浅（qiǎn）谈工（gōng）业自动化控制理论实（shí）验教学研（yán）究

摘 要： 对当前工业自动化控制（zhì）理（lǐ）论实验教学方法与实验仪器进行分析，提出教学方法和教学仪器的改革措施。通过开设新（xīn）的（de）实（shí）验内容和研制新的教学仪器，使学生更好（hǎo）地完成自动控制理论实验的学习任务，提高学生的综合能力和创（chuàng）新能力。 
　　 “自动控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为工业自动化控制系统的分析和综合（hé）提供基本理论和基本方法的一门专业基础课[1]。该课程是一门重要的测控类专业的基础（chǔ）课，具有较强的理论性（xìng），与（yǔ）前续课程联系紧密，知识面广，学生不易理解（jiě）掌握（wò）。学好这门课程不仅可以为后续专业课的（de）掌握打下良好的理（lǐ）论基础，而（ér）且能在今后（hòu）从事专业工作时，直接运（yùn）用它去分析（xī）和解决实际技（jì）术问题。对于工程（chéng）实践具有重要（yào）的指导（dǎo）作用，受到人们（men）的广泛（fàn）重视。在本课程的教学中，实验教学对理论（lùn）知识的（de）理解、掌握、巩固具有重要的（de）作用。 
1、 当前实验教学的不足： 
　　长期以（yǐ）来，传（chuán）统的实验教学被一种固定的模式所束缚，教（jiāo）学内容陈旧，教学方法呆（dāi）板，在一定程度上限制了学生（shēng）的主动性和积极性，难以激发他们独立分析问题、解决（jué）问题的兴趣（qù）和激情，没（méi）有体验过从（cóng）失败中自己（jǐ）寻找成功之（zhī）路（lù）的（de）经历，抑制了学生个性的（de）发展，这样不利于对学生创新能力的培养。 
　　1.1 实验内容（róng）固定： 
　　传统的实（shí）验主要是按章节进（jìn）行验证性实验，实验仪器功能固定，实验只能按照实验指导书设计好的步骤进行, 学生被束缚在验证性实验中，对出现的相关问题缺少系统、多角度的分析（xī），不利（lì）于（yú）学生创新能力（lì）的（de）培养。 
　　1.2 实（shí）验（yàn）时间限制： 
　　一般的实验都要求在实（shí）验室2个学（xué）时内完成，学（xué）生很难全面深入地（dì）把握实验主要内容和方法，对实（shí）验的目的、实验原理无法（fǎ）理性地理解，更别提实验中出现故障的排解分析，限制（zhì）了学生的设计（jì）和创新，不（bú）利于锻炼学生的综（zōng）合能力。 
　　1.3 实验仪（yí）器制约（yuē）： 
　　实验仪（yí）器过（guò）于（yú）固化，仪器设（shè）置上未给学生留下设计（jì）性和探究问题的（de）空间（jiān）。仪器组成以理论验证为主，缺少实际控制系统各环节，特别是反馈部分的传（chuán）感部分，更不具备跟随学科发展而开拓新实验的延伸（shēn）性（xìng）。 
　　1.4 实验方法落后： 
　　实（shí）验技（jì）术（shù）水平和内容更多（duō）地满足于基础性实践环节，缺乏系统的综合性、设计性和研究性实（shí）验环节，以（yǐ）及缺少在利用多种现代实验（yàn）手段、方法和工具（jù）对实验过程中的结果和（hé）现（xiàn）象进（jìn）行深入分析研究（jiū）方面对学生的引导。实验过程主要完成连（lián）线操作、数据记录等简单的工作。
2、实验教学改进： 
