應用型本科院校《自動控制原理》課程教學改革的探討

廣東理工學院 龍小麗 陳新欣

自動控制原理是我院電氣類專業的一門基礎課程，其特點是理論性強、涉及多方面的數理知識且均比較抽象，具有一定深度和難度的課程。根據珠三角地區對應用型電氣類人才需求的特點，結合應用型本科人才教育的培養模式，以提高學生的創新能力為目標，課題組圍繞課程的教材建設，教學方法、實踐手段三方面進行教學改革研究。現階段成果初步顯現，特別是虛擬實踐教學平臺的建設，使課程與實際技術得到有機結合，突出了學生創新能力的綜合實踐能力的培養。

1 課程特點

自動控制原理這門課程是廣東理工學院電氣類專業的一門重要的核心課程，其全方位地為學生介紹了經典控制理論的基本原理、模型建立、工程分析和設計方法。本門課程直接影響到后續計算機控制、過程控制等控制類課程的學習效果，以及學生專業綜合技術知識的實踐融合效果（任瑾,張曉亞,楊振波.基于Protel電路設計的課程改革探索[J].電子世界,2016,10:50-51）。

本課程特點鮮明，特點一：牽涉理論知識較多，要有扎實的數學基礎功底。如在建立系統模型時要運用一些電學、光學和熱學等物理知識，解題過程中更是會用到微積分、復變量函數論、矩陣論等內容。特點二：圖形較多。如工程應用原理圖、根軌跡圖、系統伯德圖和奈氏圖等，教學中圖形的使用可增強直觀性，但弊端是教學也會帶來一定的耗時（周武能,石紅瑞.自動控制原理教學改革與實踐[J].教學研究,2010,01:63-66）。特點三:要求具有直觀的工程背景。盡管在教材中會介紹一些應用背景，但學生并沒有感性認識，學生只是機械地記住公式定理，更沒有將所學應用于實踐，勢必造成理論與實踐的相對脫節，知識掌握的牢固度和靈活度大打折扣。因此針對我校電氣類應用型人才的培養模式，需對自動控制原理課程從教學建設、教學方法、實驗實踐等方面實施相應的改革舉措，這樣才能位地區培養出創新精神強和綜合實踐能力突出的人才。

2 教材建設

優秀的教材是提高教學質量的重要方面，同時也是優秀教學方法傳承的重要載體。根據不同的專業選擇有針對性的教材，從而提高教學質量。從宏觀上來講要針對不同的層次和生源對象來選擇教材，從微觀上應提高所選教材的質量或者自己編寫教材。

總的來說教材可分兩大類進行選擇：（1）對于理論研究性大學的教材，內容不僅系統且較為深入，列舉的工程實例多。學生可以仔細研讀從而比較深入全面地掌握自控原理，同時此類教材因內容多所以比較厚，教師在授課方面很難在教材上發揮，需要加強引導學生自學（王萬良.“自動控制原理”課程教學中的幾個關鍵問題[J].中國大學教學,2011,08:48-51）。（2）對應用型大學或非自動化類專業的教材，由于基礎和對學習興趣等客觀原因使得他們在課堂上容易走神，精神不集中，且課后鮮有學生能靜心研讀書籍，面對太厚太深的教材更會望而生畏。對此類學生所選取的教材應該語言簡明，內容上注重基本的理論和方法，所舉例題圍繞基本內容設置，注重實用性教學，使學生能夠容易閱讀和掌握。

對此我們選擇第二類教材，并在授課過程中對書本內容的梳理，去粗取精，刪除一些不常用的內容，重要的公式、概念、定理用彩色標注。將讓學生在初步學習并了解大概理論用，應用自動控制理論方法解決實際問題，再對課程有興趣了以后可以仔細研讀并能不斷深入。

