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摘要：《自动控制系统》是控制学科的综合性主干专业课程之一，在学科专业教育中有着非常重要的地位。全国大学生电子设计竞赛对于推动学生专业学习及促进创新活动具有很大的促进意义。本文分析了电子设计竞赛中控制类题目的特点，并探讨了以新建构主义理论为基本出发点，以电子设计大赛为契机建构《自动控制系统》教学模式，促进专业人才培养。
关键词：电子设计竞赛；新建构主义；自动控制系统；教学模式
本文引用格式：姚舜才,等.以电子设计大赛为契机建构《自动控制系统》教学模式[J].教育现代化,2019,6(34):73-74.
《自动控制系统》是控制科学与工程学科的一门专业课程，而且也是控制科学与工程学科（自动化专业）综合性主干专业课程之一，是一门综合了自动控制原理、电力电子技术、电机学以及电力传动学科方向的课程。该课程与《自动控制原理》《电机与拖动基础》《电力电子技术》形成“电力拖动自动控制系统”课群，该课群具有理论联系实际、密切联系工程应用、系统集成专业知识的特点。对于培养学生综合运用自动控制理论知识以解决实际问题的能力有着深远的影响。
全国大学生电子设计竞赛是教育部和工业和信息化部共同发起的学生竞赛之一，目的在于推动高等学生的创新活动，推动其教育教学改革工作。本文以电子设计竞赛为契机、以新建构主义学习理论为指导，探讨建构《自动控制系统》课程的教学模式。
一 关于新建构主义学习理论与课程教学
传统教学重视知识的确定性和普遍性，注重分析和抽象，这在学习的初级阶段是必要且有其合理性的。全盘否定它，同样会犯以偏概全，以特殊代替一般的错误，会引起教学上的混乱。提倡情境性教学，力主具体和真实，但由此而反对抽象和概括，认为进行抽象的训练是没有用的也是片面的。因此，在这方面由我国著名教育理论专家王竹立教授所提出的“新建构主义”教学理论最为引人注目。
新建构主义对个人知识进行了深入的考察，提出了知识的三级结构假说，三级结构构成了人类完整的个人知识体系，知识的三级结构互相紧密相连，不可或缺。
如何利用新建构主义的学习理论来对课程进行整合，必须要求由一个非常重要的载体和契机才能达到良好的效果和目的。而全国大学生电子设计竞赛，特别是其中控制类题目就是一个非常好的契机。
二对全国大学生电子设计大赛控制类题目的分析
全国大学生电子设计大赛已进行了很多年，现对控制类题目的情况进行一下总结。
（一）在理论方面
从这些年的参赛情况来看，对于控制类题目，很多同学都抱有极大的热情，但是在比赛进行过程中又有很多同学铩羽而归。究其原因，很大程度上是对控制的对象认识不清，理论掌握不够的原因。
首先是控制理论。对于控制理论中最基本和重要反馈控制规律，首当其冲的是工程控制系统的稳定性。因此，这些年的题目对于稳定性的考核也占了绝大部分篇幅，因此要求对于系统的反馈于稳定的考量应该是首先考虑的。其次，在稳定的基础上，就是对于系统的精度考量，在实现基本的控制功能的基础上，对于系统工作的稳态精度也有一定的考量。再次，就是对于系统的快速性也考量较多，例如两小车追逐系统。
其次是建模理论。要对一个系统进行有效控制，首先必须对控制对象有所了解，这就涉及到了建模问题。在比赛过程中，有不少同学是控制专业的同学，他们对于控制对象的建模往往按图索骥——按照课堂上和书本上所教授的方法进行计算和推导，但是得出的结果往往出现模型失配的情况。这当然与我们的教学有关系，此处不做详述。这里要解决的是要在实际的比赛中如何进行建模的问题。从这些年的题目来看，所涉及的控制对象有小车、各种摆（自然摆、风摆、倒立摆等）、飞行器等等。但是如果照搬电机学、简谐摆等一些模型来进行控制的话，无疑是注定要失败的，因为那些模型都是理想的不能再理想的情况了。因此在建模问题上就要求大家必须从实际出发，而摒弃纸上谈兵、按图索骥的做法。从这些年的经验来看，在实际的建模过程中，无论对于动态模型还是静态模型还是应该采用统计方法来建立输入—输出的“黑箱”模型，同时在有利条件下辅助以机理模型进行建模更适应比赛的需要。当然，这就要求同学们需要打好统计学科的基础，以便应用。
