基于导弹飞控的自控双语举例示范小班化教学研究

第一篇：基于导弹飞控的自控双语举例示范小班化教学研究

基于导弹飞控的自控双语举例示范小班化教学研究

摘要：针对军校学员导弹控制与测试专业自动控制原理双语课程的授课任务，本文提出了一种以具体控制环境为背景，通过贯穿授课全过程的实例，进行小班化教学，结合Matlab对实例进行快速编程及仿真演示；以导弹飞行控制为授课情景，通过验证，在此模式下能够增强学员对控制深层含义的理解，使其快速掌握导弹装备，并能激发学员自己动手编程的兴趣。

关键词：自动控制；双语教学；导弹；示范教学

中图分类号：TP13-4文献标识码：A文章编号：1671―1580（2015）04―0049―03

一、引言

“自动控制原理”是导弹控制与测试专业的一门重要的专业基础课程。随着导弹技术的发展，自动控制技术应用得越来越广泛，该课程的地位与作用越来越突出。“自动控制原理”课程具有理论性强、概念抽象和不容易理解掌握的特点。通过小班化教学模式，结合Matlab编程仿真可以便于学员对“自动控制原理”这门课程的理解与掌握。

二、基于导弹飞控的举例示范小班教学的研究意义

“自动控制理论”的出现给高等教育注入了新的活力，目前这门理论课程已是自动化类专业的一门重要专业基础课程，也是工程类专业的学科基础课。[1-4]这是一门知识覆盖面广、课程内容多、更新发展快且应用性很强的课程，在控制科学与工程学科中占有重要地位。[5-9]该课程对学生建立系统和工程的概念具有十分重要的意义。

针对军队院校，尤其是海军院校学员，该门课程意义更为重大。以我院导弹控制与测试专业为例说明，学员毕业后会去一线战斗部队或舰艇，主要从事导弹发射技术准备工作，不仅需要深刻理解自动控制的基本原理，而且要求学员能够快速接收新型的导弹武器装备，具备承担导弹发射技术准备工作的能力。这就要求学员不仅能够掌握自动控制的基本理论，而且要求能够结合实际把理论知识联系到导弹发射控制技术准备的具体工程实践中来。因此，要求学员具备活学活用的能力，这对长期呆在院校学习理论知识而缺少实践锻炼的本科学员来说是比较困难的。

基于以上原因，本文提出基于导弹飞控的自控双语举例示范小班化教学模式研究，旨在提高学员理解自动控制理论，并运用自动控制理论于工程实践的能力，使学员毕业后具备较强的动手能力，能够快速掌握新的装备操作使用方法。同时，通过Matlab的现场编程讲解与举例示范，以激发学生的学习兴趣，使学员能够自己提出问题，具备自己编程验证并解决问题的能力。当学员毕业走上工作岗位后，在没有教员解惑的情况下，能够独立思考并动手编程解决工作中面临的技术问题。

三、基于导弹飞控的举例示范小班教学的主要模式

小班化教学是目前国外的主流教学模式，本人结合2010年加拿大多伦多波登基地军事武装语言学校军事留学期间的一学期学习上课的亲身经历，对我院“自控双语”教学进行了基于导弹飞控的自控双语举例示范小班教学方法研究。该教学模式主要包括以下几大步骤：

1.授课内容的重新编组

打破现有的课程标准内容划分方法，将内容分解成有限个知识点，每堂课在90分钟里对2～3个知识点展开讨论式教学。

2.对每个知识点进行导弹飞控案例精选

一个好的例子对于学员的理解吸收具备事半功倍的效果。以控制系统的衡量指标稳、准、快为例，在自动控制原理教材上，仅采用简单的一句话对该知识点进行阐述。实际上该知识点非常重要，贯穿于自动控制原理全课程，可是学员往往难以理解稳、准、快的深刻内涵。在此，本人一般会向学员举例，如果对比美国的标准导弹与俄罗斯的白杨导弹，究竟哪一型导弹更好呢？

