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摘要：“自动控制原理”是一门集理论性、实践性和应用性于一体的专业基础课，实验教学是该课程教学的重要组成部分。针对“自动控制原理”实验教学目前存在的主要问题，结合在教学中的实际经验，对实验教学进行了改革与探索，解决了目前该课程实验教学面临的主要困难，促进了学员学习“自动控制原理”课程的积极性，提高了学员的动手实践能力和创新能力。
关键词：自动控制原理；实验教学；教学法改革
作者简介：王柯（1983-），男，陕西西安人，空军工程大学防空反导学院，讲师；周延延（1976-），女，陕西西安人，空军工程大学防空反导学院，讲师。（陕西 西安 710051）
基金项目：本文系陕西省自然科学基金项目（项目编号：2012JM8020）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0140-01
“自动控制原理”课程是空军工程大学防空反导学院本科专业学生必修的一门重要的专业基础课，是一门集理论性、实践性和应用性于一体的课程。通过该课程的学习，学员应掌握自动控制系统分析和综合的基本方法，能够根据所学知识，分析与本专业相关的武器装备中控制系统的性能，能够运用所学知识分析和解决实际问题。
实验教学是保证该课程教学效果的重要部分。实验教学内容必须紧随学科前沿，教学手段必须激发学员对实验的兴趣，教学模式必须启发学生的研究性思维。本文结合笔者近年来的实际教学情况，就“自动控制原理”实验教学目前存在的主要问题和改革方法进行了探索。
一、目前存在的主要问题
1.实验内容多，实验学时少
“自动控制原理”课程内容包含经典控制理论和现代控制理论两部分，内容丰富，理论性强。而根据课程标准学时安排实验学时则会不到理论学时的10%，存在严重的实验内容多、学时少的矛盾，导致实验课时紧张，教学效果必定也会受到影响，造成学员逐渐失去兴趣进而放弃的后果。而如果为了保障实验时间，缩减每学时的教学内容，必定会影响到学员对部分教学内容的掌握。因此，造成了一种难以取舍的现状。
2.验证性实验多，综合设计性实验少
目前大多数高校都是采用自动控制原理实验箱和计算机进行教学，学员只需要按照实验指导书的操作步骤连接电路或者通过计算机仿真软件MATLAB/Simulink建立系统仿真模型，最后通过示波器观察实验结果，这类实验项目要占到实验课时的80%左右。这样方便、高效，可以快捷地观测到实验结果。但是过多的验证性实验影响了学生的实验积极性和创造性，不利于培养学员的综合素质和创新能力。
3.教学方法单调，实验考核不科学
传统的实验教学中基本都是先由学员预习实验指导书，然后由教员向学员讲述实验的目的、原理、实验材料和仪器等相关内容，学员再按照教员的讲解按部就班的进行操作完成实验，写出实验报告。最终的实验成绩主要依赖于学员实验报告书写的工整性和内容的完整程度来决定，该成绩评定方式存在一定的随意性，影响了学员学习的积极性，导致学员学习兴趣不高，达不到好的学习效果，不利于培养学员分析问题和解决问题的能力。
二、教学改革与探索
对于“自动控制原理”课程的实验教学改革而言，改革的重点须放在如何提高学员创新思维能力和工程实践能力的培养上。在教学过程中重视学员在教学活动中的主体地位；在行动上注重学员独立思维能力、创新意识和团队协作能力的培养，充分调动学员学习的主动性、积极性和创造性。[1]因此，在课程实验教学方面做了如下改革与探索：
1.基础性实验不限时，研究性实验多鼓励
随着控制科学技术的发展和计算机技术的应用，新的控制方法和控制手段也越来越多，“自动控制原理”课程实验内容多、学时少的矛盾越来越突出。为了解决这一矛盾，根据各专业特点以及对自动控制原理知识的需求来确定对实验内容的取舍，精简课堂实验内容，增加课外研究实验。在教学计划外的时间，对所有学员以预约的方式开放实验室，学员可以根据自己的需要和兴趣，在实验室求证课本知识，或者自选相关的实验项目进行设计和实验，这一举措不但培养了学员的自主学习能力，发挥了学员的个性与特长，还提高了专业仪器设备的利用率。对于特别突出的学员，还可被吸收到科研课题组，参与部分科研项目工作，为学员创造了更大的能力提升空间。
