自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程建設(shè)與實(shí)踐

馬鐵東，楊 欣，李 斌，蘇玉剛

(重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，重慶 400044)

自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件和節(jié)約能源等方面的重要技術(shù)手段［1］。自動(dòng)控制理論及實(shí)用控制技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工科高層次人才應(yīng)具備的理論技術(shù)基礎(chǔ)之一。我校于2009年開始啟動(dòng)大類系列課程建設(shè)項(xiàng)目。

自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程是我校大類系列課程建設(shè)項(xiàng)目之一。該系列課程以傳授自動(dòng)控制基礎(chǔ)理論知識(shí)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本方法、培養(yǎng)學(xué)生理論素質(zhì)和解決實(shí)際工程問題的能力為主。以“把握共性、強(qiáng)化基礎(chǔ)、實(shí)踐創(chuàng)新、培養(yǎng)能力”為建設(shè)思想，在建立課程體系、教學(xué)模式、教師隊(duì)伍培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)等工作中，提出自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程建設(shè)的基本原則［2］。

1 自動(dòng)化基礎(chǔ)系列課程體系

1) 教學(xué)組織上以多專業(yè)融合為基礎(chǔ)

各專業(yè)相關(guān)知識(shí)和應(yīng)用背景的相互交叉融合，符合科學(xué)發(fā)展的規(guī)律，是自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)體系實(shí)現(xiàn)的組織基礎(chǔ)和保證。近年來，筆者所在的自動(dòng)化學(xué)院先后承擔(dān)了我校通信工程、測(cè)控技術(shù)與儀器、生物醫(yī)學(xué)工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、給排水科學(xué)與工程等專業(yè)本科“自動(dòng)控制原理”課程或“自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)工作，在與各專業(yè)知識(shí)的交叉融合上已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

2)教學(xué)內(nèi)容及方式

傳播自動(dòng)控制及系統(tǒng)的基本思想、方法、工程理念是自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程的教學(xué)共性。通過體系課程教學(xué)應(yīng)使學(xué)生具備“3+3+N”型能力。

(1)三種思想:系統(tǒng)的思想、反饋的思想、工程的思想。

(2)三種基本方法:時(shí)域法、頻域法、根軌跡法。

(3)多專業(yè)工程應(yīng)用:在所授各個(gè)專業(yè)工程項(xiàng)目中的應(yīng)用。

在教學(xué)中以各專業(yè)工程實(shí)例為引線，把自動(dòng)控制及系統(tǒng)的思想貫穿在對(duì)實(shí)例的認(rèn)識(shí)、分析與設(shè)計(jì)的教學(xué)中。多采用啟發(fā)式、探究型的教學(xué)方法，合理運(yùn)用板書與PPT結(jié)合教學(xué)方式。

3)教材選擇與建設(shè)

各專業(yè)的工程背景不同，導(dǎo)致研究的問題和研究側(cè)重點(diǎn)各異，被控對(duì)象的特性、控制系統(tǒng)的指標(biāo)要求也有差別。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)已完成編寫教材《自動(dòng)控制原理》上、下冊(cè)，并籌劃編寫其他適合本系列課程教學(xué)的《先進(jìn)控制理論》和《智能控制基礎(chǔ)》等教材。

4)系列課程的網(wǎng)站建設(shè)

我校于2009年從清華大學(xué)引進(jìn)了網(wǎng)上教學(xué)綜合平臺(tái)(EOL)并已全面推廣實(shí)施，其中大系列課程建設(shè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)涵蓋了每個(gè)系列課程各類教學(xué)資源(如體系架構(gòu)、電子教案、各類輔助教學(xué)的文本材料、視頻、動(dòng)畫、圖片、重點(diǎn)難點(diǎn)解析、案例分析、習(xí)題庫、試題庫、實(shí)踐指導(dǎo)等)。學(xué)生還可以在平臺(tái)上進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，利用平臺(tái)交互式功能可及時(shí)反饋學(xué)生的問題。

2 多層化遞進(jìn)式教學(xué)模式

教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了以典型實(shí)際工程問題為驅(qū)動(dòng)，堅(jiān)持教學(xué)、科研、實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。該模式包括基礎(chǔ)層、專業(yè)層和實(shí)訓(xùn)層三個(gè)層次的教學(xué)項(xiàng)目，每層培養(yǎng)項(xiàng)目保持關(guān)聯(lián)和遞進(jìn)，不同層次實(shí)踐項(xiàng)目的目的內(nèi)容與要求不同，訓(xùn)練方法也各具特色。

