自动控制原理课程教学改革研究

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进入21世纪，随着科学技术的迅猛发展，自动控制技术在我国国民经济的各个领域得到了广泛的应用。为了适应人才培养的需要，我国大部分本科院校，包括许多大专院校的电气信息类专业都将自动控制原理作为一门重要的专业基础课进行开设。该课程的任务是通过对控制理论知识的学习，培养学生对控制系统的分析设计能力、工程实践能力和创新能力。该门课程的特点是理论性强、概念抽象、与数学联系紧密、理论和实践联系密切等。本门课程对学生的基础知识要求较高，内容涉及高等数学、线性代数、电路、电机与拖动等课程，还要求学生有很强的计算能力，学生普遍认为自动控制原理课程学习起来很困难。各高校针对自身办学定位、生源质量等情况对该课程的教学进行了一系列的改革与研究。[1-3]大庆师范学院（以下简称“我校”）为新升本科院校，学校定位为特色应用型本科院校。针对我校现阶段培养具有创新精神应用型人才的要求，以及我校自动化专业在校学生的实际情况，本文探讨适合我校自动化专业自动控制原理课程的教学方式方法。

一、理论教学改革

根据自动控制原理课程理论性强、工程应用背景广泛、涉及的知识面宽等特点，为了能够把控制系统的抽象概念、动态过程形象地表现出来，认真对课程内容进行设计安排，采用灵活多样的教学方式，以便于学生理解和掌握。课堂教学中采用启发式教学方法，鼓励学生积极质疑，由被动受教转为积极参与，培养学生的自学能力。自动控制原理内容较多，教学中力求把每章节的内容在结构上系统联系起来。讲授中多列举实际工程中的应用实例，将枯燥的理论知识与实际联系起来。穿插一定的习题课、讨论课，巩固讲授过的基本理论知识；培养学生的解题能力和技巧；使学生学会对系统的分析；明了结构参数和系统的稳定性，动、静态性能之间的关系；培养学生的创新思维能力。通过课外答疑、网站辅导等形式形成教与学的互动，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。在课堂教学中，运用板书讲解、多媒体演示、GUI辅助教学等多种教学手段相结合。对公式的推导和定理的证明采用板书+多媒体讲授的方式，涉及计算和画图的环节教师可以用板书详尽地给出一个例子，使学生掌握解题方法和过程。充分利用多媒体手段的优势，将抽象的概念具体形象地表现出来，将控制理论的最新研究成果和动态介绍给学生。对于控制系统的分析与图形的绘制则采用自主开发的GUI（GraphicalUserInterface，图形用户界面）辅助教学系统。图形用户界面是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。GUI辅助教学系统主要内容为系统模型建立与转换、控制系统的时域分析、控制系统的频域分析、控制系统的根轨迹分析等。在GUI辅助教学系统中应用MATLAB软件的图形界面设计软件包使计算结果图形化，能更直观地理解调整参数时系统性能的变化方向，省去繁琐的计算过程，帮助学生更好地理解系统的控制过程，掌握参数的调整方法。仿真软件可以在课堂上进行演示，直观明了地看见系统分析、设计、校正的过程，加强理解，可以很好地起到辅助教学的目的，显著提高了教学效果。虽然我校是新升本院校，学生整体素质不能与重点院校相比，但也有优秀学生希望在本科毕业后能够继续读研。因此，在教学中也不能忽略这部分拔尖学生的考研需求。课堂教学中还是以大多数同学为主，课后作业则为这部分同学提供选做题目，在习题课、辅导答疑等环节加强考研知识的讲解。同时，在大三下学期和大四上学期专门对考研学生进行辅导，取得了较好的效果。

二、实践教学改革

实践教学是高等学校根据专业培养目标的要求，有计划地组织学生以获取感性知识、进行基本技能训练、增强实践能力、培养综合素质、提高独立工作能力和科研实验能力为目的的多种教学形式的统称。实践教学是应用型人才培养的重要环节。针对我校当前应用型人才培养的要求，以人才培养的目标为核心，在本课程的教学中着重加强了实践教学环节。通过实践教学，使学生加深对课程内容的理解，从实践上验证所学的理论知识；培养学生的动手能力、分析问题解决问题的能力，为后续课程的学习以及毕业设计打下坚实的基础。

