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摘要：“自动控制原理”是控制类以及电气信息等相关专业的基础课程，理论性和应用性都较强，学生学习具有一定难度。本文主要介绍自动控制原理课程立体式教学改革体会与实践，对课程教学方法、教学体系和内容的整合优化以及实验教学方法进行了讨论，旨在突出教学重点，增强学生的动手能力，提高教学质量，实践证明，效果良好。
关键词：自动控制原理；立体式教学；教学质量
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0122-02
一、引言
《自动控制原理》是高等学校控制类主要的专业基础课，也是电气信息类、机械类、能源动力类等许多专业的学科基础课[1，2]。为适合复合型人才的培养以及现代化教学的需求，《自动控制原理》的教学要理论与实践并重，不断优化课程体系，采用立体化教学方式。本文结合肇庆学院《自动控制原理》近几年教学改革工作，对《自动控制原理》立体式教学体系进行研究与探讨。
二、立体式教学体系结构
《自动控制原理》课程涉及到高等数学、复变函数等数学知识，比较抽象；另外，《自动控制原理》是一门与实践紧密结合的学科，该门课程要培养学生的实践能力和动手能力[3]。因此，本着“厚基础、重实践、重能力”的指导思想，提出了如图1所示的《自动控制原理》立体式教学体系结构。
三、理论教学探索
1.优化教学内容，提高教学质量。随着控制理论的发展和计算机技术的应用，新的控制方法和控制手段越来越多，根据本科专业培养目标和专业特点，对自动控制课程的内容进行了重新整合，把一些新内容、新的教学成果、应用实例融合到教学内容中，做到课程内容的基础性和先进性相结合。《自动控制原理》的教学内容主要是围绕控制系统的性能分析与设计展开的。据此将教学内容划分为五大块：自动控制的概念与模型、控制系统的性能分析、系统的设计校正、采样控制系统的性能分析和非线性系统的分析。系统性能分析是重点讲解部分，介绍各种分析方法：时域分析法、根轨迹法、频域分析法等，进行有关系统的动态、静态分析。在系统设计的讲解中，重点介绍根轨迹设计法、频域设计法和状态控制设计法，使学生在整个学习过程中，围绕“系统分析和设计”这条主线进行，从而对《自动控制理论》有一个完整清晰的理解。同时，以稳定性指标为辅线，在各个有关章节的小结中对稳定性都予以重点讨论，通过对各种稳定性判断方法的分析，把前后的知识点加以衔接联系，并综合应用。
在讲清系统物理概念的基础上，重点结合习题精解，物理实体（电机调速系统）进行实际演练；同时，结合课程内容，采用先进的计算机辅助教学手段，将Matlab软件在控制系统中的应用引入课堂教学，在诸多课堂教学环节中实现了仿真演示，增强了学生对抽象理论的感性认识，收到了良好的教学效果。
2.多元化教学方法，提升教学手段。《自动控制原理》对学生的分析能力、综合运用能力有一定的要求，并需具有扎实的数学基础，学生在学习中经常会感到困难而产生畏难情绪[4]。因此，改革传统教学方法和手段，提高教学质量，是课程改革的重点，为加强学生能力培养，教学体系中设计了灵活多样的教学方法，如探究式教学，讨论式教学，案例式教学，计算机辅助教学等。①探究式教学。其特点是在教师的启发引导下，以学生独立思考和合作讨论为主，在“发现提出问题—思考分析问题—初步解决问题—反馈解决情况—完整解决问题”的闭环探究过程中，通过师生之间的合作与互动提高学生的科学兴趣和主动探究能力。②讨论式教学。主讲教师就某一问题或知识点，让学生进行讨论，促进学生动脑思考。在讲授新的内容时，主讲教师和学生讨论新知识点与前面学过的内容有什么样的联系与区别，这样一方面加深旧知识点的理解，另一方面会对新知识点有一些初步了解。③案例式教学。主讲教师就某一知识点进行讲解时，通过具体的案例来加深学生的理解与印象。通过案例就可使学生容易理解开环控制和闭环控制的区别，以及二者的优缺点：闭环控制效果好，但需要传感器，成本增加。④计算机辅助教学。我们在《自动控制原理》课的多媒体教学实践中，努力探索如何使多媒体这一先进的教学手段更好地服务于课堂教学。开发了“自动控制原理多媒体课件”、“Matlab仿真软件包”等CAI课件，采取多媒体与板书相结合的教学方法，既充分利用了多媒体教学生动、逼真、容量大的优点，又充分利用了板书教学严谨性、逻辑性强的优点。
3.网络化教学。网络互动教学是对课堂讲授的补充，是教师和学生不受地域时间限制的一个交流平台。我们建立一个《自动控制原理》QQ讨论群，通过该群老师可及时回答学生的疑问。另外，借助于学院的网站，建成了一个网络教学系统，该系统可以实现教学资源共享，实验预约，课程设计的布置，毕业设计申报与管理等，增强了师生的互动性。
四、实验教学探索
