自動控制原理課程改革與建設方案

崔長春　馬云俊

摘要：從課程內容、教學方法和教學模式、考核方法、教材建設幾個方面分析了熱能與動力工程專業《自動控制原理》課程現存的問題并給出了相應的建議對策，可以促進本門課程更加適應專業要求，提升教學效果。

關鍵詞：熱能與動力工程專業自動控制原理課程改革建設

《自動控制原理》是熱能與動力工程專業的主干專業基礎課程，在近幾年的教學實踐過程中發現，本門課程在內容設置、教學方法、考試考核以及教材建設等方面存在一定問題。為了提高本門課程與專業方向的匹配與協調性，從如下幾個方面進行分析并給出相關建議，以此促進課程改革與課程建設，提升學生的學習效果。

一、課程內容

1.存在的問題

課程理論性較強，涉及知識點較多，數學公式多，同時授課學時有限，教師容易把過多時間和精力集中于原理講解和公式推導，忽略了理論知識與電廠自動控制應用實例的結合，學生對學習課程的必要性、重要性和實用性認識模糊。

2.改革思路

（1）降低教學目標。熱能與動力工程專業學習自動控制原理課程的目的是應用自動控制知識和技術為發電設備系統運行服務，而不是開發自動控制系統。如中國大唐集團公司集控值班員崗位培訓大綱及考核標準中明確規定：熟悉自動控制的基本原理，機組自動控制系統的構成、工作原理及調節方法；自動調節裝置的作用、組成、調節原理、邏輯關系及投切方法。因此，在教學目標上提出熱能與動力工程專業學生在自動控制方面只需達到初步掌握自動控制的基本原理，能夠準確提出該專業對自動控制原理的要求，正確繪制自動控制原理圖，并能配合自動控制原理技術人員進行調試即可。

（2）簡化教學內容。原有課程偏重理論知識，涉及許多高等數學內容，對熱能與動力工程專業學生來說，學到的知識在就業過程中實用性不強。因此，在實際教學中，應以“理論夠用、重在實踐”為原則，刪繁就簡，弱化理論推導，以線性系統建模及穩、快、準性能的分析為主線，培養學生掌握自動控制系統基礎知識，具有自動控制系統安裝、調試、應用的基本技能，使學生具備自動控制系統的認識能力、自動控制系統模塊的應用能力、自動控制系統的分析能力、自動控制的基本規律及調節器的使用能力、單回路控制系統的應用設計能力、典型控制系統解剖分析能力等。

（3）加強課程實驗內容與專業領域的聯系。根據課程的教學內容，以自動控制系統的組成環節為基礎，設置相應的實驗環節。為促使學生將專業領域與自動控制原理相聯系，可以提前介紹一些較為簡單的熱工控制系統作為控制對象（如除氧器水位控制系統），再與實驗內容（如PID調節器的參數整定方法）結合的方法，達到鞏固專業知識，促使學生思考熱能與動力工程專業中所涉及的熱工控制系統應該如何自動控制運行的目的。

二、教學方法和教學模式

1.存在的問題

本課程是一門專業基礎課，理論性強，涉及到大量的高等數學知識，學生學習的難度較大，傳統的課題教學過程易枯燥。尤其高等數學基礎較差的學生，學習課程相關知識難度大，因此學習興趣不高。

2.改革思路

（1）在教學過程中突出控制理論的物理概念及工程背景，淡化數學證明為原則；

（2）采用啟發式教學方法。例如在課程緒論部分，通過與專業相關的典型示例，引出控制、開環控制、閉環控制以及反饋等基本概念，使學生認識到學習本課程的重要性，并對控制理論在專業發展的作用有一定的了解。另外，還可采用課堂問答和課堂討論的方式，以及在教學內容轉換時適當留一些懸念，讓學生通過思考和討論自己解決問題，提高學生學習的主動性。

（3）傳統教學方式和現代化教學手段結合。自動控制原理課程由于公式多、繪圖量大且準確度要求高，很多內容非常適合多媒體授課方式。但是，采用多媒體教學方式會使學生來不及做筆記，并且也減少了教師和學生的課堂交流。因此可采用將傳統的板書教學方式和現代化的多媒體相結合的方式，對于傳遞函數方框圖化簡、根軌跡法、頻率特性法等存在大量圖表、公式和曲線的教學內容，采用多媒體授課方式。另外，充分利用網絡教學平臺，把包括多媒體課件在內的所有教學資源都放到網絡教學平臺上去，真正實現交互式雙向教學。