1.实验教学改革

实验教学改革的第一步就是更新了实验设备。新的实验系统中采用模拟电路构成实验单元，各模块具有扩展性，学生可以自己重新设计。通过虚拟示波器实时观测实验结果，及时调整实验台的电路。同时在实验系统的计算机中安装了Matlab软件，学生可以按实验结果，及时更改设计方案，并在线仿真研究，改善了实验教学效果。在现有的“验证实验+设计实验”的基础上，加大设计性、综合性实验的比例，依托现有的自动控制原理实验台，将仿真实验穿插于常规实验中。实验项目，采用硬件和软件相结合的办法，即采用自动控制原理实验台进行模拟仿真实验项目，采用MATLAB和Simulink进行计算机数字仿真，适当安排学生采用计算机仿真（数字仿真）来模拟各种类型系统的工作，用MATLAB语言对系统进行计算，研究不同参数的PID调节和对系统动态特性，静态特性的影响，进行全面的训练。学生在完成由实验教师安排的一些必要的基本技能训练实验后，可以自己设计实验条件允许的综合性和创新性的开放式实验。不管是常规实验还是开放式实验，都要对学生进行严格要求，规范学生实验秩序，提高学生逻辑思维能力，培养学生科学素养。实验中要求学生正确使用实验所需的各种电子仪器；掌握常用信号的物理可实现性；具有正确处理实验数据、分析误差的能力；能独立写出有理论分析、实事求是、文理通顺、字迹工整的实验报告。

2.加强课程设计环节

自动控制原理课程理论性较强，课程设计作为课程教学中的一项重要内容，是将所学理论知识与实践结合的重要环节，是教学计划中综合性较强的实践教学环节，能够使学生全面牢固地掌握课堂教学内容，对培养学生的实践和实际动手能力、提高学生综合素质具有重要意义。课程设计时间为一周，由学生独立完成一项题目的设计。使学生在课程设计过程中掌握自动控制系统设计与综合，系统仿真、系统调试的基本技能与方法，养成自主学习和探索的优良习惯，增强其学习的主动性和积极性，培养其工程意识和创新精神。

3.提高实践教师教学水平

具有创新能力、较高学术水平、丰富的实践经验的师资队伍是提高学生实践能力的根本保障。目前在高校中还普遍存在重理论轻实践的思想，实践教学往往不受重视，这导致优秀教师资源相对集中在理论教学与研究上，而实践教师队伍相对薄弱。针对这种情况，建立了实践教学激励机制，吸引广大教师积极参与实践教学和研究，建立了稳定的实践教师队伍。建立了“产学研”教师培养机制，加强教师业务素质锻炼。针对队伍年轻、实践经验少的特点，结合科研方向，建立了科研团队，提高实践教学水平。

4.完善实践教学管理体系与实践教学质量保障体系

为保证应用型人才培养质量，完善了实践教学管理与质量保障体系。对学生实验成绩评定等实践教学制订考核措施与评价标准，将实践教学考核成绩纳入学生学期成绩，保证培养质量。实践教学质量保障体系对实践教学计划的制订、实践教学活动的实施、实践教学的评价等各个环节实施监控，完善了教师实践教学质量考核制度，实行实践教学考核一票否决制。

三、结语

通过以上措施的实施，自动控制原理课程教学质量得到提高，教学效果得以改善，尤其是学生的实践能力方面，这对应用型人才培养起到有效的推进作用，提高了学生的就业竞争力。目前的自动控制原理课程改革取得了一点成绩，但教学改革永无止境，根据我校自动化专业应用型人才培养的要求，将进一步优化教学内容，不断改进教学方法，进一步完善课程网站，使之实现课件下载、在线测试、辅导答疑、交流学习等功能，使本课程在现有的基础上不断提高，把自动控制原理课程建成精品课程。

作者：王艳芹 崔峰 李瑞英 单位：大庆师范学院物理与电气信息工程学院