教学存在的问题

笔者所在学校最初的《自动控制原理》实验教学模式单一——教师先设定实验教学内容，然后给学生讲解实验目的、实验原理、实验步骤、实验分析、实验总结等，之后就是学生自己动手操作，按照实验指导书要求按部就班地接线、测数值、分析实验结果、验证所学的理论知识。在这种单一的实验教学模式下，学生的学习兴趣不高，大部分都持应付的态度。由于实验箱数量有限，实验只能分组进行，每组一般3人左右。在实验过程中，每个组基本都是一个学生在做实验，其他人参与得非常少。这样，很难使所有学生都参与实验，学生的实验积极性不高，总想着每个组只要出实验结果即可，不在乎自己是不是参与了实验。学生的这种实验心态导致其对实验不重视。同时，在实验分组时，都是学生自由组合，这样就会使学生在选择分组时投机取巧，总想与平时学习好、动手能力强的学生一组，这样自己就不用做了，由学习好、动手能力强的学生来做。总之，在这种单一的实验教学模式下，不认真做实验的学生很多。虽然教师也认识到了这些问题，在实验中也向学生强调了实验事项和要求，但是学生还是不能从内心重视实验，整体实验效果一般。再加上这种传统的实验教学模式死板、缺乏新意，完成每次实验的程序一成不变，学生只需按照实验指导书上的实验内容去接线、分析和测试，就能得出实验结果，学

生在实验中缺少思考，只是简单地做实验。这种固定的实验教学模式缺乏多变性，限制了学生的思维，影响了学生实验过程中能动性的发挥，不利于学生的个性发展，也不利于学生创新能力的培养，实验效果自然不理想。

2 实验教学改革

随着机械类专业人才培养方案的不断调整，结合机械类专业工程实践性强的特点，在专业课程教学中，必须注重对学生创新能力的培养，注重将所学的专业知识与工程实践相结合。《自动控制原理》作为机械类专业一门重要的控制类课程，要与工程实践紧密结合，注重课程实验教学，改变传统单一的实验教学模式，精选实验内容，提高全体学生的参与度，为学生创造条件，发挥学生的能动性，从而提高实验教学效果。具体实验教学的改进是通过引入MATLAB仿真，在传统实验的基础上，新增仿真实验。我们可以将该课程的实验分为两部分，即实验台的动手接线、测量和分析实验，到机房进行的MATLAB仿真实验。这样的实验教学内容丰富、紧凑，让学生学会用MATLAB仿真软件来分析和设计工程实践系统，拓展学生的知识面，让实验教学和工程实践紧密结合，时刻给学生的课程学习创造工程实践环境，抓紧课程学习的主线，有利于激发学生的实验兴趣，提高实验教学效果。

2.1 学生自主选择验证性实验内容

在实验台完成实验的过程中，对于验证性实验，教师不指定具体实验内容，由学生自行根据所学的课本知识和实验指导书选择自己感兴趣的实验来做，按照要求完成实验规定的学时。这种不指定具体实验内容的教学模式有利于发挥学生的实验主动性和选择性，学生可以根据自己的实际情况，针对自己所学的课本知识，结合自己的兴趣选择实验内容，从而激发学生的实验兴趣。以往，教师确定了实验内容，学生无自主选择权，可能学生对某些实验根本不感兴趣，但是也要去做，学生的实验积极性自然不高。因此，学生自选实验内容能够很好地提高学生的实验参与度，激发他们的学习兴趣。

