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關(guān)鍵詞：《自動控制原理》；教學(xué)改革；工程實踐能力

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）04-0141-02

一、引言

隨著科技的日新月異，自動控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展在社會各個領(lǐng)域已取得了豐碩成果。在控制技術(shù)需求的推動下，控制理論本身也取得了顯著進步。為了適應(yīng)新形式下的人才培養(yǎng)需求，更好地滿足我國新能源產(chǎn)業(yè)及電力行業(yè)的發(fā)展要求，石河子大學(xué)自開設(shè)電氣工程及其自動化專業(yè)以來，一直將《自動控制原理》課程設(shè)為該專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程。

《自動控制原理》是主要講述控制系統(tǒng)的一般原理和方法論的課程。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，能掌握自動控制方面的基本理論、基本知識和基本技能，以此為基礎(chǔ)培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決問題能力。培養(yǎng)學(xué)生從控制論的角度認識和理解系統(tǒng)問題，鞏固基本概念和原理、分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的技術(shù)和方法，鍛煉基本的實驗?zāi)芰Γ龠M學(xué)生養(yǎng)成理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)和實事求是的科學(xué)態(tài)度。

近年來，《自動控制原理》課程改革與實踐工作也在逐步完善中。通過教材改革、授課教師講課比賽、創(chuàng)建精品課程、多媒體課件大賽和開展雙語教學(xué)等多種實踐工作，不斷豐富教學(xué)手段，積累教學(xué)研究成果。本文立足于綜合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的思考和教學(xué)改革的必要性，深入解析了《自動控制原理》課程特性及教學(xué)過程中存在的若干關(guān)鍵問題，并結(jié)合筆者多年課程教學(xué)實踐與體會，提出了幾點課程教學(xué)改革舉措及展望。

二、課程特性及關(guān)鍵問題分析

1.課程特性分析。《自動控制原理》課程的首要特性是其涉及的理論知識較多，覆蓋的學(xué)科廣及信息量大。在課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生必須具備寬厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，熟練掌握如微積分變換、拉普拉斯變換、Z變換及矩陣運算等數(shù)學(xué)工具。此外，面向電氣工程及其自動化專業(yè)，尤其在建模階段，課程既涉及物理與化學(xué)的基礎(chǔ)知識，又涉及電氣、機械工程等專業(yè)學(xué)科知識。因此，要求學(xué)生有扎實的數(shù)學(xué)功底和靈活運用知識解決實際問題的能力。《自動控制原理》也是一門綜合性的課程，要求學(xué)生具有一定的自主設(shè)計控制系統(tǒng)的能力。其次，自動控制原理偏向于圖形分析法的應(yīng)用。課程大量使用圖形與計算相結(jié)合的方法，要求學(xué)生具有一定的繪圖能力，比如系統(tǒng)的動態(tài)連接框圖、根軌跡、奈奎斯特圖和伯德圖等。雖然圖形教學(xué)法具有直觀性與形象化的優(yōu)勢，但傳統(tǒng)板書教學(xué)耗時量較大，應(yīng)結(jié)合計算機和多媒體技術(shù)提升教學(xué)效率。最后，《自動控制原理》是一門實踐性很強的課程，其工程應(yīng)用背景濃烈，在教學(xué)過程中，必須堅持理論與實踐并重，將工程實例與理論教學(xué)緊密融合，拓展學(xué)生的工程實踐思維，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，這才是《自動控制原理》課程教學(xué)改革的側(cè)重點與落腳點。

2.課程教學(xué)存在的關(guān)鍵問題。鑒于上述課程特性分析，《自動控制原理》在教學(xué)方面存在一些亟需解決的問題。（1）《自動控制原理》課程理論性強，涉及面廣，尤其在數(shù)學(xué)應(yīng)用方面，抽象性強且計算復(fù)雜，教學(xué)困難。此外，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，新方法與新問題層出不窮，迫使理論的教與學(xué)必須緊跟時代的需求，不斷更新內(nèi)容。如何從大量的數(shù)學(xué)論證逐漸側(cè)重到工程應(yīng)用中，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計和科研工作是至關(guān)重要的。（2）《自動控制原理》課程理論教學(xué)與工程實踐很難完全同步。由于學(xué)生在課堂集中接觸的是理論知識，對事物的認知與分析能力有限，很難主動挖掘和聯(lián)系工程實際中存在的理論與應(yīng)用問題。此外，隨著控制理論自身的不斷完善，控制對象的范疇也不斷延伸，需要授課教師本身具有很高的專業(yè)素養(yǎng)。因此，理論知識與工程實踐的嚴重脫節(jié)會造成學(xué)生的積極性與主動性不強，嚴重情況下還會引起課程重要知識點吃不透、想不深的問題。因此，面對“時間緊、內(nèi)容多、理論難”的問題，傳統(tǒng)的教學(xué)方法與方式已經(jīng)完全不能滿足《自動控制原理》的教學(xué)要求。為了更好地解決教與學(xué)、理論學(xué)習(xí)與實驗實踐等問題，《自動控制原理》的教學(xué)改革與實踐措施必須不斷完善。