1.加强常规实践教学环节，增强学生的动手能力。注重实践能力的培养，坚持理论联系实际的原则，加强学生动手训练，培养学生的创新能力。实践教学是提高学生创新精神和能力的重要途径，教改过程中，我们加强实验室建设，彻底改造了原有的实验内容。控制箱提供基本的电路模块，实验只提目标和要求，没有详细的实验步骤和实验电路图。学生根据个人情况自主选择难度等级不同的实验，根据系统的性能要求，设计控制电路，独立完成系统设计，记录数据和图形，写出实验报告。所有这些都极大地调动了学生学习的主动性和积极性，巩固了课程理论，激发了学生学习的热情，培养了学生的动手能力和独立思考的能力，使其观察、分析和解决问题的能力都有很大的提高。
2.虚拟实验。MATLAB具有强大的数值计算、信号处理以及图形显示能力。为了避免传统实验的盲目性和可能出现的硬件电路损坏等问题，以MATLAB为基础开发了《自动控制原理》虚拟实验平台，虚拟实验使用方便灵活，交互性好。如图2所示，在PID虚拟实验中，可以方便地研究PID参数对控制系统的影响规律。通过虚拟平台实验不仅可用于实际系统的分析、综合与研究开发，也可使学生对科学研究产生浓厚的探索兴趣，是对传统实验的有益补充。
五、以教学推动科研，以科研促进教学
对于普通高等教育来说，教学固然重要，科研也不可忽视。从《自动控制理论》来讲，它近几十年才建立起来，与工程实际联系较广，特别是在发展过程中，数学和计算机起了很大的作用，成为控制理论的重要工具。可以说，控制理论是工程与数学、计算机科学相互作用的前沿。在教学中讲授理论知识的同时，增加一些与科研结合的内容，在同学中选一些成绩较好，对科研又有一定兴趣的同学，参加有关教师的科研项目，也可为学生科技活动中心提供一些课题，指导学生参与科研。这样，一方面调动了学生的积极性，培养了学生的动手能力，另一方面，也可为科研活动的开展打好基础。学生通过参与科研，学习兴趣更加浓厚了，求知的欲望更强了。
六、总结
该课程的教学改革已在我校实施，通过课程的建设和改革，《自动控制原理》课程内容及课程体系得到了优化，教学工作得到了进一步完善和规范，取得了良好的教学效果，学生的基本知识、专业能力、实践技能乃至学习兴趣等，都较以往有较大的提高。
参考文献：
[1]王亚娟，魏立明.自动控制原理课程教学的改革探索[J].中国电力教育，2008，（9）：95-96.
[2]李红星，张大平.浅析自动控制原理课程的教学方法[J].钦州学院学报，2013，28（2）：87-89.
[3]胥布工.自动控制原理[M].广州：华南理工大学出版社，2012.
[4]李振龙，乔俊飞，等.自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨[J].教学研究，2009，32（2）：66-72.
关键词：自动控制原理；立体式教学；教学质量
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0122-02
一、引言
《自动控制原理》是高等学校控制类主要的专业基础课，也是电气信息类、机械类、能源动力类等许多专业的学科基础课[1，2]。为适合复合型人才的培养以及现代化教学的需求，《自动控制原理》的教学要理论与实践并重，不断优化课程体系，采用立体化教学方式。本文结合肇庆学院《自动控制原理》近几年教学改革工作，对《自动控制原理》立体式教学体系进行研究与探讨。
二、立体式教学体系结构
《自动控制原理》课程涉及到高等数学、复变函数等数学知识，比较抽象；另外，《自动控制原理》是一门与实践紧密结合的学科，该门课程要培养学生的实践能力和动手能力[3]。因此，本着“厚基础、重实践、重能力”的指导思想，提出了如图1所示的《自动控制原理》立体式教学体系结构。
三、理论教学探索
1.优化教学内容，提高教学质量。随着控制理论的发展和计算机技术的应用，新的控制方法和控制手段越来越多，根据本科专业培养目标和专业特点，对自动控制课程的内容进行了重新整合，把一些新内容、新的教学成果、应用实例融合到教学内容中，做到课程内容的基础性和先进性相结合。《自动控制原理》的教学内容主要是围绕控制系统的性能分析与设计展开的。据此将教学内容划分为五大块：自动控制的概念与模型、控制系统的性能分析、系统的设计校正、采样控制系统的性能分析和非线性系统的分析。系统性能分析是重点讲解部分，介绍各种分析方法：时域分析法、根轨迹法、频域分析法等，进行有关系统的动态、静态分析。在系统设计的讲解中，重点介绍根轨迹设计法、频域设计法和状态控制设计法，使学生在整个学习过程中，围绕“系统分析和设计”这条主线进行，从而对《自动控制理论》有一个完整清晰的理解。同时，以稳定性指标为辅线，在各个有关章节的小结中对稳定性都予以重点讨论，通过对各种稳定性判断方法的分析，把前后的知识点加以衔接联系，并综合应用。
在讲清系统物理概念的基础上，重点结合习题精解，物理实体（电机调速系统）进行实际演练；同时，结合课程内容，采用先进的计算机辅助教学手段，将Matlab软件在控制系统中的应用引入课堂教学，在诸多课堂教学环节中实现了仿真演示，增强了学生对抽象理论的感性认识，收到了良好的教学效果。