2.2 增加综合性和设计性实验

针对验证性实验中实验过程简单、学生相对较容易做的特点，为了提高实验教学质量，增加实验难度，也为了提高学生的分析和设计能力，要增加综合性和设计性实验。可以结合机械类专业现有的实验和生产实践来挖掘综合性和设计性实验内容，比如带学生到机械类的数控机床实验室、PLC控制实验室、液压与气动实验室等，有条件的还可以带学生到附近的工厂去参观学习，给学生介绍机械设备中《自动控制原理》的相关知识，让学生观看机械设备的运转情况，分析其中的控制问题，找出不足，思考改进的方法，从而培养学生的创新思维，让学生直观地认识到《自动控制原理》的重要性。通过参加机械设备的运转情况，学生能够树立工程实践意识，启发思维，为后续综合性和设计性实验的顺利开展打下基础。教师要提前做好综合性和设计性实验的素材准备工作，实验内容要结合当地的机械工程实际，从工程实际出发设置综合性和设计性实验，将实验内容和工程实际相结合，增强学生的实验意识。通过综合性和设计性实验，培养学生分析和解决实际问题的能力，使学生学以致用，针对不同的设计性题目和要求，激发他们的潜力，发挥他们的才能，自行设计实验方案，完成运行和分析，直到最终完成设计性实验。这种设计性实验既能让学生熟悉自动控制实验设备和仪器，也能培养学生用所学知识分析和解决实际问题的能力，培养学生的创新思维能力，为以后的工作打好基础。

2.3 增加MATLAB仿真实验

在传统实验的基础上新增MATLAB仿真实验，使学生学会用计算机辅助分析和设计，降低课程的抽象性，通过仿真实验使课程的内容更加直观。MATLAB仿真软件应用广泛，功能强大，适用于该课程中的系统建模、系统稳定性分析、系统时域分析、系统根轨迹、系统的频率响应、系统的校正和设计等。MATLAB仿真实验的增加使得自动控制实验内容更丰富，提高了实验效果。将MATLAB仿真实验与和设计性实验相结合，用仿真实验来演示设计性实验的内容，模拟设计性实验的每个环节，便于观测实验结果。如果能够对设计性实验中的方案加以修改，对参数进行调整，通过仿真很容易观测到结果的变化，可以更好地帮助分析和设计系统。借助MATLAB仿真实验，综合性和设计性实验更加直观，同时，学生也可以应用先进的计算机仿真工具辅助分析和设计。

3 实验考核方式改革

传统的实验考核方式侧重实验报告，主要是按照实验报告给学生打分。这种考核方式容易造成学生只重视实验报告的书写而忽略了实验过程。为了使学生重视实验的全过程，必须改革实验考核方式，以考核为杠杆，引导学生重视实验的各个环节。考虑到《自动控制》课程实验包括三大部分，即验证性实验、综合性和设计性实验、MATLAB仿真实验，实验成绩比例可以设置为验证性实验占20%，综合性和设计性实验占40%，仿真实验占40%，以此引起学生对实验各个模块的重视。在每个实验模块的考核中，要将学生的考勤、实验参与程度、实验准备、实验完成情况和实验报告等作为考核依据。这种实验考核方式能使学生重视实验的每个环节，提高实验教学质量。

4 结束语

机械类专业《自动控制原理》实验教学的改革解决了传统实验教学模式单一、学生创新思维能力不足等问题，通过在实验教学中引入机械工程实际，为学生创造了机械工程实践环境，使实验内容与机械工程实际紧密结合，既巩固了学生的理论知识，又提高了学生分析和解决问题的能力。另外，MATLAB仿真实验的增加可以将抽象的课程变得更加直观，激发学生的实验兴趣，从而提高实验教学质量。

参考文献

[1]姚立健.面向农机专业的“自动控制原理”课程教学改革[J].中国电力教育，2012（32）：59-60，62.

[2]李春卉.浅谈“自动控制原理”教学中创新能力的培养[J].中国电力教育，2010（22）：105-106.

[3]刘建群. “机械工程控制基础”课程教学改革的思考与实践[J].广东工业大学学报（社会科学版），2016（12）：88-89.

[4]王蕊.Matlab在《机械控制工程基础》教学中的应用[J].机电产品开发与创新，2011（4）：179-180，187.

[5]高丙朋.新疆高校少数民族班《自动控制原理》课程教学探索[J].新疆职业大学学报，2011（4）：78-80.

[6]蒙艳玫.机械工程控制基础课程的实验研究[J].广西大学学报（自然科学版），2006（6）：43-45.

〔编辑：刘晓芳〕