论文部分内容阅读
摘要：针对自动控制原理课程教学改革的问题，以培养学生现代工程素质为目的，从师资队伍、教材建设、教学内容、教学方法、实验教学、考核方式六个方面进行了研究与探索，叙述了教学改革的成效并做出展望。
关键词：自动控制原理；教学改革；教学方法
作者简介：崔治（1982-），男，湖南益阳人，湖南城市学院通信与电子工程学院，讲师，湖南大学电气与信息工程学院硕士研究生，（湖南 长沙 410000）；肖卫初（1974-），男，湖南涟源人，湖南城市学院通信与电子工程学院信息工程教研室主任，副教授。（湖南 益阳 413000）
基金项目：本文系湖南省普通高等学校教学改革研究项目（项目编号：湘教通[2010]243号341）、湖南城市学院教学改革研究项目（项目编号：湘城院发[2009]61号16）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0200-02
自动控制原理是电气信息及自动化领域分析问题、解决问题的理论基础，它的应用贯穿了上述领域的各个方面，是电气信息及自动化类专业的重要专业课程。它不但是计算机控制技术、现代控制理论等后续本科课程的基础，也是智能控制、线性系统理论等研究生课程的基础。[1]鉴于此，国内许多高校对自动控制原理课程的教学研究都相当重视。作为湖南城市学院通信与电子工程学院自动控制原理教学研究团队，在充分了解各相关院校自动控制原理课程的教学情况及发展趋势，并总结我们过去教学经验的基础上，对该课程的教学进行了改革和创新，从培养目标到教学计划，从师资队伍建设到教材建设，从理论教学到实验实践等方面进行了较全面的探索，取得了良好的成效。
一、课程特点与教学改革的必要性
自动控制原理主要研究控制系统的一般规律，涉及到系统模型的建立、系统分析与设计的相关理论。由于自动控制原理中存在大量的严格证明和繁琐的数学运算，容易掩盖它的工程背景，在课程讲授过程中，若不注重教学方法和手段的改革，会使学生误认为自动控制原理就是数学问题，而与工程实践关系不大。
自动控制原理课程的另一个特点是它涉及的知识面较广。在对控制系统进行建模与分析时既要具备物理知识，又要掌握电路、电工学等理论。另外，高等数学中的微积分、复变函数、线性代数等知识始终贯穿全课程，因此牢固的数学功底也是必不可少的。自动控制原理课程的特点之三是它所包含的图形多。比如控制系统工作原理图、时域输出响应图、根轨迹图、极坐标图和对数坐标图等。图形可使教学更加直观形象，但也给学习带来一定的难度。
鉴于自动控制原理课程的这些特点，如果仍采用传统教学方法进行教学，将难以达到应有的教学效果。因此，为了使学生更好地掌握自动控制原理的基本知识，培养学生的现代工程素质，解决理论教学与实践教学等方面的问题，必须进行自动控制原理课程的教学改革与实践。
二、教学改革与实践
针对自动控制原理课程的教学与实践，湖南城市学院通信与电子工程学院开展了一系列教学改革活动，主要内容有：湖南省教改项目“地方本科院校电子信息类专业学生实践能力培养体系的研究与实践”、湖南城市学院教改项目“地方本科院校电气信息及自动化类专业自动控制技术课程建设的改革与研究”和湖南省教改项目“地方本科院校电子信息类专业学生实践教学环节改革及教学效果评价体系构建研究”。现将这些研究工作叙述如下。
1.建设高素质的教研团队