3.对学员进行小班分组

为了便于学员的分组讨论，每堂课可以对学员进行随机分组。一般每组不超过4人，以3人较为合适。同时，小班化教学每班不超过15人较为合适。

4.以每个知识点为例进行教学材料的编写

为了便于学员讨论，激发学员的兴趣，针对每个知识点，教员应当对其产生的历史背景以及目前面临的问题与将来可能发展的方向，为学员清楚地阐述。

如介绍劳斯判据时，本人一般会告诉学员其产生于上世纪60年代左右，由于当时计算机技术不是太发达，所有对多项式的求根在当时是比较困难的。因此，科学家们提出了用劳斯判据来判断根的稳定性。而今天我们可以采用Matlab软件roots指令非常方便地求解高阶系统的根。但劳斯判据在今天仍然具有很重要的意义，因为计算机求根只能针对给定系数方程进行判断，而当系统特征方程含有未知参数时，劳斯判据仍然能够给出有效的稳定区间。目前，针对含有参数的代数方程求根问题，Matlab 软件已用相关的工具箱进行了研究，但使用中还面临着不少问题，有兴趣的学生可以课下看看关于Matlab的符合运算相关内容。这样不仅使学员明白了劳斯判据在历史上的地位，而且对最新的计算机技术进行了介绍，还指明了该知识点未来的发展方向，形成了一个开放的问题，引起了学有余力的学员自由探索的兴趣。

因此，在此阶段教员需要提前准备大量课本之外的材料，即给出该知识点的物理意义、来龙去脉，以及在军事上的应用，形成临时材料，打印成A4纸，临时分发给以下各组。临时材料包含知识点的预先知识，并提出本知识点的主要问题，要求小组成员通过讨论、协作给出答案。

5.课堂组织方式的研究

首先，将学员分为3组进行讨论。以9人小班为例，每组选出1名学员代表发言；

然后，教员对学员发言的不当之处不断进行纠正，并提出问题，或者对难点进行讲解；

最终，如果学员对该知识点全部掌握后，教员可以进行该知识点的总结，提出目前该问题的最新进展与面临的最新问题，留到课下讨论，并形成作业。

在转入下一知识点的讨论之前，要求学员先预习下一知识点的课本内容。教员准备下一知识点的课外材料，并组织下一知识点的教学进程。

通过授课组织方式的研究，形成教员主导，学员参与，教学时间视学员基础与掌握情况灵活掌握的小班教学。

6Matlab 现场编程演示所举飞控案例

为了加深学员对每个知识点的理解，教员必须对每个知识点的飞控背景精选例子，最后进行Matlab仿真举例。如针对一阶系统1Ts+1的教学，我们可以将我军某型导弹的舵系统简化为一阶系统，时间常数为2ms，采用两种方法编程演示舵系统对输入信号的响应曲线。

方法一：

可以通过教员现场进行如下Matlab命令的编写，演示其对阶跃信号的响应曲线：

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’）

由图1可以看出，响应时间为毫秒级。

方法二：

现场采用Simulink工具箱给学员拉出（如图2）。

仿真结果可以由如下示波器显示：

通用以上两种方法方便快捷地演示了采用Matlab软件进行编程并观察舵系统在阶跃响应下输出曲线的过程。尽管上述案例比较简单，但由于其演示过程方便快捷，非常适合学员快速模仿掌握，尤为重要的是通过该示范过程可以激发学员浓厚的学习兴趣。

四、结论

本文提出了一种基于导弹飞控的自控双语举例示范小班化教学模式。通过导弹飞控的举例示范，可以加深学员对自控理论的理解；通过Matlab的现场编程仿真演示，可以激发学员的学习兴趣，增强学员的知识应用能力与动手能力，便于学员到海军部队工作岗位快速掌握新型自动化武器装备的维护与使用。当然，该种教学方式对教员的要求比较高，首先要求教员准备每个知识点的背景材料、来龙去脉并精选案例，其次要求教员具备较强的计算机仿真能力，能够熟练快速地进行课题现场编程，并现场处理程序调试的相关突发问题。

[参考文献]

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