2.增加综合设计性实验和先进控制理论演示实验
综合设计性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验，根据给定的实验目的和实验条件，设计实验方案、拟定实验程序，加以实现并对结果进行分析处理的实验。[2]目的在于培养学员综合考虑问题、分析问题、解决问题的思维方式，使学员的实验与创新能力得到全面锻炼，体现了以人为本的教育思想。为此，一方面开发了两个代表性的综合设计性实验：磁悬浮控制系统的PID控制器设计实验，要求学员理解PID控制器的基本原理，掌握PID控制器的设计，完成参数整定与仿真；直线一级倒立摆频率响应控制实验，要求学员对系统的频率响应进行分析，设计频域法校正控制器及完成系统仿真。另一方面设置了几个先进控制理论演示实验，使学员可以了解自动控制技术的新技术、新方法，比如智能控制演示实验（仿人杂技机器人、足球机器人）、随动系统演示实验等。这两类实验不仅可以调动学员的学习积极性，活跃教学气氛，还可以得到较好的反响。
3.改变传统的实验教学方法
采用启发式教学，根据以往实际教学的经验，把实验中易出现问题的地方及如何解决问题的方法总结出来，[3]作为实验注意事项让学员在预习时提前学习，这样既可以减少大量学员同时请教员帮助，教员忙不过来的混乱场面，又可以启发学员积极思考问题、解决问题的思想，培养学员的实际动手能力。在实验过程中，要充分鼓励学员发挥自己的想象力，自己动手完成实验。在满足实验要求的前提下，还允许学员按自己的想法自主实验。比如“典型二阶系统的阶跃响应实验”，可以鼓励学员自己选择合适的参数，也可以得到二阶系统的几种工作状态，再将结果和实验指导书上的结果进行比较。 采用对比式教学，在理论教学的基础上，把软件仿真实验和硬件实验相结合。目前“自动控制原理”实验方式主要分为两类：一是通过MATLAB/Simulink软件仿真，进行系统的分析和设计；[4]二是通过硬件系统参数调整对系统进行分析和设计，两类实验都没有把硬件和软件相结合。为此，对于部分实验项目采用了从软件仿真实验到硬件实验这样一种对比式教学方法。如对于“频域法串联校正设计实验”，学员可以先通过Simulink软件仿真得到实验结果，再通过连接硬件电路得到硬件实验结果，最后把软件仿真和硬件实验结果对比分析，不仅能让学员发现不同环节实验中的问题，而且可以增强学员的学习兴趣，从控制工程的角度讲，也加深了学员整个控制系统的认识。
4.完善考核评价体系
考核虽然不是学习的最终目的，但是考核设定合理便可为提高教学水平与学生素质提供动力。为此，实施了多元化的考核方式，采用了实验结果、实验报告、平时成绩和创新内容综合的评价方式，实验结果和实验报告各占30%，平时成绩和创新内容各占20%。通过这四个方面的考核，使教员比较准确地掌握学员的实验操作能力、观察分析能力和创新思维能力，从而对每一位学员给出综合评定，受到学员的欢迎。
三、结束语
实验教学是“自动控制原理”理论教学的重要组成部分，是培养学生能力与素质的重要手段。要逐步构建以能力为核心、以学员为主体、以学员自我学习和训练为主的实践教学体系。针对“自动控制原理”课程实验目前存在的主要问题，从改革实验教学内容、教学模式、教学方法和完善实验考核评价体系等几方面进行了探讨，提出了对该课程实验教学进行改革的思路和办法。随着自动控制技术的飞速发展，不断探索新的教学理论、增加新的教学内容，把理论教学和实验教学真正的有机结合起来，培养出理论基础扎实、动手能力过硬、创新思维活跃的高素质学员。
参考文献：
[1]徐毅成，赵月飞.电类实验课程教学改革与实践[J].佳木斯教育学院学报，2011，（11）：117.
[2]徐皓.细胞生物学实验课程改革与创新人才培养[J].科技信息，2011，（34）：57-60.