教师队伍建设是课程建设的一个重要方面。具体而微，这支队伍应以一位课程体系的创立者作为课程建设的领军人，同时也应有一批具备不同教学风格的教师作为补充力量。课程负责人是课程建设的核心，他应具备高尚的道德品质，较高的理论素养和大局观念，有较强的组织协调沟通能力。有这样的核心，团队才会有凝聚力，才能把每位教师的积极性、主動性、创造性发挥出来，形成一种团结向上的氛围。[2]我院自动控制原理教学研究团队现有教师6 人，其中教授1人，副教授3 人，讲师2 人，博士2人，分别来自武汉大学、中南大学等著名高校，师资结构合理。随着课程建设与教学改革的不断深化，团队中已形成了一种团结合作、互帮互助的氛围，在培养学生综合创新能力方面取得了良好的教学效果。
2.编写特色鲜明的教材
教材作为保证和提高教学质量的基础，作为体现教学内容和教学方法的载体，[3]在学生现代工程素质培养过程中的作用是极为重要的。而教材改革是由该学科内容的高度抽象性、逻辑性和系统性以及所要求的基础知识的广博性所决定的。在教材建设方面，我们始终坚持教材应反映学科前沿动态及理论联系实际的指导思想，在夯实基础的前提下，强调工程方法的应用。目前，由教研团队中邓曙光教授担任副主编的普通高校电气信息类规划教材《自动控制原理》已由湖南大学出版社出版。该教材从基本原理、基础知识出发，由浅入深、循序渐进的对自动控制原理进行了分析讲解，前后章节内容联系紧密，语言简洁，逻辑严谨，易于理解和接受，学生反响良好。此外，我们还自行编写了配套实验教程并已在五届学生中使用。
3.大力优化教学内容
教学内容的优化，是教学改革的重要组成部分。根据社会对现代工程人才提出的新要求，我们对原有的培养目标和教学计划进行了修订，将自动控制原理课程总学时由原来的80学时缩减为64学时。教学学时缩减了，课程内容则必须进行更新、充实和调整。
考虑到自动控制原理侧重于控制理论在工程实际中的应用，因此在的教学过程中，应注重对基本概念、基本理论和基本方法的阐述，使学生在头脑中形成一定的工程应用概念。在举例说明时，尽量选用实际控制系统的范例，这样能使学生有效理解一般系统的控制规律，掌握控制系统的有关概念。在讲述控制系统数学建模中的信号流图，求解系统输出响应中的拉普拉斯变换变换等内容时，由于这部分内容与电气信息类专业的另一门课程——信号与系统中的内容重复，因此可将其简单处理；在理解自动控制系统一般概念的基础上，将有限的学时重点分配给系统动态响应分析和稳定性分析、根轨迹法、频率响应法，以及系统的校正与设计等内容。此外，状态空间法与离散系统分别是现代控制理论和计算机控制技术的重点讲授内容，因此在自动控制原理的教学中对这部分也可做次要处理。
在教学研究的过程中，教研团队全体成员一致认为，本课程教学的目的不仅在于使学生掌握基础知识，更重要的是通过该课程的学习，培养学生的应用能力和创新能力。我们认为，自动控制原理中的基本概念和分析问题的基本方法必须牢固掌握；一些定理的证明则不必追求数学上的严密性，只需给出简要的解释或说明，重点强调结论的正确性，使学生明白怎样把所学理论应用到工程实践中去。
4.改革教学方法与手段
课堂教学是传授知识的主要途径，如何利用好课堂几十分钟的时间，使学生充分掌握知识，是影响教学质量的关键因素。随着教学改革的不断深化，我院自动控制原理的课堂教学已由传统的讲授式发展为启发式、驱动式教学和专题讲座相结合的方法。在以启发式教学为主的课堂上，教师由“领路人”变为“指路人”，引导学生积极主动的思考问题，逐步培养他们的自学能力和创新意识。采用驱动式教学方法时，教师会在讲授每节课之前给学生布置预习题，要求学生复习下节课所需的一些基础知识，熟悉将要学习的主要内容及其应用范围，归纳出难点，这样可以让学生带着问题来听课，教学质量和效率得以明显提高。同时，每学期我院都会组织教师结合自己的科研项目为学生做系列专题讲座，使学生明白理论该怎样应用到实际中，了解它和我国现代化建设是怎样联系到一起的，让学生感受到理论的魅力，深刻理解学以致用的意义，在分析问题、解决问题的过程中，达到培养学生工程素质的目的。