再次，多学科理论的交叉。从电子设计大赛的发展来看，对于反馈环节所使用的传感器件已经从传统的光电传感器件、超声波测距等逐渐发展到与图像识别技术等显学学科相互交融、渗透。这就要求尽量考虑使用图像识别技术作为反馈环节。因此也对选手的多学科理论交叉和互相融通提出了要求。
（二）在实践方面
电子设计大赛不同于通常的课程设计等时间环节，只需要进行理论方面的设计，还需要制作实物、进行调试并达到要求的指标。这就要求不仅需要有扎实的理论基础，还要有娴熟的动手能力。综观近年来电子设计大赛对时间方面的要求，主要有以下几个方面：
首先是对于电路、电子技术方面的硬件要求。在控制类题目中，虽然不像对信号类、特别是高频信号类题目那样的严格要求，但是同样要求选手对电路、电子技术等基础知识有比较详尽的了解和动手能力。
其次，控制算法的实现要求有较强的计算机编程能力。从目前来看，电子设计竞赛中控制类题目的主要控制算法还是传统的PID算法及其相关的衍生算法。但是对于这些算法不仅仅是在软件中进行仿真，而是要在实际的控制过程中予以实现。这就要求参赛的选手不能将自己的计算机编程能力仅仅停留在排序、循环以及编制日历等一些较为浅显的层次上。要在搞清楚算法原理的基础上，能使用相应的计算机语言予以实现。同时还要有一定的工程实践能力，对相应的参数进行整定、调试并最终于以实现功能、达到所要求的指标。
三 以电子设计大赛为契机建构《自动控制系统》教学模式
基于以上的分析，在教学过程中应该以电子设计大赛为良好的契机，从而建构《自动控制系统》教学模式。具体应包括以下几方面的内容：
（一）整合课群内容
整合的基本思想是依据本专业的人才培养计划和社会对人才的需求情况，并结合工程教育质量认证体系，对三门课程的基本内容进行优化和取舍。形成一个优化的课群教学内容。在新的优化后的教学内容中，既要注重传统的知识传承，也要结合当前新的研究成果，形成传统与创新相互结合的知识结构体系。使学习者既能了解理论知识，而同时又能在此基础上不断进行创新活动。
（二）改革传统的课堂教学组织模式，构建新型课堂教学秩序
在基于“新建构主义”学习理论的基础上，有效利用一些先进的教学方法对课堂教学的组织模式进行改革，构建“师生互动性”课堂教学组织形式；在教学组织形式上要充分利用电子设计竞赛优秀案例、优秀论文及获奖作品资源，来构建课堂教学的组织模式。在基于“新建构主义”学习理论的基础上，着重探讨利用“讲授法”对学生在电子设计大赛中所需要的知识技能进行整合。构建既轻松活泼、又严谨有序的课堂教学秩序。
（三）抓住电子设计大赛契机，积极运用新建构主义学习理论，深化课堂教学改革
深化课堂教学改革，突出课堂教学的地位。课堂教学是“金课”的主阵地、主渠道、主战场。培养学生的质疑精神。抓住电子设计大赛契机，积极运用新建构主义学习理论，在教师的主导下，以学生为主体，进行知识的建构。培养学生的质疑精神，让学生针对老师的观点提出自己的看法，培养学生成为独立思考、敢于批评、敢于质疑，有创新能力、创新思维的社会需要的时代新人。
参考文献
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