1)基礎(chǔ)層

該環(huán)節(jié)包括了“自動(dòng)控制原理”、“現(xiàn)代控制理論”、“計(jì)算機(jī)建模與仿真”、“Matlab實(shí)踐”、“系統(tǒng)辨識(shí)”、“智能控制”、“先進(jìn)控制”、“過程控制”和“運(yùn)動(dòng)控制”等課程的深入學(xué)習(xí)，要求學(xué)生建立工程系統(tǒng)的思維方式，掌握自動(dòng)控制理論與技術(shù)的基本知識(shí)，了解本專業(yè)學(xué)科前沿和最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。

2)專業(yè)層

利用團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有平臺(tái)資源，實(shí)現(xiàn)以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、自選系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)為實(shí)踐平臺(tái)，將各類實(shí)踐、科創(chuàng)、實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)或論文等環(huán)節(jié)融入專業(yè)教育，提高實(shí)踐課程量［3］，鍛煉學(xué)生利用理論知識(shí)解決實(shí)際控制問題的能力。

3)實(shí)訓(xùn)層

利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)實(shí)踐資源和教師科研項(xiàng)目，讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)踐基地和教師的課題組，接觸實(shí)際工程項(xiàng)目，形成了以學(xué)生為實(shí)踐主體，以工程項(xiàng)目為控制實(shí)體的自動(dòng)化專業(yè)系列課程工程應(yīng)用模式，提高了學(xué)生自動(dòng)控制技術(shù)的工程應(yīng)用能力。

3 教師隊(duì)伍培養(yǎng)

1)積極開展研究性教學(xué)活動(dòng)

以學(xué)生為中心，教師充當(dāng)組織者、引導(dǎo)者與合作者的角色，盡力把學(xué)生引入獨(dú)立思考和動(dòng)手的狀態(tài)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，盡情發(fā)揮。

2)重視提高研究型教師的知識(shí)體系更新能力

在本學(xué)院的新課程中，筆者所在教研組成功開設(shè)了“智能控制基礎(chǔ)”與“先進(jìn)控制理論”兩門專業(yè)課，這與學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)能夠做到很好的銜接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)已有教學(xué)體系的及時(shí)更新和有益補(bǔ)充。

3)提高研究型教師現(xiàn)代信息的獲取能力

本團(tuán)隊(duì)通過提高整合信息技術(shù)與課程的能力，利用先進(jìn)多媒體設(shè)備組織教學(xué)，及時(shí)傳遞各種新知識(shí)和新信息，從而實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式、學(xué)生學(xué)習(xí)方式和師生教學(xué)互動(dòng)方式的變革。

4 集成化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

實(shí)踐教學(xué)相對(duì)于理論教學(xué)更具直觀性、綜合性和創(chuàng)新性，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［4］。通過近三年的教學(xué)改革實(shí)踐，教學(xué)團(tuán)隊(duì)已成功完成集成化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立。

1)集成化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的規(guī)劃

根據(jù)各工科專業(yè)對(duì)自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程的不同要求，教學(xué)團(tuán)隊(duì)制定了以控制理論和控制系統(tǒng)為核心、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)的集成化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)除了給學(xué)生開設(shè)基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)外，還增加了綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性以及開放性的實(shí)驗(yàn)，打破按各課程自行設(shè)立實(shí)驗(yàn)裝置的模式。

2)集成化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的內(nèi)容

按照四級(jí)遞進(jìn)式體系結(jié)構(gòu)建立集成化實(shí)驗(yàn)平臺(tái):一級(jí)實(shí)驗(yàn)覆蓋了相關(guān)課程的基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn);二級(jí)實(shí)驗(yàn)覆蓋了相關(guān)課程的綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn);三級(jí)實(shí)驗(yàn)選擇具有典型意義的控制對(duì)象構(gòu)建控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);四級(jí)實(shí)驗(yàn)覆蓋了開放性實(shí)驗(yàn)與遠(yuǎn)程自主實(shí)驗(yàn)。

3)集成化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的教學(xué)效果

通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以加深對(duì)專業(yè)課程的理解，更重要的是學(xué)生很自然地從系統(tǒng)工程的角度參與實(shí)驗(yàn)，激勵(lì)學(xué)生自學(xué)相關(guān)內(nèi)容，尋找知識(shí)交叉點(diǎn)，努力拓寬知識(shí)面。

［1］ 馬鐵東，浮潔.自動(dòng)化專業(yè)本科雙語教學(xué)現(xiàn)存主要問題及應(yīng)對(duì)措施［J］.上海:實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，(10):283-286

［2］ 劉煥君.工科院校系列課程建設(shè)實(shí)施及其意義探析［J］.吉林:吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，(5):104-106

［3］ 張立新，紀(jì)文剛，戴波，于靜，魏文淵.面向能力素質(zhì)培養(yǎng)的自動(dòng)化專業(yè)系列課程建設(shè)［J］.上海:實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，(10):351-353

［4］ 董素玲.基于崗位能力“多層化”的實(shí)踐教學(xué)體系--以電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)為例［J］.哈爾濱:黑龍江高教研究，2010，(9):148-150