第一篇：基于導彈飛控的自控雙語舉例示范小班化教學研究

基于導彈飛控的自控雙語舉例示范小班化教學研究

摘要：針對軍校學員導彈控制與測試專業自動控制原理雙語課程的授課任務，本文提出了一種以具體控制環境為背景，通過貫穿授課全過程的實例，進行小班化教學，結合Matlab對實例進行快速編程及仿真演示；以導彈飛行控制為授課情景，通過驗證，在此模式下能夠增強學員對控制深層含義的理解，使其快速掌握導彈裝備，并能激發學員自己動手編程的興趣。

關鍵詞：自動控制；雙語教學；導彈；示范教學

中圖分類號：TP13-4文獻標識碼：A文章編號：1671―1580（2015）04―0049―03

一、引言

“自動控制原理”是導彈控制與測試專業的一門重要的專業基礎課程。隨著導彈技術的發展，自動控制技術應用得越來越廣泛，該課程的地位與作用越來越突出。“自動控制原理”課程具有理論性強、概念抽象和不容易理解掌握的特點。通過小班化教學模式，結合Matlab編程仿真可以便于學員對“自動控制原理”這門課程的理解與掌握。

二、基于導彈飛控的舉例示范小班教學的研究意義

“自動控制理論”的出現給高等教育注入了新的活力，目前這門理論課程已是自動化類專業的一門重要專業基礎課程，也是工程類專業的學科基礎課。[1-4]這是一門知識覆蓋面廣、課程內容多、更新發展快且應用性很強的課程，在控制科學與工程學科中占有重要地位。[5-9]該課程對學生建立系統和工程的概念具有十分重要的意義。

針對軍隊院校，尤其是海軍院校學員，該門課程意義更為重大。以我院導彈控制與測試專業為例說明，學員畢業后會去一線戰斗部隊或艦艇，主要從事導彈發射技術準備工作，不僅需要深刻理解自動控制的基本原理，而且要求學員能夠快速接收新型的導彈武器裝備，具備承擔導彈發射技術準備工作的能力。這就要求學員不僅能夠掌握自動控制的基本理論，而且要求能夠結合實際把理論知識聯系到導彈發射控制技術準備的具體工程實踐中來。因此，要求學員具備活學活用的能力，這對長期呆在院校學習理論知識而缺少實踐鍛煉的本科學員來說是比較困難的。

基于以上原因，本文提出基于導彈飛控的自控雙語舉例示范小班化教學模式研究，旨在提高學員理解自動控制理論，并運用自動控制理論于工程實踐的能力，使學員畢業后具備較強的動手能力，能夠快速掌握新的裝備操作使用方法。同時，通過Matlab的現場編程講解與舉例示范，以激發學生的學習興趣，使學員能夠自己提出問題，具備自己編程驗證并解決問題的能力。當學員畢業走上工作崗位后，在沒有教員解惑的情況下，能夠獨立思考并動手編程解決工作中面臨的技術問題。

三、基于導彈飛控的舉例示范小班教學的主要模式

小班化教學是目前國外的主流教學模式，本人結合2010年加拿大多倫多波登基地軍事武裝語言學校軍事留學期間的一學期學習上課的親身經歷，對我院“自控雙語”教學進行了基于導彈飛控的自控雙語舉例示范小班教學方法研究。該教學模式主要包括以下幾大步驟：

1.授課內容的重新編組

打破現有的課程標準內容劃分方法，將內容分解成有限個知識點，每堂課在90分鐘里對2～3個知識點展開討論式教學。

2.對每個知識點進行導彈飛控案例精選

一個好的例子對于學員的理解吸收具備事半功倍的效果。以控制系統的衡量指標穩、準、快為例，在自動控制原理教材上，僅采用簡單的一句話對該知識點進行闡述。實際上該知識點非常重要，貫穿于自動控制原理全課程，可是學員往往難以理解穩、準、快的深刻內涵。在此，本人一般會向學員舉例，如果對比美國的標準導彈與俄羅斯的白楊導彈，究竟哪一型導彈更好呢？

