自動控制原理卓越課程全方位教學改革探討

趙咪 魯敏

摘? 要 為了切實提高學生的知識應用能力和科研素養，以自動控制原理課程為突破點，展開卓越課程全方位教學改革體會與實踐，創建以學生為主體，集立體式理論教學體系與多層次實驗教學體系為一體的全方位教學平臺。這種教學改革模式能有效突出教學重點，增強學生的動手能力，提高教學質量，實現自動控制原理的卓越課程建設。

關鍵詞 自動控制原理;教學改革;實驗教學體系;卓越課程;MATLAB

Abstract In order to stimulate enthusiasm and enhance the applica-tion ability of knowledge and scientific literacy， this paper mainly introduces the experience and practice of comprehensive education reform for automatic control theory， and establishes a set of student-oriented normalized dynamic teaching platform with stereo theory teaching system and multilevel experiment teaching system. The practice indicates that these reform patterns can effectively highlight key teaching points， strengthen the practice ability， and achieve the excellent course construction for automatic control theory.

Key words automatic control theory; teaching reform; experiment teaching system; excellent course; MATLAB

1 引言

隨著卓越工程師教育培養計劃在國內高校的全面推行，高等教育逐步由研究型向應用型轉變。在高等教育轉型過程中，學生的專業實踐能力和創新能力成為衡量教育水平的一個重要指標。此外，自《中國制造2025》頒布以來，智能制造的地位凸顯出來，國內外研究焦點集中于智能化自動控制系統，這就意味著相關研究領域急需精通自動控制技術的專才。因此，為滿足復合型人才的培養以及現代化教學的需求，自動控制原理課程改革亦必須不斷完善，更好地適應科技和社會發展需求。

自動控制原理作為一門技術科學，主要研究自動控制系統的一般規律，涉及系統模型建立、系統分析和系統設計的基本理論和相關技術。在教學過程中，由于其理論性很強，且具有煩瑣的數學計算和復雜的繪圖理論，學生很難掌握課程精髓。因此，為達到理想的教學效果，必須不斷優化課程體系，完善教學方法，豐富教學手段。為了實現卓越課程建設，本文構建自動控制原理課程的全方位教學改革體系，旨在使學生能夠掌握基礎知識，追蹤科技前沿，開發創新思維，更好地服務社會。

2 立體式理論教學體系

隨著理論知識的不斷更新與教學方式的不斷創新，傳統單一的教學模式和體系結構已遠遠不能滿足科技進步和時代發展。為了滿足復合型人才的培訓需求，自動控制原理的教學要堅持理論與實踐并重。針對本課程特色，本文提出多層次立體化的教學體系結構，對理論教學與實驗教學改革進行深入探索。圖1所示是立體式理論教學體系結構。

系統化課程內容? 伴隨科技的日新月異，新的控制方法和控制手段亦越來越多。為了迎合本科專業培養目標和特色，必須不斷整合新內容與教學成果，運用系統化的教學思想，構建課程的知識體系，保證課程內容的先進性與系統性。此外，必須加強應用工程實例的介紹，啟發學生將理論與實際相結合，深化學生對知識體系的認知和全局觀念的培養，從而提升相應的工程實踐能力。

多元化教學方法? 在教學過程中，根據課程內容和學生實際情況，精心設計教學過程，綜合運用多元化教學方法是培養學生創新能力的關鍵。如在講解核心內容和概念時，可采用專題研討式，揭露研究熱點和知識的應用情況，拓寬學習思路。利用問題探究式方法有助于激發學生的探索意識，針對研究內容，學生自主思考存在的問題，并提出解決方案，錘煉學生的獨立思考和邏輯推理能力。此外，在處理兩個或多個相似性概念或問題時，采用關聯對比式教學方法，強化對知識的理解和記憶。

多樣化教學手段? 自動控制原理課程具有較多學生難以理解和掌握的抽象性內容，必須運用信息技術手段幫助學生清晰全面地把握課程內容。利用音頻、視頻和動畫等多媒體技術將相關課程內容制成優秀的多媒體課件，形象生動地體現與課程內容相關的基本概念和理論。在講解圖形繪制和系統分析時，利用MATLAB軟件輔助完成部分教學內容，提高課堂效率。此外，網絡交互式輔助教學也是對傳統教學的有益補充。構建網絡課程互動平臺，通過視頻微課、習題試題庫和網上答疑等共享資源庫，為教師和學生建立一個不受地域與時間限制的交流平臺。

