《自动控制理论》课程引入MATLAB软件的教学组织与实施

　　《自动控制理论》课程是自动化及相关专业的专业基础课,是学生接触的第一门控制类课程,其主要目标是培养学生建立控制思想,培养学生系统认识事物的思维方式,以系统思维方式认识物理工程概念和抽象数学模型概念的知识体系,培养和锻炼学生解决控制系统问题的能力。根据多年的教学经验,在《自动控制理论》课程讲授过程中,主要存在以下问题:一是理论知识过于抽象,数学推导较多,学生对知识的认知性难度较大,易产生枯燥情绪[1];二是教学计划调整后该课程的学时减少。讲授时,尽管教师力求精讲,但讲得过少,学生的接受能力有差别,部分学生难以掌握和理解所学知识;三是尽管采用现代技术辅助教学一定程度上提高了教学效果,但多停留于形式化如多媒体课件等,而对传统的理论教学体系、教学内容的改革和创新较少。因此,在理论教学中引入MATLAB专业软件辅助教学,教学内容上进行创新和改革,不仅很好的将现代化教育技术与传统理论教学相融合,而且拓展了信息量,激发了学生的学习兴趣。

　　1基于MATLAB的教学组织与实施

　　1·1教学内容

　　MATLAB是美国MathWorks公司推出的具有强大科学计算与可视化功能、简单易用的开放式专业软件;并且MATLAB已成为自动控制系统分析和设计的一个重要工具[2]。对理论教学来说,它可以缩短理论与实际系统的距离,使理论更容易理解。在《自动控制理论》课程引入MATLAB软件辅助教学,根据课程理论知识,引入的内容主要包括建模组成控制系统、对控制系统进行分析(时域法、根轨迹法和频域法)和控制系统综合校正及设计三部分[3]。建模部分主要是借助MATLAB编程,在计算机上实现对各类模型的输入和形式转换;分析部分主要利用MATLAB的绘图功能,观察各种响应曲线、根轨迹、频率特性以及参数变化对控制系统稳定性和动态性能的影响等;综合设计部分主要是将前两部分有机联系在一起,综合学生已掌握的知识,培养利用专业软件对知识综合应用的能力。

　　1·2教学实施

　　在没有专门教材以及课时有限的情况下,课堂教学主要采用引导的方式进行[4]。具体做法是每讲授完一部分相应理论知识后,抽出一定课时引入MATLAB的内容,这样容易使学生明白学习的目的。教学中主要介绍MATLAB的关键语句、简短的仿真程序及利用其辅助相关理论知识学习的方法,让学生课余时间应用这些语句和程序上机练习,完成课程中数学模型的建立和响应曲线、根轨迹图及频率特性曲线等的绘制,引导学生学会使用MATLAB应用软件,培养学生拓展知识,进一步提高和激发学生自觉学习的能力和学习兴趣。