自动控制理论教学改革的探索与实践

自动控制理论教学改革的探索与实践

陈华谢丽蓉(新疆大学电气工程学院830008)

【关键词】自动控制理论；教学改革；人才培养《自动控制理论》课程，对于电气信息类专业学生来讲其重要地位显而易见，但是，该课程数学计算和理论分析比重大，是本科生遇到的最抽象、难度最大的课程之一，加之未接触专业课，没有具体应用的物理模型，仅以数学模型为基线讲，学生往往会认为“自动控制理论”与专业无关而无学习兴趣，这是多年来，常规教学始终感到困惑的原因。如何讲授“强理论性”课程?使学生真正认识到学好理论，可获得对电气信息类多门专业课的理论支撑，从而重视这门课，是教学改革的主要目的。新疆大学电气工程学院自治区精品课程《自动控制理论》建设课题组，对存在的问题进行了深入的分析与研究，从教学内容、方法及形式、教材建设、实践教学等方面进行了全方位、多层次的改革探索和实践，在教学质量和人才培养方面取得了显著效果。

1自动控制理论课程教学改革的实施、设想

1．1教学内容、方法及形式改革

(1)教学设计

近年来，不断更新观念，压缩精简陈旧过时的教学内容，加强现代理论及现代方法的内容。很好的解决了先修课程和后续课程的衔接问题，避免了内容的重复，进一步优化了课程体系。建立了一套适应性强的包括理论讲授、计算机辅助设计、实践教学和强化训练等方面在内的全方位教学新体系。

(2)教学方法

将课堂教学、实验教学、课程研讨、网络教学等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率、创造视觉的新感受、激发学生的学习兴趣和热情。把课堂讲授不仅作当是传播知识本身的载体，更是知识认知过程的载体。内容取材时，不仅体现课内知识点之间的内在联系，还体现课程群之间的相互关系。

(3)教学手段

在教学组织过程中，积极采用现代信息技术改进传统的教学手段，在多媒体教学、网络课程等方面做出了努力探索。

我们制作了《自动化概论》、《自动控制理论》电子教案和CAI课件，大部分班级采用多媒体课件授课，课件中丰富生动的图片资料，对抽象概念进行直观生动地描述，提高了学生学习控制理论的兴趣，使学生建立直观概念，加深对理论的理解，取得了较好的教学效果。

授课课件发布在精品课程网页上，可供学生课余预习、浏览、复习等。另外，教学大纲、授课计划、实验指导书、学习指导以及教材和参考文献均可通过网络方便查阅。在课程开始，即公布授课教师的信箱和电话号码等联系方式，密切授课教师与同学之间的联系，使学生有问题可及时获得老师的辅导答疑，也可通过网上答疑相互交流。打破班级与时间的束缚，在平行班级中实行听课和答疑共享。

(4)教学改革与教学研究

精简教材和教学内容，教学组定期进行集体备课，加大对该课程与前后各门课程之间的衔接的研究，避免内容上的重复，使其与其他相关课程融合为一个有机的整体。建设可用于大多数工科专业的《自动控制原理》平台课程。不断改进和完善本课程的新体系结构，充分体现其基础性、应用性、前沿性和系统性；配合新的教材和课程体系，研究并建立配套的新实验体系，强化自主性、设计性、综合性和创新性；以MATLAB软件为基础，构造开放式综合实验平台，将分析、设计、仿真、虚拟实验、模拟实验融为一体；开发先进的多媒体课件，将MATLAB平台和虚拟实验融入到教学过程中，使教学更为直观生动，更具趣味性和吸引力；完善精品课网站，完成课程辅助教材的修改和编写，各类题库建设、网络统计功能、远程教学管理系统、虚拟实验内容的扩展及网络版的开发等；使其真正成为学生自主学习、师生互动、双向交流的园地；教考分离，采用试题库出题，统一考试，流水阅卷，考后进行详细的试卷分析。

1．2辅助教材建设

《自动控制理论》具有理论深、难点多的特点，学生又有其自身的特点：随着高校招生扩大，学生生源质量发生了一定的变化，再加上新疆是少数民族地区，学生又有民族班、汉族班之分。建设小组编写出《自动控制理论学习指导》辅助教材和《自动控制理论实验指导》辅助教材，以此来改善课程的教学，以适应学生的实际需求，更好地使《自动控制理论》课程应用于实践。进一步完善课程的题库，实现教考分离，从根本上改变教考一体，质量无统一衡量标准的局面。

1．3实践教学改革

实践性教学环节是学生能力培养中的重要环节。工科学生除了要掌握一定的工程技术知识外，还要有较强的实际动手能力。

(1)改革实验课教学，建立体化实验教学体系

实验教学是《自动控制理论》课程的重要组成部分。通过实验，不仅能够培养学生分析问题和解决问题的能力，验证所学理论，而且对所学内容能够提出一些新的见解。通过实验，可以活跃学生的学术思想，全面提高学生的综合素质，为提高学生的创新能力打下坚实的基础。