2.多元化教学方法，提升教学手段。《自动控制原理》对学生的分析能力、综合运用能力有一定的要求，并需具有扎实的数学基础，学生在学习中经常会感到困难而产生畏难情绪[4]。因此，改革传统教学方法和手段，提高教学质量，是课程改革的重点，为加强学生能力培养，教学体系中设计了灵活多样的教学方法，如探究式教学，讨论式教学，案例式教学，计算机辅助教学等。①探究式教学。其特点是在教师的启发引导下，以学生独立思考和合作讨论为主，在“发现提出问题—思考分析问题—初步解决问题—反馈解决情况—完整解决问题”的闭环探究过程中，通过师生之间的合作与互动提高学生的科学兴趣和主动探究能力。②讨论式教学。主讲教师就某一问题或知识点，让学生进行讨论，促进学生动脑思考。在讲授新的内容时，主讲教师和学生讨论新知识点与前面学过的内容有什么样的联系与区别，这样一方面加深旧知识点的理解，另一方面会对新知识点有一些初步了解。③案例式教学。主讲教师就某一知识点进行讲解时，通过具体的案例来加深学生的理解与印象。通过案例就可使学生容易理解开环控制和闭环控制的区别，以及二者的优缺点：闭环控制效果好，但需要传感器，成本增加。④计算机辅助教学。我们在《自动控制原理》课的多媒体教学实践中，努力探索如何使多媒体这一先进的教学手段更好地服务于课堂教学。开发了“自动控制原理多媒体课件”、“Matlab仿真软件包”等CAI课件，采取多媒体与板书相结合的教学方法，既充分利用了多媒体教学生动、逼真、容量大的优点，又充分利用了板书教学严谨性、逻辑性强的优点。
3.网络化教学。网络互动教学是对课堂讲授的补充，是教师和学生不受地域时间限制的一个交流平台。我们建立一个《自动控制原理》QQ讨论群，通过该群老师可及时回答学生的疑问。另外，借助于学院的网站，建成了一个网络教学系统，该系统可以实现教学资源共享，实验预约，课程设计的布置，毕业设计申报与管理等，增强了师生的互动性。
四、实验教学探索
1.加强常规实践教学环节，增强学生的动手能力。注重实践能力的培养，坚持理论联系实际的原则，加强学生动手训练，培养学生的创新能力。实践教学是提高学生创新精神和能力的重要途径，教改过程中，我们加强实验室建设，彻底改造了原有的实验内容。控制箱提供基本的电路模块，实验只提目标和要求，没有详细的实验步骤和实验电路图。学生根据个人情况自主选择难度等级不同的实验，根据系统的性能要求，设计控制电路，独立完成系统设计，记录数据和图形，写出实验报告。所有这些都极大地调动了学生学习的主动性和积极性，巩固了课程理论，激发了学生学习的热情，培养了学生的动手能力和独立思考的能力，使其观察、分析和解决问题的能力都有很大的提高。
2.虚拟实验。MATLAB具有强大的数值计算、信号处理以及图形显示能力。为了避免传统实验的盲目性和可能出现的硬件电路损坏等问题，以MATLAB为基础开发了《自动控制原理》虚拟实验平台，虚拟实验使用方便灵活，交互性好。如图2所示，在PID虚拟实验中，可以方便地研究PID参数对控制系统的影响规律。通过虚拟平台实验不仅可用于实际系统的分析、综合与研究开发，也可使学生对科学研究产生浓厚的探索兴趣，是对传统实验的有益补充。
五、以教学推动科研，以科研促进教学
对于普通高等教育来说，教学固然重要，科研也不可忽视。从《自动控制理论》来讲，它近几十年才建立起来，与工程实际联系较广，特别是在发展过程中，数学和计算机起了很大的作用，成为控制理论的重要工具。可以说，控制理论是工程与数学、计算机科学相互作用的前沿。在教学中讲授理论知识的同时，增加一些与科研结合的内容，在同学中选一些成绩较好，对科研又有一定兴趣的同学，参加有关教师的科研项目，也可为学生科技活动中心提供一些课题，指导学生参与科研。这样，一方面调动了学生的积极性，培养了学生的动手能力，另一方面，也可为科研活动的开展打好基础。学生通过参与科研，学习兴趣更加浓厚了，求知的欲望更强了。
六、总结
该课程的教学改革已在我校实施，通过课程的建设和改革，《自动控制原理》课程内容及课程体系得到了优化，教学工作得到了进一步完善和规范，取得了良好的教学效果，学生的基本知识、专业能力、实践技能乃至学习兴趣等，都较以往有较大的提高。
参考文献：
[1]王亚娟，魏立明.自动控制原理课程教学的改革探索[J].中国电力教育，2008，（9）：95-96.
[2]李红星，张大平.浅析自动控制原理课程的教学方法[J].钦州学院学报，2013，28（2）：87-89.
[3]胥布工.自动控制原理[M].广州：华南理工大学出版社，2012.
[4]李振龙，乔俊飞，等.自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨[J].教学研究，2009，32（2）：66-72.