第一篇：基于導(dǎo)彈飛控的自控雙語舉例示范小班化教學(xué)研究

基于導(dǎo)彈飛控的自控雙語舉例示范小班化教學(xué)研究

摘要：針對(duì)軍校學(xué)員導(dǎo)彈控制與測(cè)試專業(yè)自動(dòng)控制原理雙語課程的授課任務(wù)，本文提出了一種以具體控制環(huán)境為背景，通過貫穿授課全過程的實(shí)例，進(jìn)行小班化教學(xué)，結(jié)合Matlab對(duì)實(shí)例進(jìn)行快速編程及仿真演示；以導(dǎo)彈飛行控制為授課情景，通過驗(yàn)證，在此模式下能夠增強(qiáng)學(xué)員對(duì)控制深層含義的理解，使其快速掌握導(dǎo)彈裝備，并能激發(fā)學(xué)員自己動(dòng)手編程的興趣。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；雙語教學(xué)；導(dǎo)彈；示范教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP13-4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671―1580（2015）04―0049―03

一、引言

“自動(dòng)控制原理”是導(dǎo)彈控制與測(cè)試專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用得越來越廣泛，該課程的地位與作用越來越突出。“自動(dòng)控制原理”課程具有理論性強(qiáng)、概念抽象和不容易理解掌握的特點(diǎn)。通過小班化教學(xué)模式，結(jié)合Matlab編程仿真可以便于學(xué)員對(duì)“自動(dòng)控制原理”這門課程的理解與掌握。

二、基于導(dǎo)彈飛控的舉例示范小班教學(xué)的研究意義

“自動(dòng)控制理論”的出現(xiàn)給高等教育注入了新的活力，目前這門理論課程已是自動(dòng)化類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是工程類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。[1-4]這是一門知識(shí)覆蓋面廣、課程內(nèi)容多、更新發(fā)展快且應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，在控制科學(xué)與工程學(xué)科中占有重要地位。[5-9]該課程對(duì)學(xué)生建立系統(tǒng)和工程的概念具有十分重要的意義。

針對(duì)軍隊(duì)院校，尤其是海軍院校學(xué)員，該門課程意義更為重大。以我院導(dǎo)彈控制與測(cè)試專業(yè)為例說明，學(xué)員畢業(yè)后會(huì)去一線戰(zhàn)斗部隊(duì)或艦艇，主要從事導(dǎo)彈發(fā)射技術(shù)準(zhǔn)備工作，不僅需要深刻理解自動(dòng)控制的基本原理，而且要求學(xué)員能夠快速接收新型的導(dǎo)彈武器裝備，具備承擔(dān)導(dǎo)彈發(fā)射技術(shù)準(zhǔn)備工作的能力。這就要求學(xué)員不僅能夠掌握自動(dòng)控制的基本理論，而且要求能夠結(jié)合實(shí)際把理論知識(shí)聯(lián)系到導(dǎo)彈發(fā)射控制技術(shù)準(zhǔn)備的具體工程實(shí)踐中來。因此，要求學(xué)員具備活學(xué)活用的能力，這對(duì)長期呆在院校學(xué)習(xí)理論知識(shí)而缺少實(shí)踐鍛煉的本科學(xué)員來說是比較困難的。

基于以上原因，本文提出基于導(dǎo)彈飛控的自控雙語舉例示范小班化教學(xué)模式研究，旨在提高學(xué)員理解自動(dòng)控制理論，并運(yùn)用自動(dòng)控制理論于工程實(shí)踐的能力，使學(xué)員畢業(yè)后具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力，能夠快速掌握新的裝備操作使用方法。同時(shí)，通過Matlab的現(xiàn)場(chǎng)編程講解與舉例示范，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)員能夠自己提出問題，具備自己編程驗(yàn)證并解決問題的能力。當(dāng)學(xué)員畢業(yè)走上工作崗位后，在沒有教員解惑的情況下，能夠獨(dú)立思考并動(dòng)手編程解決工作中面臨的技術(shù)問題。