由于自动控制原理内容较为抽象，难以针对实物进行分析说明，因此，在教学时我们将多媒体引入课堂。比如，在讲授系统建模时，用FLASH形式将各种控制系统清晰的展示给学生，不仅使学生加深对基本概念的理解，弄清控制系统各环节的工作机理，还能加强学生对整个控制过程的认知。此外，我们还将MATLAB软件引入教学中。比如，在讲授时域响应、根轨迹法和频率域方法时，必须通过图形的状态及变化情况来分析系统的性能。手工计算和绘制非常麻烦，且误差很大。引入MATLAB后，只需简单的命令就可以快速而准确的地绘制不同系统的响应曲线、根轨迹图、频率特性曲线，增强了课程的直观性，为教学带来了极大的方便。
5.改革实验教学
实验教学不仅是对理论知识的验证，还是培养学生工程素质的重要手段。我院自动控制原理实验共有16学时，根据课程特点，我们充分利用资源，在验证性实验的基础上增加综合性实验，并适当开设了设计性实验。综合性实验是在学生掌握了本课程验证性实验的基础上进行的，比如纯滞后数字控制器设计、二级倒立摆控制系统等，这些实验使学生更注重思维能力的培养；设计性实验要求学生将所学的电子技术、传感器技术、自动控制原理、计算机仿真等知识综合到一起，独立设计实验方案并独立完成，是整个实验教学体系的提高部分。通过这些措施，使学生巩固了对理论知识的理解，并将理论与工程实际紧密联系到了一起。
6.改革考核方式
由于传统的试卷考核方式的局限性和学生的应试心理，容易使学生养成重理论，轻实践的错误学习习惯。[4]为了推行素质教育，坚持以人为本的原则，我们对自动控制原理课程的考核方式进行了改革，不仅提高了实验实践成绩所占的比重，更引入小论文与课程设计，变单一的期末考试为灵活多样的“考试+课程设计+小论文”形式。实践表明，考核方式的改革，对培养学生的自主能力和创新能力极具现实意义。
三、教学改革的成效
作為湖南城市学院通信与电子工程学院一门重要专业课程的自动控制原理，要面向三个专业的学生进行授课，教学工作量大，任务繁重，并且该课程教学质量的好坏与学生的就业前景息息相关。在教研团队全体成员的共同努力与无私奉献下，我院自动控制原理教研团队中邓曙光、肖卫初、崔治三位教师完成的“电子信息应用型人才现代工程素质与实践能力培养的研究与实践”获2010年度校级教学成果一等奖。通过数年的教学改革和实践，我院学生的创新意识和能力有了显著提高，学生积极参加全国大学生电子设计竞赛等各种科技活动，并取得了不俗的成绩；毕业生的就业率一直保持在90%以上，专业能力得到用人单位的一致好评。
四、结束语
自动控制原理是电气信息及自动化类专业的一门重要课程，在对这门课进行教学改革与创新的过程中我们取得了一定的成果，但也存在诸如学生学习积极性、实验室条件等方面的制约因素，特别是开展双语教学的问题值得我们深入研究。随着社会的进步，知识体系的更新，教学方法也将与时俱进。只有坚持科学发展，坚持理论与实践相结合，坚持以培养学生现代工程素质为目标，才能进一步提高教学质量，将自动控制原理的教学改革推上新的台阶。
参考文献：
[1]周武能,石红瑞.自动控制原理教学改革与实践[J].教学研究,2010,(1).
[2]李昌春,韩力,左为恒.自动控制原理课程建设的体会与思考[J].电气电子教学学报,2010,(2).
[3]张贞艳,刘美侠.“自动控制原理”课程教学改革实践[J].中国电力教育,2010,(7).
