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时间:2019-01-19 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  摘要:控制系列专业实验课程主要包括控制理论实验、自动化专业基础实验、过程控制专业实验。针对教学中存在的问题,分别从教学模式、课程内容、开放性教学、实验指导书等方面介绍了该实验课程群教学改革的具体措施。
  关键词:控制系列专业实验;教学改革;综合性设计性实验;开放性教学
  作者简介:黄艳岩(1979-),女,江苏涟水人,中国计量学院机电工程学院,讲师;富雅琼(1983-),男,河北张家口人,中国计量学院机电工程学院,实验师。(浙江 杭州 310018)
  基金项目:本文系中国计量学院2010年高教年度研究课题(课题编号:HEX201005)的研究成果。
  中图分类号:G642.0     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2012)05-0076-02
  
  中国计量学院(以下简称“我校”)控制系列专业实验课程主要包括控制理论实验、自动化专业基础实验、过程控制专业实验,分别在第五、六、七学期开设。以上实验课程主要依托于控制理论实验室、温度检测实验室、自动化仪表与装置实验室、过程控制实验室。课程涉及控制理论及控制工程的学科领域有:自动控制理论、过程控制、过程基础、检测技术、自动化仪表与装置等,覆盖面比较广,实验涉及该学科领域的许多先进技术。
  一、控制系列专业实验教学存在的问题
  控制系列专业实验是教学中的实践环节,是对相关控制专业课堂教学的补充和延续。学生通过实验可以加深对相关理论知识的理解,提高动手能力,培养创新能力和创新精神。目前,控制系列专业实验课程教学主要存在以下问题:
  (1)教学理念相对陈旧,未能改变依附于理论教学的从属地位,实验的模式比较单一,多采用传统的验证性实验,缺乏综合性和设计性实验内容。
  (2)各门课程实验装置及内容相对独立,交叉关联少,缺少相关课程和相近学科知识之间的联系与映证,学生学到的知识不够连贯,缺乏系统的概念。
  (3)实验指导书过于详细,学生过分依赖教师,缺乏独立分析问题、解决问题能力的培养。为此,有必要对控制系列专业实验课进行教学改革,不断更新教学内容,强化实践教学,在方法上有新的拓展。本文主要对控制系列专业实验课程教学模式进行改革,在此基础上调整相关实验内容,改编实验指导书。
  二、教学改革内容
  1.改革实验教学模式
  将实验项目分为必做实验和选做实验。必做实验帮助学生掌握基本的理论知识,训练基本的实践能力。选做实验则可充分发挥学生自主性和创造性。根据实验的难度和对学生的要求,将实验项目分为三个层次。[1]
  (1)验证性实验项目:为必做实验,固定时间、固定班级。这些实验往往只涉及一门课程的一个章节或一个知识点的内容,学生通过验证性实验可以使所学理论知识具体化和形象化,加深对所学知识的理解与掌握,同时也培养学生的基本动手能力。
  (2)综合性实验项目:是指在学生具有一定基础知识和基本操作技能的基础上运用某一课程或多门课程的综合知识,对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验。[2]其目的在于锻炼学生对知识综合应用的能力,培养学生分析和解决复杂问题的能力,培养学生数据处理以及查阅中外文资料的能力。
  (3)设计性实验项目:教师给定实验目的、要求和实验条件,由学生自行设计实验方案,并加以实现。[3]此项目可设置成开放式教学模式,通过改变实验任务指标,对实验的实现方法提出不同的要求,让具有自主创造性的学生有充分发挥的时间和空间。
  2.调整课程内容
  控制理论实验、自动化专业基础实验和过程控制专业实验3门实验构成了我校控制系列专业实验课程群。按照对实验教学模式的改革,实验从原有的验证性实验过渡到以设计性综合性实验为主,极大地调动了学生的主观能动性。以下是对三门实验课程内容的调整:
  (1)控制理论实验。控制理论实验开设的目的是使学生加深理解自动控制理论课程的基本知识,给学生正确的感性认识,使学生用直观、简便的方式来验证所学的控制理论,培养动手能力和工程实践素质,并达到能自主开发、实际应用的目的。[4]其依托的控制理论实验室主要利用自控原理实验箱,对控制理论中的一些基本理论进行仿真研究,如典型环节的模拟研究、系统的瞬态响应及其稳定性研究、PID校正、非线性系统性能分析等。另外还配有倒立摆控制系统实验装置,利用该设备使现代控制理论中的若干理论得到验证。如:利用状态空间方法对系统建模,进行系统可控性、可观性及稳定性研究;利用观测器对未知状态进行观测,利用状态反馈理论进行极点配置,并设计控制器等。
  该实验课时8个学时,隶属于自动控制理论课内实验,原有实验均为验证性实验,调整后的实验项目见表1。对于学有余力的同学,在完成8个学时的课内实验后可选做难度更高的其他实验项目。