多角度科研互促? 在教學中講授理論知識的同時，必須增加一些與科研結合的內容。通過課程設計、科技競賽和第二課堂等科技活動，培養學生的動手能力，為科研活動的開展打好基礎。選拔成績優秀且科研興趣濃厚的學生，參與教師的科研課題，提升專業能力。以科研促教學，將科研成果應用到教學實踐中，提高教學質量，促進教學改革。

3 多層次實驗教學體系

在實驗教學過程中，為了滿足不同層次的學生需求，充分鍛煉和提升學生的實驗操作技能，本文提出多層次實驗教學體系，如圖2所示。多層次的實驗體系結構層層遞進關聯，在資源有限的前提下，更好地滿足個性化教學需求，逐步實現“以學生為主體”的教學模式。

基礎驗證性實驗? 作為實驗教學的基礎，基礎驗證性實驗主要鍛煉學生的實際操作技能。在熟悉實驗指導書的前提下，遵循實驗指導書操作方法完成相應的實驗過程，并通過分析實驗結果對已學理論知識進行驗證，從而加深對理論知識的理解。如在教學時域分析法時，設立典型環節時域分析、穩定性分析和校正實驗等，使學生對控制系統及其分析方法有更為透徹的理解。

設計仿真性實驗? 基礎驗證性實驗著重于理論知識點的驗證，缺乏必要的設計環節，難以充分發揮學生的主觀能動性。設計性實驗則不同，除了對系統原理有清晰認識外，還要熟練掌握系統各個元件不同的設計方法。此外，該類實驗僅僅提供實驗目的、設備和性能要求，學生必須根據需求自行設計實驗方案，并在MATLAB仿真軟件或模擬試驗箱上進行驗證。

創新性實驗? 相較于設計性實驗，創新性實驗要求更高，只需提供某個實際需求或性能指標，學生自主設計自動控制系統，在實驗過程中對建模方法、實驗題目、實驗設備、控制方式等不做任何限制。因此，不僅需要堅實的理論基礎，還需要一定的工程經驗。這類實驗非常有利于加強學生的創新意識，并為培養高素質的工程應用人才提供了平臺。

綜合性實驗? 上述三種實驗偏向于計算機仿真軟件實現，而綜合性實驗更重視實物對象的研究。學生在綜合利用書本知識的基礎上，對自動控制系統進行整體分析和設計的實驗，如PID控制器設計、直流電機調速系統設計和狀態觀測器實驗等。可根據不同專業的工程應用背景，增設綜合性實驗，拓寬專業面，全面提升學生的工程實踐能力。

4 結語

圍繞高校教育轉型這一背景，在自動控制原理課程建設中改革傳統的教學觀念、教學方法和教學手段，注重使用先進的教學方法，合理運用現代信息技術手段，推進課堂教學、實驗教學等改革，將自動控制理論課程建設的各個環節融入創新教育，旨在培養學生的創新思維方式，提高學生的創新能力。實踐證明，只有對課程教學不斷革新，因材施教，牢牢把握學生觀念思想的變化，才能進一步提高自動控制原理課程的教學質量，實現自動控制原理卓越課程的建設。

參考文獻

[1]郭愛文，周洪.“自動控制原理”課程教學改革探討[J].電氣電子教學學報，2014，36（1）：11-12.

[2]王亮，許軍，周奇勛，等.《自動控制原理》全方位教學改革體系的構建思考[J].教育教學論壇，2016（18）：81-82.

[3]李明大，劉小河，管萍，等.“自動控制原理”教學改革探索[J].教育教學論壇，2016（16）：112-113.

[4]陳珍萍，黃友銳，劉淮霞，等.“自動控制理論”課程教學改革[J].電氣電子教學學報，2015，37（4）：38-41.

[5]姜素霞，鄭安平，丁莉芬.面向創新型人才培養的自動控制原理實踐教學改革[J].實驗室科學，2016，19（1）：128-130，134.