为了适应教学改革的需要，我们在实验室建设方面的指导思想是：将传统的模拟实验与MTLAB环境下的仿真实验相结合，将基础理论验证类实验与自主型、综合型、设计型实验相结合，将基本实验与创新实验相结合，建立一个立体化的实验教学体系，从而满足不同阶段实践教学的需要，为激发学生的创新意识提供硬件平台。

由于实验课内容和形式的多元化，大大激发了学生做实验的主动性、积极性和创新性，学生可以通过预约或上网自主地开展多项实验，进行理论验证、性能分析和综合设计，对提高学生的实践能力和本课程的学习都起到了良好的作用。

课程组织形式与教师指导方法，对于教学大纲规定的必做实验，由任课教师和实验教师共同指导完成；对于设计性、综合性、创新性实验，学生自己利用课余时间完成，可以预约指导教师给予宏观上的指导。

考核内容与方法，对于教学大纲规定的必做实验，具体考核内容是：每个实验依据具体评分标准打分；为提高学生重视实践环节的程度，改革成绩考核方式，把学生的考试成绩和实验成绩加权平均后，一并计入课程总分。

(2)积极开展大学生科研实训活动、参与教师科研项目

引导学生积极参加新疆人学人学生科研实训项目，吸引有兴趣的学生参与教师的科研活动，培养学生严谨的科学态度、创新意识、创业和团队合作精神，提高学生初步的科学研究能力以及工程实践能力，培养学生获取知识及撰写论文的能力。

1．4自动控制理论专题授课方案

根据“自动控制理论”课程大纲的要求，在适当时候，以某一专题讲座的方式授课。将安种教材进行比较、处理、揉合，组织成各个专题，以高质量、高水平、高效率来达到最佳教学效果。由于专题授课具有综合性、整体性和探讨性，使其信息量得以加大，知识在综合和分析中得到延伸，既提升授课内容，使之浓缩为精华，又吸引了学生的注意力和参与兴趣。

1．5现代教育技术的应用

(1)开发研制了计算机辅助教学课件。教学课件以教材为蓝本，包含简明、清晰的授课讲义、重点、难点、例题演示、控制系统计算机仿真和控制系统分析计算等内容，既有课本内容的直接再现，又增加了很多有助于讲解理论和计算方法的表现手段。课件以计算机为载体，既可用于课堂教学，又可通过上网及安装于学院计算机中心的方式，供学生进行自学和课后复习使用，该教学课件获得新疆大学多媒体教学课件比赛一等奖。

自动控制理论的分析方法有很多图解法，如频域分析、根轨迹法等。利用计算机强大的计算能力和丰富的色彩，可轻而易举地准确绘制出清晰美观的画面。采用动画技术后，图形的来龙去脉可用动态演示。计算机的图形演示与教师的讲授相结合，使教学内容形象化、具体化和生动化，增进了学生的理解，提高了学生的学习兴趣。

(2)计算机仿真技术在实验教学中的应用，为实验教学带来了极大的方便。仿真实验具有建模方法简单、参数调整方便、结果可视性好等优点，克服了常规实验内容单调缺乏变化、元器件制约参数调整以及实验设备数量有限等不足。在教学中适当介绍并应用了MATLAB软件，并设计出计算机辅助实验教学软件包，提供一个方便易用的图形用户界砥，将MATLAB控制工具箱的相关功能集成一体，使不熟悉MATLAB的学生也可以利用其资源进行自动控制系统分析，是学生课后复习和做练习的好工具，该软件包获新疆大学教学成果三等奖。

(3)网络教学平台开发。网络教学能真正体现学生的主体作用。在网络中，学生可以利用网络的交互性、检索性等特点来选择自己需要的内容进行独立学习。课程建设小组从2003年开始设计建设“自动控制理论精品课程网站”，2005年初具规模，现已在校园网上正式运行，学生可以在任何时间进行自主学习，并且与教师在网上交流，探讨问题，在教学中发挥了积极作用。

1．6科学、有效的教学信息回馈

坚持在所有民、汉本科毕业班学生中，实施“《自动控制理论》课程的学习调查”制度。不定期进行的问卷共设十八个题目，包含了这门课是否易学、学习难点、学习方法、是否能学以致用等几个方面的内容，充分了解学生学习这门课的基本情况，为课程改革提供了必要的依据。

2结束语

新疆维吾尔自治区精品课程《自动控制理论》建设课题组，对自动控制理论课程的教学，从教学内容、方法及形式、教材建设、实践教学等方面进行了全方位、多层次的改革探索和实践，从而保证了教学质量和教学效果，同时在人才培养方面取得了显著效果。参考文献

［1］郑明方，自动控制理论课程的教学改革与实践［J］，江苏上业学院学报，2003．6：55-56．

［2］薛定宇，反馈控制系统设计与分析—MATLAB应用［M］，清华大学出版社，2000．6．

［3］蒋晓琴，左希庆，钱振华.高职自动控制原理课程改革与实施［J］.科技信息，2007.3:574-575.

［4］李军红，阳武娇，钟催林.自动控制原理课程教学改革的实践与探讨［J］.中国教育技术装备.2005.10:54-55.

收稿日期：2009-03-10