[4]章云,等.“自动控制原理”课程建设[J].广东工业大学学报(社会科学版),2008,(7).
（责任责任：麻剑飞）
关键词：自动控制原理；教学改革；教学方法
作者简介：崔治（1982-），男，湖南益阳人，湖南城市学院通信与电子工程学院，讲师，湖南大学电气与信息工程学院硕士研究生，（湖南 长沙 410000）；肖卫初（1974-），男，湖南涟源人，湖南城市学院通信与电子工程学院信息工程教研室主任，副教授。（湖南 益阳 413000）
基金项目：本文系湖南省普通高等学校教学改革研究项目（项目编号：湘教通[2010]243号341）、湖南城市学院教学改革研究项目（项目编号：湘城院发[2009]61号16）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0200-02
自动控制原理是电气信息及自动化领域分析问题、解决问题的理论基础，它的应用贯穿了上述领域的各个方面，是电气信息及自动化类专业的重要专业课程。它不但是计算机控制技术、现代控制理论等后续本科课程的基础，也是智能控制、线性系统理论等研究生课程的基础。[1]鉴于此，国内许多高校对自动控制原理课程的教学研究都相当重视。作为湖南城市学院通信与电子工程学院自动控制原理教学研究团队，在充分了解各相关院校自动控制原理课程的教学情况及发展趋势，并总结我们过去教学经验的基础上，对该课程的教学进行了改革和创新，从培养目标到教学计划，从师资队伍建设到教材建设，从理论教学到实验实践等方面进行了较全面的探索，取得了良好的成效。
一、课程特点与教学改革的必要性
自动控制原理主要研究控制系统的一般规律，涉及到系统模型的建立、系统分析与设计的相关理论。由于自动控制原理中存在大量的严格证明和繁琐的数学运算，容易掩盖它的工程背景，在课程讲授过程中，若不注重教学方法和手段的改革，会使学生误认为自动控制原理就是数学问题，而与工程实践关系不大。
自动控制原理课程的另一个特点是它涉及的知识面较广。在对控制系统进行建模与分析时既要具备物理知识，又要掌握电路、电工学等理论。另外，高等数学中的微积分、复变函数、线性代数等知识始终贯穿全课程，因此牢固的数学功底也是必不可少的。自动控制原理课程的特点之三是它所包含的图形多。比如控制系统工作原理图、时域输出响应图、根轨迹图、极坐标图和对数坐标图等。图形可使教学更加直观形象，但也给学习带来一定的难度。
鉴于自动控制原理课程的这些特点，如果仍采用传统教学方法进行教学，将难以达到应有的教学效果。因此，为了使学生更好地掌握自动控制原理的基本知识，培养学生的现代工程素质，解决理论教学与实践教学等方面的问题，必须进行自动控制原理课程的教学改革与实践。
二、教学改革与实践
针对自动控制原理课程的教学与实践，湖南城市学院通信与电子工程学院开展了一系列教学改革活动，主要内容有：湖南省教改项目“地方本科院校电子信息类专业学生实践能力培养体系的研究与实践”、湖南城市学院教改项目“地方本科院校电气信息及自动化类专业自动控制技术课程建设的改革与研究”和湖南省教改项目“地方本科院校电子信息类专业学生实践教学环节改革及教学效果评价体系构建研究”。现将这些研究工作叙述如下。
1.建设高素质的教研团队