3 教學方法

以前我校的教學方法主要是課前對學生講清楚本章的重要性及本節課的主要內容，課后及時對本章的主要概念公式方法進行小結，淡化推導、精簡公式、板書與多媒體相結合的方式。在成立課題組以后我們提倡在原有基礎上增加案例教學。比如數字PID控制，板帶軋制過程控制等，提高學生運用控制理論分析和設計控制系統的能力。為此我們與相關企業聯系，收集教學實例，目前已與廣州華凌有限公司等10幾家單位合作，參觀調研自動化生產一線，為教學案例收集素材，且教學過程中不斷調整課程授課內容，讓課堂理論與工程實踐相結合，為學生工作打下基礎。

同時加強科研對教學的支撐作用，結合自身科研項目，給學生介紹自動控制在科研項目中的應用，同時發現優秀學生引入科研中，使學生所學知識得到應用，鍛煉處理實際問題能力，同時提高教學效果（王憲磊,王偉,裴玖玲,等.機械類專業自動控制原理創新型教學改革與實踐[J].高教學刊,2016,07:132-133]）。此外，以競賽為導向，積極參加各類比賽如：電子大賽。挑戰杯等，這些競賽大部分都需要用到自控的基本理論。在課堂中有意識的為學生介紹比賽中用的理論，有助于分析其控制環節，并可以幫助學生取得更好地成績。

4 實踐手段

以前我校實踐教學平臺單一，現有的實驗教學設備采用模擬電路實驗箱完成，模塊化實驗箱中的電路具有一定局限性，實驗效果不理想且擴展功能不足，不利于學生創新能力的培養。隨著，我校電氣類專業的學生人數不斷增加，為保證實踐教學的正常開展，就需增加實驗設備的套數，但教學場地又受到制約（任瑾,唐東成,等.淺談電氣工程及其自動化專業實驗室建設[J].電子世界,2017,08:49）。故不能采用原有實驗模式，為此我們提出模擬平臺和虛擬實驗平臺一同合作來完成實驗教學。模擬平臺為原有的自控實驗箱和過程控制系統裝置兩部分組成，利用實驗箱讓學生清楚了解典型信號和典型環節的響應曲線及各項性能指標；利用過程控制系統裝置，讓學生進一步掌握實際工作背景、狀態及過程。這樣做不僅不會浪費原有試驗箱設備更可以提高過程控制系統實驗室的利用率。虛擬實驗平臺也包含兩部分，一部分是MATLAB的虛擬實驗平臺，另一部分是LabVIEW的虛擬實驗平臺。MATLAB是一款非常強大的數據處理軟件，編程及建立模型簡單易學，非常適用于仿真分析，但同時也存在負面影響，它不利于學生動手實踐及硬件調試能力的培養，所以部分還應結合傳統的硬件設備。LabVIEW是近年來非常流行的一款圖形語言，基于LabVIEW的虛擬實驗系統是利用虛擬儀器來完成實踐教學，所謂的虛擬儀器就是用軟件代替模擬硬件的全部功能，這樣虛擬實驗就不再是單一的程序仿真。

這種虛擬的實驗平臺在能滿足基礎實驗教學的同時也可為學生提供更多的實踐及創新機會，從而提高學生自身的實踐能力。讓傳統的實驗室和先進的虛擬軟件結合起來，是一種創新性的教學手段，更是實驗改革的新方向（劉金頌,張慶陽,蘇曉峰,等.Matlab軟件在自動控制原理實驗中的應用[J].實驗技術與管理,2014,31(6):138-140）。

5 總結

我院電氣類專業的發展剛剛起步，對課程教學的探索也正在穩步進行中。瞄準專業發前沿，將專業特色的人才培養模式與珠三角地區對應用型電氣類專業人才需求緊密聯系起來。不斷進行改革與創新，讓學生更好地對工程任務有全面了解，培養出具有創新意識和創新能力、理論基礎扎實、綜合實戰能力強的應用技術人才將是今后教學工作中的重中之重（王海燕,駱健.關于高校實施工程教育專業認證的探討[J].江蘇高教,2014,04:103-104）。