自动控制原理课程建设教学研究

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摘要：在国家新经济战略背景、倡导应用型人才、产教融合和地方高校转型发展对人才培养的重新定位背景下，本文从教学内容、教学环节与方法、评价体系等方面对自动控制原理课程建设与教学进行了初步研究。

关键词：应用型人才；课程建设与教学；自动控制原理

教育部颁布《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，从启动“新工科研究与实践”项目以来，新工科应用型人才培养已成为地方转型高校新的目标[1]。自动控制理论的概念、体系和方法已渗透到交通运输、工农业生产等众多学科领域。自动控制原理课程是我校自动化、电气工程及其自动化、轨道交通与信号控制、测控技术与仪器、电子科学与技术、物联网、机械工程等专业的一门非常重要的专业基础必修课。其教学目标是使学生全面系统的掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律以及分析与设计方法。培养学生从事相关工程和技术工作的基本素质。同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力[2]。该课程是基础课向专业课过渡的一门重要课程。也是培养学生工程应用能力的启蒙课，这门课学习的好坏直接影响着后续专业课的开展。采用传统的教学方法，学生对知识的掌握仅仅限于简单的背结论、背公式、做计算题，不了解理论的工程应用意义，不了解分析问题的来龙去脉[3]。因此，针对《自动控制原理》的课程性质，通过教学方法改革，培养学生学习积极性和兴趣，提高对自动控制的认知，更好掌握课程知识，促进新工科应用型工程技术人才的培养。

一、课程建设与教学研究

(一)优化课程结构，改革教学内容，面向工程应用能力培养本课程改革的关键是：让学生在一定的学时内掌握控制理论基本原理，提高教学质量，加强学生能力培养。1.教学课时合理分配现有“自动控制原理”存在知识点多、学时不足的问题，有必要根据教学大纲和专业实际合理安排章节学时(如表1)选择重点教学内容，突出难点和重点，做到基本原理、概念和方法讲透彻，同时使教学内容有深度。2.教学内容精心设计课程教学的关键是对教学内容进行精心设计。自动控制原理教学中如果教师过分注重公式推导，会使学生感到课程乏味、枯燥、实用性差，从而丧失学习兴趣。为突出课程工程实践，应将教学内容与工程实际紧密融合，将数学推导简化，通过工程背景引出所有知识点[4]。如图1所示将“直流调速系统”作为工程范例，贯穿课程教学始终。在系统方框图讲解时，通过系统工作原理与控制过程分析，引导学生根据功能对系统进行组成划分；系统数学模型讲解时，根据方框图的组成，对功能模块进行数学方法描述。在后续系统性能分析时，根据之前建立的数学模型分析系统参数变化或输入信号的不同，对系统的性能指标进行逐一分析。系统校正讲解时，当调速系统的性能较差、指标与要求不符时，引导学生如何在系统中加入装置或环节，以改善系统性能。3.实验教学有效变革通过实验教学使学生动手能力得到有效提高。在实验内容设置上应增加综合型、设计型项目，并将项目内容进行必做、选做区分(如表2)。另外，除了传统实验箱实验，还要增加基于MATLAB的虚拟实验内容，让学生熟悉系统设计方法与步骤，充分体会到系统参数变化或校正的加入，系统性能是如何变化的。