教师队伍建设是课程建设的一个重要方面。具体而微，这支队伍应以一位课程体系的创立者作为课程建设的领军人，同时也应有一批具备不同教学风格的教师作为补充力量。课程负责人是课程建设的核心，他应具备高尚的道德品质，较高的理论素养和大局观念，有较强的组织协调沟通能力。有这样的核心，团队才会有凝聚力，才能把每位教师的积极性、主動性、创造性发挥出来，形成一种团结向上的氛围。[2]我院自动控制原理教学研究团队现有教师6 人，其中教授1人，副教授3 人，讲师2 人，博士2人，分别来自武汉大学、中南大学等著名高校，师资结构合理。随着课程建设与教学改革的不断深化，团队中已形成了一种团结合作、互帮互助的氛围，在培养学生综合创新能力方面取得了良好的教学效果。
2.编写特色鲜明的教材
教材作为保证和提高教学质量的基础，作为体现教学内容和教学方法的载体，[3]在学生现代工程素质培养过程中的作用是极为重要的。而教材改革是由该学科内容的高度抽象性、逻辑性和系统性以及所要求的基础知识的广博性所决定的。在教材建设方面，我们始终坚持教材应反映学科前沿动态及理论联系实际的指导思想，在夯实基础的前提下，强调工程方法的应用。目前，由教研团队中邓曙光教授担任副主编的普通高校电气信息类规划教材《自动控制原理》已由湖南大学出版社出版。该教材从基本原理、基础知识出发，由浅入深、循序渐进的对自动控制原理进行了分析讲解，前后章节内容联系紧密，语言简洁，逻辑严谨，易于理解和接受，学生反响良好。此外，我们还自行编写了配套实验教程并已在五届学生中使用。
3.大力优化教学内容
教学内容的优化，是教学改革的重要组成部分。根据社会对现代工程人才提出的新要求，我们对原有的培养目标和教学计划进行了修订，将自动控制原理课程总学时由原来的80学时缩减为64学时。教学学时缩减了，课程内容则必须进行更新、充实和调整。
考虑到自动控制原理侧重于控制理论在工程实际中的应用，因此在的教学过程中，应注重对基本概念、基本理论和基本方法的阐述，使学生在头脑中形成一定的工程应用概念。在举例说明时，尽量选用实际控制系统的范例，这样能使学生有效理解一般系统的控制规律，掌握控制系统的有关概念。在讲述控制系统数学建模中的信号流图，求解系统输出响应中的拉普拉斯变换变换等内容时，由于这部分内容与电气信息类专业的另一门课程——信号与系统中的内容重复，因此可将其简单处理；在理解自动控制系统一般概念的基础上，将有限的学时重点分配给系统动态响应分析和稳定性分析、根轨迹法、频率响应法，以及系统的校正与设计等内容。此外，状态空间法与离散系统分别是现代控制理论和计算机控制技术的重点讲授内容，因此在自动控制原理的教学中对这部分也可做次要处理。
在教学研究的过程中，教研团队全体成员一致认为，本课程教学的目的不仅在于使学生掌握基础知识，更重要的是通过该课程的学习，培养学生的应用能力和创新能力。我们认为，自动控制原理中的基本概念和分析问题的基本方法必须牢固掌握；一些定理的证明则不必追求数学上的严密性，只需给出简要的解释或说明，重点强调结论的正确性，使学生明白怎样把所学理论应用到工程实践中去。
4.改革教学方法与手段
课堂教学是传授知识的主要途径，如何利用好课堂几十分钟的时间，使学生充分掌握知识，是影响教学质量的关键因素。随着教学改革的不断深化，我院自动控制原理的课堂教学已由传统的讲授式发展为启发式、驱动式教学和专题讲座相结合的方法。在以启发式教学为主的课堂上，教师由“领路人”变为“指路人”，引导学生积极主动的思考问题，逐步培养他们的自学能力和创新意识。采用驱动式教学方法时，教师会在讲授每节课之前给学生布置预习题，要求学生复习下节课所需的一些基础知识，熟悉将要学习的主要内容及其应用范围，归纳出难点，这样可以让学生带着问题来听课，教学质量和效率得以明显提高。同时，每学期我院都会组织教师结合自己的科研项目为学生做系列专题讲座，使学生明白理论该怎样应用到实际中，了解它和我国现代化建设是怎样联系到一起的，让学生感受到理论的魅力，深刻理解学以致用的意义，在分析问题、解决问题的过程中，达到培养学生工程素质的目的。