  (2)自动化专业基础实验。自动化专业基础实验主要依托于自动化仪表与装置实验室及温度检测实验室。本课程是与自动化专业的学科基础课程相关的实验性教学环节。课程任务是巩固和加强专业基础课程的基本概念、理论和应用,培养学生正确使用自动化仪表和装置,掌握测试方法,具有按实验指导书进行设计、调试、实验和分析实验结果的能力。
  该实验课时32个学时,调整后的实验项目见表2。
  (3)过程控制专业实验。过程控制专业实验室主要用于过程控制专业实验教学,通过实验帮助学生了解过程控制装置、过程建模、单回路控制系统、复杂控制系统、典型单元操作的控制和集散控制系统的基本理论,加深对被控对象的动态特性、主要参数对过渡过程的影响规律及主要调节规律、控制算法的理解,培养学生具有过程控制系统的分析、设计、调试、投运和参数整定及分析处理过程控制中各种实际问题的综合能力。
  该实验室实验课时32个学时,调整后的实验项目见表3。
  3.开放性实验教学
  传统的实验教学模式即按照固定的时间、统一实验内容,学生没有选择性,实验操作基本上是“照方取药”、“按部就班”的方式。[5]这种教学方式对于培养学生严谨的科学态度和过硬的实验技能是非常必要的,但同时也压抑了学生的想象力和积极主动学习的意识,不利于培养学生的创新意识和创新能力。为此,在原有的基础上,对一些设计性、综合性实验项目实行开放式教学是势在必行的。
  (1)公开实验项目、实验时间及要求。在学期开始的第一周,通过网络向学生公布本学期要开设的实验项目,包括验证性项目、综合性项目及设计性项目、每个实验的具体要求、开设的具体时间、每个实验的分组人数和实验分值。[6]让学生提前了解,便于他们按要求去查阅资料。对开放式实验的管理办法、成绩评定办法、实验的运行方式等规定同时予以公布,这样学生对整个实验的基本情况有了全面的认识,便于他们合理安排自己的实验时间。
  (2)完善实验室开放管理制度。完善的管理制度可以保证实验计划的顺利实施,为保证开放式实验的正常运转,我们针对控制系列专业实验课程的特点,结合学院有关实验管理规定,制定了相关的开放管理制度,如“实验室开放计划管理”、“仪器设备管理”、“实验纪律”等。另外,为便于掌握实验室开放现状和建立实验室开放档案,分析和研究总结实验开放基本规律,制定了控制系列专业实验课程开放记录的各种表格:“开放实验申请表”、“实验室开放情况记录表”、“开放实验成效分析表”、“开放总结报告”等。每个学年都要求参与开放实验项目的学生按照各个记录表的要求逐项详细登记,由实验室管理人员检查登记情况,并在期末对开放基本情况进行总结。
  4.改编实验指导书
  不同的实验模式对实验指导书的要求也不同。对于验证性实验,实验指导书需要给出详细的实验目的、原理、步骤、所用到的仪器设备等。学生只需按部就班地做下去就会在规定的时间内完成实验,得出结果,完成报告。对于综合性实验,由于所涉及的知识点不确定,因此实验目的要求不确定,因而实验指导书对所用的仪器、设备及材料、实验的方法、步骤只做概述性介绍和提示。综合性实验所用时间并不确定,所以不适合全班同学完成同一项实验内容,在时间上也需要课内、课外相结合来完成。设计性实验突出它的自主设计性,可以是单一知识的运用,也可以是多知识点的综合运用。设计性实验指导书给出实验目的、要求和实验条件,学生自行设计实验方案并加以实现,所以设计性实验带有试探性、研究性,在时间上也需要课内与课外相结合。[7]
  三、结语
  我校控制系列专业实验课程经过教学改革与实践收到了较好的效果,改变了长期以来“灌输式”、“填鸭式”的教学方法。学生通过综合性设计性实验项目,将控制专业相关理论知识连贯了、系统了、领悟了许多做实验的乐趣。通过主动参与开放性实验,确立了学生在教学活动中的主体地位,充分发挥了自身的主观能动性,锻炼了分析问题和解决问题的能力。另外,不少学生在后续的毕业设计环节所做的课题也和控制系列专业实验课程有很大关系。由于本课程群的改革,使得学生有一定的基础,掌握了基本的设计流程,在一定程度上帮助他们更好地完成毕业设计。
  
  参考文献:
  [1]朱彪,高山.设置综合设计性实验提高学生综合素质[J].实验室研究与探索,2010,29(7):238-240.
  [2]刑凤兰,王丽艳,刘红霞.设计性实验的指导思路[J].实验室研究与探索,2010,29(7):264-266.
  [3]周鲜成.规范综合性、设计性实验教学的探索与研究[J].实验技术与管理,2007,24(7):103-105.
  [4]赵正天,李炜.自动化专业实践教学改革的思考与探索[J].电气电子教学学报,2009,(9):13-15.
  [5]王茜.自动化专业综合性实验平台的建设模式[J].实验室研究与探索,2009,28(10):96-98.
  [6]王永川,李小民,江涛,等.自动控制原理设计性实验教学探讨[J].电气电子教学学报,2009,(9):10-12.
  [7]凌振宝,林君,程德福,等.仪器仪表专业实验教学平台建设与实践[J].实验技术与管理,2007,24(7):148-150.
  (责任编辑:王祝萍)

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