（二）改革教学环节与方法1.理论教学（1）课堂讲授。主要讲解自动控制系统的基本概念，自动控制系统性能指标及各指标间的关系和表达。如何建立和简化控制系统数学模型，能分析并研究组成系统的基本环节，各种数学模型之间的相互转换。如何利用时域法、根轨迹法和频域法分析系统性能。如何根据系统的具体指标和要求，选择合适的校正装置及参数，研究控制系统综合设计问题。教师进行课堂讲授，包含前次内容回顾、本次内容提要、核心知识详解、重点难点分析、课堂内容小结、布置课后练习等环节。通过学习，使学生初步掌握复杂工程问题的分析和设计技能。课堂教学时尽量引入互动环节，结合课堂提问、案例教学等教学形式，使同学们能更好地融入课堂学习中，提高学生学习学效果，培养学生创新能力。（2）采用多媒体课件和电子备课，教学过程中采用板书、PPT、视频等，增强教学的直观性，扩大课堂教学的信息量。（3）建立班级QQ群，加强和学生的联系，课内提问和课外答疑相结合，每次课后及时答疑，及时发现知识盲点，解决难点问题。（4）利用超星等学习平台建立网络课堂，上传教学视频、课件、习题库等，让学生课外时间根据自身学习情况进行课程学习，弥补课堂学习的不足。2.随堂测试教学过程中安排一定数量随堂测试、口头问答教学活动。随堂测试能最快、最直接且最有效检测学生课堂学习掌握情况，是在课堂教学中分割出一部分时间，根据刚讲授完的内容马上对学生进行测试。要对某部分内容进行随堂测试，那么在该内容理论讲解时向学生进行说明，使学生在内容学习时引起高度重视，到了随堂测试时不至于手忙脚乱。随堂测试题目选取与工程实际相结合的例子，时间一般设定为15分钟，学生将随堂测试答案写在作业本上，时间一到，收取作业本。通过这种形式的教学能激活教学课堂效果、提高学生对复杂工程问题的分析和设计能力。3.自学有些章节(如传递函数的实验求取、常见电力工程系统分析)让学生自学，以培养学生自主学习意识和自主学习能力。教师根据学生预期学习成果，对自学内容拟定相关思考题作业(8-12个)发到班级；待学生完成自学内容后组织班级报告会，学生携带完成的作业参会，并自由报告思考题答案；教师根据学生报告会表现和作业完成情况给出总结意见。

（三）制定有效的考核与评价体系自动控制原理的课程目标分别是：能用广义动力学的方法抽象实际问题，建立和简化控制系统数学模型，能分析并研究组成系统的基本环节，获得其特征值。能实现各种数学模型之间的相互转换。能用经典控制理论的基本分析方法(含时域法，根轨迹法，频域法)分析系统性能。能围绕稳定性、准确性、快速性的指标分析系统，为后续课程学习打下必要的理论基础。能根据系统的具体指标和要求，选择合适的校正装置及参数，研究控制系统综合设计问题。初步训练复杂工程问题的分析和设计技能。能根据系统的具体性能指标和要求，选择合适的校正装置及参数，对系统模块进行设计。能对给定系统绘制方框图和得到数学模型，分析系统工作过程和工作原理。能识别常见电力工程系统，分析系统工作原理、各环节功能及参数，建立和简化系统数学模型。课程目标达成度和课程总达成度的计算可采用以下方法：课程总达成度=各课程目标达成度的均值

二、结束语

为了适应新的人才培养需要，本文主要针对当前自动控制原理课程教学和实验教学效果不理想的情况，改革教学内容、教学环节与方法、评价体系等，借助现有的信息化网络工具，探索出适合自动控制原理课程教学方法和手段，切实提高教学质量，培养满足社会经济发展需求的新工科应用型人才。

参考文献：

[1]赵肖宇，田芳明，谭峰.新工科背景下自动控制原理课程的分层次教学模式研究[J].高师理科学刊，2019(5):83-85，90.

[2]潘玉民，黄成玉，邓永红.“自动控制原理”课程学科特色及数学意义[J].电气电子教学学报，2018(4):37-41，84.

[3]杨光仪，李然，于乐，周永勤.工程教育专业认证背景下的《自动控制原理》课程教学改革研究[J].高教学刊，2019(15):113-115.

[4]周福娜，王娟.面向工程应用型人才培养的自动控制原理课程教学改革[J].课程教育研究，2017(15):109-110.

作者：尹进田 刘丽 唐杰 林立 彭志华 单位：邵阳学院电气工程学院