探究教学改革面向农机“自动制约原理”课程教学革新

摘要：对农业机械化及其自动化本科专业“自动控制原理”课程教学过程中存在的问题进行了分析，在此基础上就本课程的教学内容和教学方法改革提出方案，重点在优化教学内容、精选工程实例、改善教学方式、改革实验项目和考核方式等方面进行探讨。教学实践表明，通过教学改革能明显改善“自动控制原理”课程教学效果，夯实学生基础知识、提高学生针对自动控制系统的设计和创新能力。
关键词：自动控制原理；教学改革；创新能力
作者简介：姚立健（1974-），男，江苏建湖人，浙江农林大学工程学院，讲师；彭樟林（1965-），男，江西吉安人，浙江农林大学天目学院，教授。（浙江　杭州　311300）
基金项目：本文系2010年浙江农林大学教改项目“面向农机专业的‘自动控制理论’教学改革与实践”的研究成果。
1007-0079（2012）32-0059-02
许多工科院校都开设了“自动控制原理”课程。通过该课程教学使学生掌握自动控制系统的基本原理和分析方法，培养学生运用控制理论解决工程问题的能力。[1，2]在农业机械化及自动化专业（以下简称“农机专业”）中开设“自动控制原理”课程可在教学中树立学生的农业工程意识，提升学生的应用能力和综合素质。该课程具有理论性强、教学内容多且更新发展快等特点，因此，针对农机专业实际情况，改革“自动控制原理”的教学内容、教学方法、教学手段以及考核方式，对于提高农机专业学生理论联系实际的能力、培养应用型人才具有重要意义。

一、农机专业“自动控制原理”课程教学现状分析

1.理论教学与农机应用相脱节

和地方相继出台若干促进农机发展的文件，为其发展提供了广阔的空间。目前，农机发展已从简单的数量增加、规模扩张逐步向质量提升、产业升级上来，农业机械正向自动化、智能化等方向发展，为增加农业收入、减轻农民负担、提高农产品品质起到重要作用。而现有的自动控制课程教学忽视了课程理论与现代农业装备的联系，授课教师缺乏农机专业背景。学生虽学习了，却不清楚本课程如何应用，理论教学与实践严重脱节，从而影响教学效果。

2.教学内容陈旧，实验手段单一

自动控制理论更新很快，已由单一变量控制为主的经典控制理论向多变量、最优控制为主的现代控制理论发展。自动控制系统广泛应用在诸如农业收获、农产品加工、精细农业、设施农业等设备或设施中，极大提高了农机的科技含量和生产水平。但目前理论课教学多采用传统经典教材、教者按部就班授课，教学内容很少更新。实验课仍以传统的验证性实验为主，内容简单，实验手段单

一、缺乏设计型实验，学生在上实验课时缺乏主动性。

3.课程涉及理论知识较多，难以激发学生的学习兴趣

从控制系统的数学建模到性能分析需要学生既有力学、电学等基础理学知识，又要有电力拖动、电机、电工电子等专业知识，还要有灵活运用知识解决实际问题的能力。[3]整个教学过程中数学推导过程较多，学生听起来乏味。随着农机专业对该课程课时数要求下降，课堂讲授内容更为有限，教师在课堂教学中过多注重数学理论的推理和证明，而忽视学生的自主学习和创新设计，不能激发学生的学习兴趣。

二、“自动控制原理”课程教学内容改革

1.结合农机专业实际，适当调整教学内容

对于农机专业学生来说，本课程具有内容多、理论性强、学时少的特点，对学生基础知识要求较高。[4]因此，教者必须适当调整教学内容，制订适合该专业的教学大纲。首先，教者应把握本课程教学内容和重点、难点。本课程的主要内容和教学重点是运用时域分析、根轨迹分析和频域分析等方法、研究系统的稳定性、快速性、准确性。[5]这些特性是对控制系统的基本要求，也是系统性能的重要指标，如图1所示。在教学过程中，教者要围绕上述三个特性逐步讲解各种摘自：毕业论文标准格式www.618jyw.com
系统分析方法以及它们之间的联系，使学生对本课程全局有充分了解。其次，要夯实学生的基础知识。在本课程中需要使用很多复杂的基础理论。许多同学对这些知识已经生疏，因此，在教学过程中需预留一定课时进行复习。对于相对简单的数学计算，要求学生掌握笔算方法，复杂计算应借助计算机软件（如MATLAB）辅助学习，以提高教学效率。另外，随着新技术、新方法的不断涌现，可根据实际情况对教学内容进行适当增删。可增加部分现代控制理论的内容，如智能控制、模糊控制等。对于教学大纲没有规定的内容，鼓励学生课后自学，培养学生独立思考、解决问题的能力。

2.结合农业工程背景，加强应用能力培养

许多教者在讲授自动控制基础理论时仅注重理论分析与推导，忽视与实际结合。在教学过程中，应将枯燥的数学模型与生动的工程实例联系起来。如介绍复合控制方式时可以农业机械中的谷物湿度控制系统为例，[6]如图2。
通过分析该系统方框图，学生可掌握控制系统的一般组成，如控制任务、被控对象、被控量和执行机构等，同时还能了解如何将自动控制理论运用到现代农业装备中去。
事实上，虽然自动控制系统的组成可以是纯机械的、电气的，也可能是液压或气动的，但建立这些系统数学模型的方法基本相似，甚至模型的形式完全一致。如通过RLC无源网络可构成一个二阶系统，通过弹簧—质量—阻尼器机械振动机构同样也可以组建一个二阶系统。因此在建模教学时，教者应通过对数学、电工学等基础知识的复习，利用各个元件的物理规律以及相互联系建立各环节的微分方程，最后得到系统的传递函数。结合典型农业工程实例教学，可以使学生摆脱各种类型系统的外部关系。而抓住这些系统的内部规律有助于拓宽学生的专业视野，提升学生的应用能力。

3.关注控制理论发展，实时更新教学内容

近年来，专家系统、神经网络理论及其应用使得控制理论得到快速发展，以网络技术、通讯技术、人机交互技术为代表的信息化理论将成为自动控制未来发展的方向。控制对象、分析方法、数学工具以及主要研究问题都发生变化，这就需要教者对本课程发展趋势能有清晰的掌握。教者首先应密切关注本课程的最新发展动态，积极参加学术研讨，定期进行业务培训，更新自身的知识储备。其次，在讲好经典控制理论的同时，应选择一些比较符合课程要求的现代控制理论，在讲课过程中及时介绍给学生。还可在每一个重点章节结束后开设一个专题讲座，就现代控制理论中的一些方法与应用进行讨论，使教学内容始终与时俱进，与课程发展方向同步。摘自：毕业论文翻译www.618jyw.com