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能源与动力工程控制基础现代化教学一体化探讨

来源:教育教学论坛     2019-3-11 20:30:24      点击:

田飞 施刚 施卫东 欧鸣雄 徐伟幸

摘要:随着现在科技的发展,面向能源与动力工程学科的控制基础理论教学也发生了变化。本文根据笔者所在教研组教学实践,授课方式由老师讲解走向实验室、学生讲课、视频补充等理论与实践相结合的教授方式,由单一化教学向翻转课堂、慕课和虚拟实验等多形式化发展,使学生的能力得到很大的提升,提高综合素质,取得了很好的效果。

关键词:能源与动力工程控制基础;教学一体化;案例教学;慕课;翻转课堂

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2018)43-0088-02

一、课程结构的优化

传统教学围绕课本展开教学,具有理论重、实践轻的特点,学生学习靠想象,对于实际的控制系统设计优化却无能为力。《能源与动力工程控制基础》课程,我们编写了新教材,对课程结构进行了改革,制定了新大纲,确保理论不少,推导过程不减,除了自动控制原有的经典算例外,还补充了与能源与动力工程专业相关的工程实例,引入Matlab软件的学习与实例。为让学生更加直观的认识控制系统,该课程还增加了实践课,实践的具体系统也是与本学科相关的具体实例。总之,优化后的课程突出了本课程特点,更有利于能源与动力工程学科的学生学习。

二、理论与实践相结合的教学手段

本着理论和实践相结合的宗旨,形成了板书+PPT+动画展示+上机(Matlab)+实验的学习一体化模式经过多年的教学实践,我学院本。在教学过程中,充分发挥学生的自主性,使学生循序渐进的理解、掌握控制原理基本理论和方法,进而进一步运用理论解决专业问题。

1.教师讲解。《能源与动力工程控制基础》这个课程涉及到大量的理论基础,有很多的概念容易混淆,课堂上的讲解是重要的,且必不可少的。对于概念、理论的讲解,教师主要是板书+PPT的形式,结合算例对比、提问进行讲授。以本课程第二章里提到的“同一系统,不同的输入量,相同的输出量,其系统的微分方程将不同”为例,这个问题很好理解,但是在实际应用中却常常出错,一旦出错,后面所有的系统特性、优化都将是无用功,一切都要重新再来。为了加深学生对于不同输入量和输出量的理解,在教学中以举例形式给学生讲解,以增加学生的理解和提高他们的重视,避免今后在系统的设计和优化中犯错。在讲授过程中,应用了大量的对比例题的讲解和比较,帮助学生更深的体会本课程的理论和概念。

2.翻转课堂——学生课堂学生做主。由于受课时的限制,在课堂上,对于Matlab软件,只能是程序和语法的介绍,以及简单算例的引入,如下图1(见下页)所示,其绘图速度、精度是传统手工绘图无法比拟的,让学生能够体会软件的便捷,从而激起他们学习的欲望。

在每一章节的学习中,均会布置不同系统的算例,学生分组,课后自学Matlab,上交程序和所需的数据图形。抽选最优秀的算例和最差的算例,课堂上给出20—30分钟,由学生讲授算例中所涉及的控制基础知识、理论,编程涉及到的基本语句,以及重点难点。其他学生和授课教师一起提问、讨论,提出改进方案。这样的形式会在整学期的课堂上进行5—6次,即扩充了本课程教学内容,又活跃课堂气氛,提高学生自学能力、语言表达能力、应用能力和团队合作能力。

3.案例教学实验。本课程实验依托江苏大学能源与动力工程实验中心,在学院现有教学、科研的实验基础上,将现有的实验系统,加上与本课程相关的控制系统。比如水泵测试系统是本中心现有的系统,在水泵测试系统中附加入电机转速控制系统,在单独的操作界面中供学生操作实验,学生可以通过输入不同的电机转速,得出水泵内某截面流体的不同流速分布图。这些控制系统是我们教研组老师开发的,授课教师会将控制系统的电路图、应用的原理讲授给学生,学生只能操作,感受一下控制的输入量和输出量,看到控制结果。

2017年,教研组申请开发了能源与动力工程控制基础虚拟实验平台,在平台内,学生可以自己设计控制系统,组装模块,最终可以模拟控制过程、结果,对于系统的修改也很方便。学生更加直观的了解控制系统设计、优化的全过程。这种虚拟实验平台,比起我们实际搭建实验平台要省时省力省資金,在效果上,完全可以替代实际的实验。

4.慕课——课堂知识的巩固和延伸。针对能源与动力工程控制基础这门课的重点难点,课后习题讲解,还有限于课时,没有展开讲解的内容,我们教研组制作了若干10分钟的小视频、共享PPT等。一个个视频、PPT将知识点分解,讲解言简意赅,学生可以根据自己掌握情况,在课后,有选择性的反复观看视频和PPT,加深对重难点知识的理解。

三、以能力测试为重点的考核方式

对于能源与动力工程专业的学生来说,控制基础是实践性很强的课。教师将考核分别三部分,一部分是学生平时利用Matlab给出算例情况;一部分是虚拟实验平台上,按照老师给的参数、要实现的控制功能,根据学生设计、开发的控制系统情况、实验报告等;还有一部分是笔试,主要考核课程所学的基础理论、概念、方法掌握和熟练情况。三部分成绩,按照2:2:6的比例,合成最终的成绩。这样,即重视了实验,学生的实践能力,又考核了知识与技能。

四、教学效果

为了了解这个一体化教学的效果,特对2015级江苏大学能动学院学生和2015级京江学院的流体机械学生约400人进行无名问卷调查。90%的同学认为慕课教学对课程学习有很大帮助,表示遇到难点、不会的知识点会去查相关视频和PPT进行学习,87%的学生对虚拟实验平台感兴趣,喜欢在平台上设计控制系统,88%的学生觉得翻转课堂很有参与感,让他们自己学习自己讲解,对知识点的理解更加深入,84%的学生觉得老师的课堂讲解非常生动,利用算例对比讲解,他们更加能够接受,91%的学生熟练掌握Matlab软件,98%的学生认同这门课程的重要性,认为这是一门很有用的课程。另外,对该级学生成绩进行统计,97%的学生成绩合格。由此可见,我们总结的这套教学体系,学生是接受的,学生对知识点的掌握是到位的。

總之,这套教学体系提高了学生学习的积极性、主动性、创造性,促进了理论和实践的结合,使得学生更加明确了学习方向。通过教学改革,学生的理论水平和动手能力都得到了很大的提升,提高教学质量,达到教学效果,培养了学生自学能力和解决问题的能力。

参考文献:

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[3]牛晓玲.自动控制教学改革及成果[J].科技风,2009,(15):239.

[4]陈晓燕,庞涛.关于“自动控制原理”教学改革的研究与探索[J].电脑知识与技术,2012.

Abstract:With the development of science and technology,the teaching of basic theory of control for energy and power engineering has changed.According to the author's research group teaching practice,teaching methods by the teacher explained the theory and practice to the laboratory,student lectures,video supplement combining Professor,from single teaching to flip the classroom,Mu class and virtual experiment and other forms of development,the ability of students have been greatly improved,improve the comprehensive quality.Good results have been achieved.

Key words:Control foundation of energy and power engineering;Integration of teaching;Case teaching;MOOCs;flipped classroom


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