（4）部分教學環節與實驗相結合。如典型環節的響應特性、PID調節器的參數整定方法的教學內容，可采用虛擬實驗室方式，利用MATLAB語言作為控制系統的仿真平臺，，通過畫面顯示的形式幫助學生理解自動控制理論。同時也可以擴大實驗內容，增加具有設計性、綜合性以及創新性的項目，提高實驗的質量，提高學生的綜合設計能力，培養學生的創新思維。

三、考核方法

1.存在的問題

（1）傳統的自動控制原理考核方法憑借期末考試一張試卷（并且大多都是采用閉卷考試）來評價學生的學習情況。自動控制原理課程理論性強，內容抽象，涉及的數學基礎知識面廣，包含的公式和圖形多、推導計算復雜。因而導致自動控制原理學科的題目大部分計算量較大，作圖過程繁瑣，所以用一張試卷在兩個小時來確定一個學生的成績不是很合理。

（2）完全采用這種閉卷考試的方法，容易使學生產生好像在學習數學知識。因此，有必要通過考試改革帶動教學改革進程，使學生對自動控制原理的認識回歸到解決實際問題上，達到學習自動控制原理課程的最終目的——樹立正確的方法論，能從系統的觀念分析和解決實際問題。

2.改革思路

（1）采用多種形式相結合的考核方式，保障課程教學和實踐質量。改革自動控制原理的考試方式，可以將傳統的單一閉卷考試模式改為多種模式相結合的考試形式，即綜合考核學生的學習態度、理論水平和實踐能力。考試模式可將卷面考試、口試和動手實驗、撰寫課程相關內容的科學報告相結合，注重動手和綜合能力測試，注重過程考核，增加平時考核次數和實驗考核環節，提高實驗考核在期終總評成績中的比重。

（2）考試命題可分為閉卷部分和開卷部分。

閉卷部分可以采用采用筆試方式按學校相關規定進行考試，試卷命題時應注意避免復雜冗長的公式，以防學生把重心放在記憶知識這一層次上，而實際上這些耗費了大量精力死記硬背的東西也只能記住一時，在實際工作中主要是通過查閱資料來解決問題的。

開卷部分可包括實驗、大作業或論文，內容應體現多層次、模塊化形式，難度適當加大。論文題目可以提前發給學生，學生可以應用各種資源，如網絡、圖書館等等查找資料，同學間也可以相互討論。提交論文時，還要參加簡單的答辯。這種面對面的交流，可以幫助老師更準確掌握學生的學習情況。實驗部分根據實驗報告、實驗操作技能和自行獨立設計實驗能力等方面情況進行綜合考核。實驗內容的擬定，則應注意新穎性、趣味性和實用性，多選擇一些有實際應用背景的相關內容，如加熱爐、單容水箱、直流電機等的控制，規定控制系統所要達到的性能指標，要求學生建立被控對象物理過程的數學模型，

運用已學過的時域或頻域方法，進行系統設計和校正，在Matlab環境下進行系統仿真，最后撰寫實驗報告。

四、教材建設

1.存在的問題

目前，沒有專門作為熱能與動力工程專業本科生學習自動控制原理的教材。已有的《自動控制原理》教材對于熱能與動力工程專業本科生學習難度大，這些教材內容與專業內容聯系很少，而且學生沒有必要學習自動控制理論的全部內容。

2.改革思路

（1）編撰符合熱能與動力工程專業要求的教材。熱能與動力工程專業學習自動控制原理課程重在應用，因此應選擇控制理論與實際系統相結合的教材。目前這樣的教材還不多，因此，可考慮結合本校熱能與動力工程專業或相關專業（如建筑環境與設備工程專業）學生的實際，編撰教材。在編撰過程中，要給出與熱能與動力工程專業工程應用相結合的案例，這樣有助于加深學生對專業知識的理解，為學生今后的相關專業課學習打下堅實的理論基礎。

（2）編撰輔導教材。突出學習指導、習題講解和在單元機組熱工自動化中的應用。

參考文獻：

[1]張炯，王鑫，鄭燦香.《自動控制原理》理論課程教學改革與實踐[J].中國校外教育，2013（1）：83.

[2]潘奇明，李博，周文輝. “自動控制原理”課程教學探索[J].中國電力教育，2013（7）：80-81.