由于自动控制原理内容较为抽象，难以针对实物进行分析说明，因此，在教学时我们将多媒体引入课堂。比如，在讲授系统建模时，用FLASH形式将各种控制系统清晰的展示给学生，不仅使学生加深对基本概念的理解，弄清控制系统各环节的工作机理，还能加强学生对整个控制过程的认知。此外，我们还将MATLAB软件引入教学中。比如，在讲授时域响应、根轨迹法和频率域方法时，必须通过图形的状态及变化情况来分析系统的性能。手工计算和绘制非常麻烦，且误差很大。引入MATLAB后，只需简单的命令就可以快速而准确的地绘制不同系统的响应曲线、根轨迹图、频率特性曲线，增强了课程的直观性，为教学带来了极大的方便。
5.改革实验教学
实验教学不仅是对理论知识的验证，还是培养学生工程素质的重要手段。我院自动控制原理实验共有16学时，根据课程特点，我们充分利用资源，在验证性实验的基础上增加综合性实验，并适当开设了设计性实验。综合性实验是在学生掌握了本课程验证性实验的基础上进行的，比如纯滞后数字控制器设计、二级倒立摆控制系统等，这些实验使学生更注重思维能力的培养；设计性实验要求学生将所学的电子技术、传感器技术、自动控制原理、计算机仿真等知识综合到一起，独立设计实验方案并独立完成，是整个实验教学体系的提高部分。通过这些措施，使学生巩固了对理论知识的理解，并将理论与工程实际紧密联系到了一起。
6.改革考核方式
由于传统的试卷考核方式的局限性和学生的应试心理，容易使学生养成重理论，轻实践的错误学习习惯。[4]为了推行素质教育，坚持以人为本的原则，我们对自动控制原理课程的考核方式进行了改革，不仅提高了实验实践成绩所占的比重，更引入小论文与课程设计，变单一的期末考试为灵活多样的“考试+课程设计+小论文”形式。实践表明，考核方式的改革，对培养学生的自主能力和创新能力极具现实意义。
三、教学改革的成效
作為湖南城市学院通信与电子工程学院一门重要专业课程的自动控制原理，要面向三个专业的学生进行授课，教学工作量大，任务繁重，并且该课程教学质量的好坏与学生的就业前景息息相关。在教研团队全体成员的共同努力与无私奉献下，我院自动控制原理教研团队中邓曙光、肖卫初、崔治三位教师完成的“电子信息应用型人才现代工程素质与实践能力培养的研究与实践”获2010年度校级教学成果一等奖。通过数年的教学改革和实践，我院学生的创新意识和能力有了显著提高，学生积极参加全国大学生电子设计竞赛等各种科技活动，并取得了不俗的成绩；毕业生的就业率一直保持在90%以上，专业能力得到用人单位的一致好评。
四、结束语
自动控制原理是电气信息及自动化类专业的一门重要课程，在对这门课进行教学改革与创新的过程中我们取得了一定的成果，但也存在诸如学生学习积极性、实验室条件等方面的制约因素，特别是开展双语教学的问题值得我们深入研究。随着社会的进步，知识体系的更新，教学方法也将与时俱进。只有坚持科学发展，坚持理论与实践相结合，坚持以培养学生现代工程素质为目标，才能进一步提高教学质量，将自动控制原理的教学改革推上新的台阶。
参考文献：
[1]周武能,石红瑞.自动控制原理教学改革与实践[J].教学研究,2010,(1).
[2]李昌春,韩力,左为恒.自动控制原理课程建设的体会与思考[J].电气电子教学学报,2010,(2).
[3]张贞艳,刘美侠.“自动控制原理”课程教学改革实践[J].中国电力教育,2010,(7).
[4]章云,等.“自动控制原理”课程建设[J].广东工业大学学报(社会科学版),2008,(7).
（责任责任：麻剑飞）