[3]鄢圣茂，宋立忠.“自动控制原理”实验教学研究与实践[J].中国电力教育，2011，（27）：137-139.
[4]罗成汉，张富忠.MATLAB在自动控制原理教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010，（13）：57-59.
（责任编辑：孙晴）
关键词：自动控制原理；实验教学；教学法改革
作者简介：王柯（1983-），男，陕西西安人，空军工程大学防空反导学院，讲师；周延延（1976-），女，陕西西安人，空军工程大学防空反导学院，讲师。（陕西 西安 710051）
基金项目：本文系陕西省自然科学基金项目（项目编号：2012JM8020）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0140-01
“自动控制原理”课程是空军工程大学防空反导学院本科专业学生必修的一门重要的专业基础课，是一门集理论性、实践性和应用性于一体的课程。通过该课程的学习，学员应掌握自动控制系统分析和综合的基本方法，能够根据所学知识，分析与本专业相关的武器装备中控制系统的性能，能够运用所学知识分析和解决实际问题。
实验教学是保证该课程教学效果的重要部分。实验教学内容必须紧随学科前沿，教学手段必须激发学员对实验的兴趣，教学模式必须启发学生的研究性思维。本文结合笔者近年来的实际教学情况，就“自动控制原理”实验教学目前存在的主要问题和改革方法进行了探索。
一、目前存在的主要问题
1.实验内容多，实验学时少
“自动控制原理”课程内容包含经典控制理论和现代控制理论两部分，内容丰富，理论性强。而根据课程标准学时安排实验学时则会不到理论学时的10%，存在严重的实验内容多、学时少的矛盾，导致实验课时紧张，教学效果必定也会受到影响，造成学员逐渐失去兴趣进而放弃的后果。而如果为了保障实验时间，缩减每学时的教学内容，必定会影响到学员对部分教学内容的掌握。因此，造成了一种难以取舍的现状。
2.验证性实验多，综合设计性实验少
目前大多数高校都是采用自动控制原理实验箱和计算机进行教学，学员只需要按照实验指导书的操作步骤连接电路或者通过计算机仿真软件MATLAB/Simulink建立系统仿真模型，最后通过示波器观察实验结果，这类实验项目要占到实验课时的80%左右。这样方便、高效，可以快捷地观测到实验结果。但是过多的验证性实验影响了学生的实验积极性和创造性，不利于培养学员的综合素质和创新能力。
3.教学方法单调，实验考核不科学
传统的实验教学中基本都是先由学员预习实验指导书，然后由教员向学员讲述实验的目的、原理、实验材料和仪器等相关内容，学员再按照教员的讲解按部就班的进行操作完成实验，写出实验报告。最终的实验成绩主要依赖于学员实验报告书写的工整性和内容的完整程度来决定，该成绩评定方式存在一定的随意性，影响了学员学习的积极性，导致学员学习兴趣不高，达不到好的学习效果，不利于培养学员分析问题和解决问题的能力。
二、教学改革与探索
对于“自动控制原理”课程的实验教学改革而言，改革的重点须放在如何提高学员创新思维能力和工程实践能力的培养上。在教学过程中重视学员在教学活动中的主体地位；在行动上注重学员独立思维能力、创新意识和团队协作能力的培养，充分调动学员学习的主动性、积极性和创造性。[1]因此，在课程实验教学方面做了如下改革与探索：
1.基础性实验不限时，研究性实验多鼓励
随着控制科学技术的发展和计算机技术的应用，新的控制方法和控制手段也越来越多，“自动控制原理”课程实验内容多、学时少的矛盾越来越突出。为了解决这一矛盾，根据各专业特点以及对自动控制原理知识的需求来确定对实验内容的取舍，精简课堂实验内容，增加课外研究实验。在教学计划外的时间，对所有学员以预约的方式开放实验室，学员可以根据自己的需要和兴趣，在实验室求证课本知识，或者自选相关的实验项目进行设计和实验，这一举措不但培养了学员的自主学习能力，发挥了学员的个性与特长，还提高了专业仪器设备的利用率。对于特别突出的学员，还可被吸收到科研课题组，参与部分科研项目工作，为学员创造了更大的能力提升空间。