　　 针对（duì）目前实（shí）验教学的现状，摒弃以往按部就（jiù）班完（wán）成指定实验步骤操（cāo）作验证形式，按照学生对科学的自然认知（zhī）进度设置灵活变换的实验内容。对实验设置按多层次，从简（jiǎn）到难，逐步引导（dǎo）学生自主学习、合作学习、研究性学习，逐步走向从问题出发的探究、创新。同时，研究新的实验教学仪器，开发配套软件，保证实验硬件满足新环境下的要求。结合灵活的教学仪器改变教学方法，充分调动学（xué）生动手（shǒu）的积极性，引导其创新（xīn）。 
　　2.1 实验内容设置： 
　　开设不同（tóng）层次的实验内（nèi）容，既要满足实验教学的验证、演示等基本功能，又要激发学生的兴趣（qù）。 
　　基础（chǔ）实（shí）验：根据给定实验任务、方案和步骤，选择并完成一定数量基本实验；同时，通过调整实验参数得到不同结果，增加思考空间。 
　　综合实验：将各个（gè）基础实验环节有机结合在一起，各课程之间关联内容综合。 
　　设计实验：以任（rèn）务（wù）的形式，给定实验题目，允许学生按照自己思路选择设计性实验内容，引导学生学会设计和研（yán）究的方法。 
创新实验：自行命题（tí）实（shí）验，将（jiāng）学生的构想通过仪器现有功能模块（kuài）来实现，在探究式学习中培（péi）养学生创新能力。
2.2 实（shí）验仪器的改进： 
　　根据实验内容的要求，开发适合本专业的教学仪（yí）器。仪器具有控制系统需要验证的各种典型环节模块、信号发生器模块（kuài）等基本功能，还结合工程实际将传感器引入反馈环节，增加执行器件，构成完整的闭环系统（tǒng）。避免教学仪器箱只（zhī）能完成信号源作为激励，控制环节构成（chéng）系统的不足。同时，仪器上（shàng）的控制效果通过便于观看的形式（shì）展示出来，让控制过程可视化（huà）。仪器要预留（liú）出（chū）扩展接口，便（biàn）于在实验中添加新（xīn）的模块。仪器在（zài）结合计算机完成实验的同时，又能独立完成工业自动化（huà）实验内容（róng），实验配套软件（jiàn）要（yào）能对硬件平（píng）台对的实验内容进行仿真和虚拟实验。学生可以根据（jù）测（cè）试参量的（de）不同选择相应的传感器，完（wán）成非电量到电量的转换，对信号进行处理（lǐ），结合（hé）控制理（lǐ）论（lùn）完成创新性、设计性（xìng）的实验。 
　　2.3 实验方法的转变： 
　　1）以学生为主体，开辟新知识领域，重视实践能力（lì）的锻炼；2）培养学生的综合能力；3）科（kē）学知识和实验能力培养上，建立系统、科学且开放的实验教学体系，注重课程之间纵向和横向的联系。 
结合开（kāi）发的教学仪器，在实验方法上除了基本（běn）的验证性实（shí）验，其他实验按任务的形式给出，不对学生（shēng）做过多的限制，留出学生思考、动手、创新的空间。充分利用计算机的计算（suàn）、分析功能以及仪器配套（tào）软件（采用数学工具MATLAB编写的程序（xù））在实验前完成必要的仿真分析，让实验有的放矢，理论指导实践。实验既做到软硬精密结合，又能相互独立，两者相辅相成。克服当（dāng）前实验中仪（yí）器平台不能脱离计算机，配（pèi）套软件不能独立工作，学生（shēng）只能在实验课中有限的时间内完成实验的不足，让实验内容通过软件可以在任意计算机上完成。 
3、总结： 
　　 对当前实验教学过程（chéng）中存在的问题进行分析和总结，从（cóng）实验内（nèi）容设置、实验仪器、实验方法3个方面提出（chū）改进方法。自动化控制理论来源于实践，反过来指导实践。结合（hé）当（dāng）前人才培养的趋势，理论联系实际，提高学生实践能（néng）力，在实践中发现问（wèn）题、解决问题进而（ér）培养创新能力。