三、基于導(dǎo)彈飛控的舉例示范小班教學(xué)的主要模式

小班化教學(xué)是目前國外的主流教學(xué)模式，本人結(jié)合2010年加拿大多倫多波登基地軍事武裝語言學(xué)校軍事留學(xué)期間的一學(xué)期學(xué)習(xí)上課的親身經(jīng)歷，對(duì)我院“自控雙語”教學(xué)進(jìn)行了基于導(dǎo)彈飛控的自控雙語舉例示范小班教學(xué)方法研究。該教學(xué)模式主要包括以下幾大步驟：

1.授課內(nèi)容的重新編組

打破現(xiàn)有的課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容劃分方法，將內(nèi)容分解成有限個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每堂課在90分鐘里對(duì)2～3個(gè)知識(shí)點(diǎn)展開討論式教學(xué)。

2.對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)彈飛控案例精選

一個(gè)好的例子對(duì)于學(xué)員的理解吸收具備事半功倍的效果。以控制系統(tǒng)的衡量指標(biāo)穩(wěn)、準(zhǔn)、快為例，在自動(dòng)控制原理教材上，僅采用簡單的一句話對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行闡述。實(shí)際上該知識(shí)點(diǎn)非常重要，貫穿于自動(dòng)控制原理全課程，可是學(xué)員往往難以理解穩(wěn)、準(zhǔn)、快的深刻內(nèi)涵。在此，本人一般會(huì)向?qū)W員舉例，如果對(duì)比美國的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)彈與俄羅斯的白楊導(dǎo)彈，究竟哪一型導(dǎo)彈更好呢？

3.對(duì)學(xué)員進(jìn)行小班分組

為了便于學(xué)員的分組討論，每堂課可以對(duì)學(xué)員進(jìn)行隨機(jī)分組。一般每組不超過4人，以3人較為合適。同時(shí)，小班化教學(xué)每班不超過15人較為合適。

4.以每個(gè)知識(shí)點(diǎn)為例進(jìn)行教學(xué)材料的編寫

為了便于學(xué)員討論，激發(fā)學(xué)員的興趣，針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，教員應(yīng)當(dāng)對(duì)其產(chǎn)生的歷史背景以及目前面臨的問題與將來可能發(fā)展的方向，為學(xué)員清楚地闡述。

如介紹勞斯判據(jù)時(shí)，本人一般會(huì)告訴學(xué)員其產(chǎn)生于上世紀(jì)60年代左右，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)不是太發(fā)達(dá)，所有對(duì)多項(xiàng)式的求根在當(dāng)時(shí)是比較困難的。因此，科學(xué)家們提出了用勞斯判據(jù)來判斷根的穩(wěn)定性。而今天我們可以采用Matlab軟件roots指令非常方便地求解高階系統(tǒng)的根。但勞斯判據(jù)在今天仍然具有很重要的意義，因?yàn)橛?jì)算機(jī)求根只能針對(duì)給定系數(shù)方程進(jìn)行判斷，而當(dāng)系統(tǒng)特征方程含有未知參數(shù)時(shí)，勞斯判據(jù)仍然能夠給出有效的穩(wěn)定區(qū)間。目前，針對(duì)含有參數(shù)的代數(shù)方程求根問題，Matlab 軟件已用相關(guān)的工具箱進(jìn)行了研究，但使用中還面臨著不少問題，有興趣的學(xué)生可以課下看看關(guān)于Matlab的符合運(yùn)算相關(guān)內(nèi)容。這樣不僅使學(xué)員明白了勞斯判據(jù)在歷史上的地位，而且對(duì)最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行了介紹，還指明了該知識(shí)點(diǎn)未來的發(fā)展方向，形成了一個(gè)開放的問題，引起了學(xué)有余力的學(xué)員自由探索的興趣。