2.增加综合设计性实验和先进控制理论演示实验
综合设计性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验，根据给定的实验目的和实验条件，设计实验方案、拟定实验程序，加以实现并对结果进行分析处理的实验。[2]目的在于培养学员综合考虑问题、分析问题、解决问题的思维方式，使学员的实验与创新能力得到全面锻炼，体现了以人为本的教育思想。为此，一方面开发了两个代表性的综合设计性实验：磁悬浮控制系统的PID控制器设计实验，要求学员理解PID控制器的基本原理，掌握PID控制器的设计，完成参数整定与仿真；直线一级倒立摆频率响应控制实验，要求学员对系统的频率响应进行分析，设计频域法校正控制器及完成系统仿真。另一方面设置了几个先进控制理论演示实验，使学员可以了解自动控制技术的新技术、新方法，比如智能控制演示实验（仿人杂技机器人、足球机器人）、随动系统演示实验等。这两类实验不仅可以调动学员的学习积极性，活跃教学气氛，还可以得到较好的反响。
3.改变传统的实验教学方法
采用启发式教学，根据以往实际教学的经验，把实验中易出现问题的地方及如何解决问题的方法总结出来，[3]作为实验注意事项让学员在预习时提前学习，这样既可以减少大量学员同时请教员帮助，教员忙不过来的混乱场面，又可以启发学员积极思考问题、解决问题的思想，培养学员的实际动手能力。在实验过程中，要充分鼓励学员发挥自己的想象力，自己动手完成实验。在满足实验要求的前提下，还允许学员按自己的想法自主实验。比如“典型二阶系统的阶跃响应实验”，可以鼓励学员自己选择合适的参数，也可以得到二阶系统的几种工作状态，再将结果和实验指导书上的结果进行比较。 采用对比式教学，在理论教学的基础上，把软件仿真实验和硬件实验相结合。目前“自动控制原理”实验方式主要分为两类：一是通过MATLAB/Simulink软件仿真，进行系统的分析和设计；[4]二是通过硬件系统参数调整对系统进行分析和设计，两类实验都没有把硬件和软件相结合。为此，对于部分实验项目采用了从软件仿真实验到硬件实验这样一种对比式教学方法。如对于“频域法串联校正设计实验”，学员可以先通过Simulink软件仿真得到实验结果，再通过连接硬件电路得到硬件实验结果，最后把软件仿真和硬件实验结果对比分析，不仅能让学员发现不同环节实验中的问题，而且可以增强学员的学习兴趣，从控制工程的角度讲，也加深了学员整个控制系统的认识。
4.完善考核评价体系
考核虽然不是学习的最终目的，但是考核设定合理便可为提高教学水平与学生素质提供动力。为此，实施了多元化的考核方式，采用了实验结果、实验报告、平时成绩和创新内容综合的评价方式，实验结果和实验报告各占30%，平时成绩和创新内容各占20%。通过这四个方面的考核，使教员比较准确地掌握学员的实验操作能力、观察分析能力和创新思维能力，从而对每一位学员给出综合评定，受到学员的欢迎。
三、结束语
实验教学是“自动控制原理”理论教学的重要组成部分，是培养学生能力与素质的重要手段。要逐步构建以能力为核心、以学员为主体、以学员自我学习和训练为主的实践教学体系。针对“自动控制原理”课程实验目前存在的主要问题，从改革实验教学内容、教学模式、教学方法和完善实验考核评价体系等几方面进行了探讨，提出了对该课程实验教学进行改革的思路和办法。随着自动控制技术的飞速发展，不断探索新的教学理论、增加新的教学内容，把理论教学和实验教学真正的有机结合起来，培养出理论基础扎实、动手能力过硬、创新思维活跃的高素质学员。
参考文献：
[1]徐毅成，赵月飞.电类实验课程教学改革与实践[J].佳木斯教育学院学报，2011，（11）：117.
[2]徐皓.细胞生物学实验课程改革与创新人才培养[J].科技信息，2011，（34）：57-60.
[3]鄢圣茂，宋立忠.“自动控制原理”实验教学研究与实践[J].中国电力教育，2011，（27）：137-139.
[4]罗成汉，张富忠.MATLAB在自动控制原理教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010，（13）：57-59.
（责任编辑：孙晴）