三、教學(xué)改革措施初探

筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗和課程總結(jié)，基于上述的課程特性分析及教學(xué)存在的關(guān)鍵問題，在如何優(yōu)化課程教學(xué)主線、凝練教學(xué)內(nèi)容、加強實踐環(huán)節(jié)等方面進行了改革初探。

1.注重概念，由淺入深，優(yōu)化教學(xué)主線。《自動控制原理》的授課內(nèi)容應(yīng)突出控制系統(tǒng)建模、分析與設(shè)計方法的講授，著重于分析與設(shè)計理論的重要概念和方法論。在教學(xué)過程中，重視知識點的推導(dǎo)思路，淡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，由淺入深地貫穿所有知識點。在滿足教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性的前提下，優(yōu)化教學(xué)主線，注重知識點彼此間的關(guān)系。

2.精練課程內(nèi)容，模塊化知識結(jié)構(gòu)，突顯教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性。考慮學(xué)生自身的專業(yè)水平、培養(yǎng)目標(biāo)及實踐平臺等因素，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)“自動控制理論”的知識結(jié)構(gòu)特性，課程主要劃分為三大模塊：數(shù)學(xué)建模、控制系統(tǒng)分析法和設(shè)計原理，其中數(shù)學(xué)建模是理論基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析是課程核心，系統(tǒng)設(shè)計是控制的最終目標(biāo)。在教學(xué)中必須突出知識的系統(tǒng)性，培養(yǎng)學(xué)生“模塊化”與“系統(tǒng)化”思維。

3.理論與實踐遞進式教學(xué)。為了培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)素養(yǎng)，必須加強理論知識和工程實際緊密結(jié)合，教學(xué)既要注重理論知識的傳授，又要結(jié)合一定的工程應(yīng)用實例，強調(diào)控制系統(tǒng)的物理內(nèi)涵與應(yīng)用背景，深化學(xué)生對控制理論的認知和理解，培養(yǎng)良好的系統(tǒng)化與工程化的思維方式。

4.積極開展開放性實驗，加強實踐環(huán)節(jié)，提高工程應(yīng)用能力。自“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”啟動以來，推動了教學(xué)改革的新。在教學(xué)過程中，充分利用工程分析的思維模式與手段，加強控制思想和工程背景的闡述。建立基于MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境的虛擬實驗?zāi)Ｊ剑黾泳C合性和設(shè)計性的實驗項目。此外，以科研和競賽為契機，提高實踐動手能力，利用大學(xué)生創(chuàng)新實驗室和開放式實驗教學(xué)平臺，積極鼓勵大學(xué)生參加課外科技競賽活動。通過與學(xué)生之間的溝通與探討，從理論與實踐、學(xué)習(xí)方法與科研態(tài)度、學(xué)習(xí)興趣與價值觀等方面全面提升學(xué)生的專業(yè)能力和科研素養(yǎng)。

四、結(jié)語

隨著社會的進步和科技的發(fā)展，專業(yè)知識的更新和能力提升必須與時俱進。因此，課程教學(xué)改革和實踐是勢在必行的。本文探討了面向應(yīng)用型本科的《自動控制原理》課程的教學(xué)改革問題。通過改革，使課程的教學(xué)內(nèi)容更符合專業(yè)的課程體系，教學(xué)方法和教學(xué)手段更突顯專業(yè)的系統(tǒng)性和創(chuàng)新性，從而提升教學(xué)質(zhì)量與效率，激發(fā)創(chuàng)新意識，提高解決工程實際問題的能力。

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Technological and Applied Undergraduate Education Reform on "Automatic Control Theory"

ZHAO Mi，LU Min，CEN Hong-lei

（Machinery and Electricity College of Shihezi University，Shihezi，Xinjiang 832003，China）