因此，在此階段教員需要提前準(zhǔn)備大量課本之外的材料，即給出該知識(shí)點(diǎn)的物理意義、來龍去脈，以及在軍事上的應(yīng)用，形成臨時(shí)材料，打印成A4紙，臨時(shí)分發(fā)給以下各組。臨時(shí)材料包含知識(shí)點(diǎn)的預(yù)先知識(shí)，并提出本知識(shí)點(diǎn)的主要問題，要求小組成員通過討論、協(xié)作給出答案。

5.課堂組織方式的研究

首先，將學(xué)員分為3組進(jìn)行討論。以9人小班為例，每組選出1名學(xué)員代表發(fā)言；

然后，教員對(duì)學(xué)員發(fā)言的不當(dāng)之處不斷進(jìn)行糾正，并提出問題，或者對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行講解；

最終，如果學(xué)員對(duì)該知識(shí)點(diǎn)全部掌握后，教員可以進(jìn)行該知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)，提出目前該問題的最新進(jìn)展與面臨的最新問題，留到課下討論，并形成作業(yè)。

在轉(zhuǎn)入下一知識(shí)點(diǎn)的討論之前，要求學(xué)員先預(yù)習(xí)下一知識(shí)點(diǎn)的課本內(nèi)容。教員準(zhǔn)備下一知識(shí)點(diǎn)的課外材料，并組織下一知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)進(jìn)程。

通過授課組織方式的研究，形成教員主導(dǎo)，學(xué)員參與，教學(xué)時(shí)間視學(xué)員基礎(chǔ)與掌握情況靈活掌握的小班教學(xué)。

6Matlab 現(xiàn)場(chǎng)編程演示所舉飛控案例

為了加深學(xué)員對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解，教員必須對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的飛控背景精選例子，最后進(jìn)行Matlab仿真舉例。如針對(duì)一階系統(tǒng)1Ts+1的教學(xué)，我們可以將我軍某型導(dǎo)彈的舵系統(tǒng)簡化為一階系統(tǒng)，時(shí)間常數(shù)為2ms，采用兩種方法編程演示舵系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)曲線。

方法一：

可以通過教員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行如下Matlab命令的編寫，演示其對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)曲線：

clear；tf=0.05；dt=0.001；y=0；T=0.002；

for i=1：tf/dt

u=1；dy=（u-y）/T；y=y+dy*dt；

tp（i）=i*dt；yp（i）=y；

end

plot（tp，yp）；xlabel（’t/s’）

由圖1可以看出，響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)。

方法二：

現(xiàn)場(chǎng)采用Simulink工具箱給學(xué)員拉出（如圖2）。

仿真結(jié)果可以由如下示波器顯示：

通用以上兩種方法方便快捷地演示了采用Matlab軟件進(jìn)行編程并觀察舵系統(tǒng)在階躍響應(yīng)下輸出曲線的過程。盡管上述案例比較簡單，但由于其演示過程方便快捷，非常適合學(xué)員快速模仿掌握，尤為重要的是通過該示范過程可以激發(fā)學(xué)員濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

四、結(jié)論

本文提出了一種基于導(dǎo)彈飛控的自控雙語舉例示范小班化教學(xué)模式。通過導(dǎo)彈飛控的舉例示范，可以加深學(xué)員對(duì)自控理論的理解；通過Matlab的現(xiàn)場(chǎng)編程仿真演示，可以激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)員的知識(shí)應(yīng)用能力與動(dòng)手能力，便于學(xué)員到海軍部隊(duì)工作崗位快速掌握新型自動(dòng)化武器裝備的維護(hù)與使用。當(dāng)然，該種教學(xué)方式對(duì)教員的要求比較高，首先要求教員準(zhǔn)備每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的背景材料、來龍去脈并精選案例，其次要求教員具備較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)仿真能力，能夠熟練快速地進(jìn)行課題現(xiàn)場(chǎng)編程，并現(xiàn)場(chǎng)處理程序調(diào)試的相關(guān)突發(fā)問題。

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