3.對學員進行小班分組

為了便于學員的分組討論，每堂課可以對學員進行隨機分組。一般每組不超過4人，以3人較為合適。同時，小班化教學每班不超過15人較為合適。

4.以每個知識點為例進行教學材料的編寫

為了便于學員討論，激發學員的興趣，針對每個知識點，教員應當對其產生的歷史背景以及目前面臨的問題與將來可能發展的方向，為學員清楚地闡述。

如介紹勞斯判據時，本人一般會告訴學員其產生于上世紀60年代左右，由于當時計算機技術不是太發達，所有對多項式的求根在當時是比較困難的。因此，科學家們提出了用勞斯判據來判斷根的穩定性。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的根。但勞斯判據在今天仍然具有很重要的意義，因為計算機求根只能針對給定系數方程進行判斷，而當系統特征方程含有未知參數時，勞斯判據仍然能夠給出有效的穩定區間。目前，針對含有參數的代數方程求根問題，Matlab 軟件已用相關的工具箱進行了研究，但使用中還面臨著不少問題，有興趣的學生可以課下看看關于Matlab的符合運算相關內容。這樣不僅使學員明白了勞斯判據在歷史上的地位，而且對最新的計算機技術進行了介紹，還指明了該知識點未來的發展方向，形成了一個開放的問題，引起了學有余力的學員自由探索的興趣。

因此，在此階段教員需要提前準備大量課本之外的材料，即給出該知識點的物理意義、來龍去脈，以及在軍事上的應用，形成臨時材料，打印成A4紙，臨時分發給以下各組。臨時材料包含知識點的預先知識，并提出本知識點的主要問題，要求小組成員通過討論、協作給出答案。

5.課堂組織方式的研究

首先，將學員分為3組進行討論。以9人小班為例，每組選出1名學員代表發言；

然后，教員對學員發言的不當之處不斷進行糾正，并提出問題，或者對難點進行講解；

最終，如果學員對該知識點全部掌握后，教員可以進行該知識點的總結，提出目前該問題的最新進展與面臨的最新問題，留到課下討論，并形成作業。

在轉入下一知識點的討論之前，要求學員先預習下一知識點的課本內容。教員準備下一知識點的課外材料，并組織下一知識點的教學進程。

通過授課組織方式的研究，形成教員主導，學員參與，教學時間視學員基礎與掌握情況靈活掌握的小班教學。

6Matlab 現場編程演示所舉飛控案例

為了加深學員對每個知識點的理解，教員必須對每個知識點的飛控背景精選例子，最后進行Matlab仿真舉例。如針對一階系統1Ts+1的教學，我們可以將我軍某型導彈的舵系統簡化為一階系統，時間常數為2ms，采用兩種方法編程演示舵系統對輸入信號的響應曲線。

方法一：

可以通過教員現場進行如下Matlab命令的編寫，演示其對階躍信號的響應曲線：

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，響應時間為毫秒級。

方法二：

現場采用Simulink工具箱給學員拉出（如圖2）。

仿真結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軟件進行編程并觀察舵系統在階躍響應下輸出曲線的過程。盡管上述案例比較簡單，但由于其演示過程方便快捷，非常適合學員快速模仿掌握，尤為重要的是通過該示范過程可以激發學員濃厚的學習興趣。

四、結論

本文提出了一種基于導彈飛控的自控雙語舉例示范小班化教學模式。通過導彈飛控的舉例示范，可以加深學員對自控理論的理解；通過Matlab的現場編程仿真演示，可以激發學員的學習興趣，增強學員的知識應用能力與動手能力，便于學員到海軍部隊工作崗位快速掌握新型自動化武器裝備的維護與使用。當然，該種教學方式對教員的要求比較高，首先要求教員準備每個知識點的背景材料、來龍去脈并精選案例，其次要求教員具備較強的計算機仿真能力，能夠熟練快速地進行課題現場編程，并現場處理程序調試的相關突發問題。

[參考文獻]

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