自动控制原理卓越课程全方位教学改革探讨
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摘 要 为了切实提高学生的知识应用能力和科研素养，以自动控制原理课程为突破点，展开卓越课程全方位教学改革体会与实践，创建以学生为主体，集立体式理论教学体系与多层次实验教学体系为一体的全方位教学平台。这种教学改革模式能有效突出教学重点，增强学生的动手能力，提高教学质量，实现自动控制原理的卓越课程建设。
关键词 自动控制原理;教学改革;实验教学体系;卓越课程;MATLAB
Abstract In order to stimulate enthusiasm and enhance the applica-tion ability of knowledge and scientific literacy， this paper mainly introduces the experience and practice of comprehensive education reform for automatic control theory， and establishes a set of student-oriented normalized dynamic teaching platform with stereo theory teaching system and multilevel experiment teaching system. The practice indicates that these reform patterns can effectively highlight key teaching points， strengthen the practice ability， and achieve the excellent course construction for automatic control theory.
Key words automatic control theory; teaching reform; experiment teaching system; excellent course; MATLAB
1 引言
随着卓越工程师教育培养计划在国内高校的全面推行，高等教育逐步由研究型向应用型转变。在高等教育转型过程中，学生的专业实践能力和创新能力成为衡量教育水平的一个重要指标。此外，自《中国制造2025》颁布以来，智能制造的地位凸显出来，国内外研究焦点集中于智能化自动控制系统，这就意味着相关研究领域急需精通自动控制技术的专才。因此，为满足复合型人才的培养以及现代化教学的需求，自动控制原理课程改革亦必须不断完善，更好地适应科技和社会发展需求。
自动控制原理作为一门技术科学，主要研究自动控制系统的一般规律，涉及系统模型建立、系统分析和系统设计的基本理论和相关技术。在教学过程中，由于其理论性很强，且具有烦琐的数学计算和复杂的绘图理论，学生很难掌握课程精髓。因此，为达到理想的教学效果，必须不断优化课程体系，完善教学方法，丰富教学手段。为了实现卓越课程建设，本文构建自动控制原理课程的全方位教学改革体系，旨在使学生能够掌握基础知识，追踪科技前沿，开发创新思维，更好地服务社会。
2 立体式理论教学体系
随着理论知识的不断更新与教学方式的不断创新，传统单一的教学模式和体系结构已远远不能满足科技进步和时代发展。为了满足复合型人才的培训需求，自动控制原理的教学要坚持理论与实践并重。针对本课程特色，本文提出多层次立体化的教学体系结构，对理论教学与实验教学改革进行深入探索。图1所示是立体式理论教学体系结构。
系统化课程内容 伴随科技的日新月异，新的控制方法和控制手段亦越来越多。为了迎合本科专业培养目标和特色，必须不断整合新内容与教学成果，运用系统化的教学思想，构建课程的知识体系，保证课程内容的先进性与系统性。此外，必须加强应用工程实例的介绍，启发学生将理论与实际相结合，深化学生对知识体系的认知和全局观念的培养，从而提升相应的工程实践能力。
多元化教学方法 在教学过程中，根据課程内容和学生实际情况，精心设计教学过程，综合运用多元化教学方法是培养学生创新能力的关键。如在讲解核心内容和概念时，可采用专题研讨式，揭露研究热点和知识的应用情况，拓宽学习思路。利用问题探究式方法有助于激发学生的探索意识，针对研究内容，学生自主思考存在的问题，并提出解决方案，锤炼学生的独立思考和逻辑推理能力。此外，在处理两个或多个相似性概念或问题时，采用关联对比式教学方法，强化对知识的理解和记忆。
多样化教学手段 自动控制原理课程具有较多学生难以理解和掌握的抽象性内容，必须运用信息技术手段帮助学生清晰全面地把握课程内容。利用音频、视频和动画等多媒体技术将相关课程内容制成优秀的多媒体课件，形象生动地体现与课程内容相关的基本概念和理论。在讲解图形绘制和系统分析时，利用MATLAB软件辅助完成部分教学内容，提高课堂效率。此外，网络交互式辅助教学也是对传统教学的有益补充。构建网络课程互动平台，通过视频微课、习题试题库和网上答疑等共享资源库，为教师和学生建立一个不受地域与时间限制的交流平台。
多角度科研互促 在教学中讲授理论知识的同时，必须增加一些与科研结合的内容。通过课程设计、科技竞赛和第二课堂等科技活动，培养学生的动手能力，为科研活动的开展打好基础。选拔成绩优秀且科研兴趣浓厚的学生，参与教师的科研课题，提升专业能力。以科研促教学，将科研成果应用到教学实践中，提高教学质量，促进教学改革。
3 多层次实验教学体系
在实验教学过程中，为了满足不同层次的学生需求，充分锻炼和提升学生的实验操作技能，本文提出多层次实验教学体系，如图2所示。多层次的实验体系结构层层递进关联，在资源有限的前提下，更好地满足个性化教学需求，逐步实现“以学生为主体”的教学模式。 基础验证性实验 作为实验教学的基础，基础验证性实验主要锻炼学生的实际操作技能。在熟悉实验指导书的前提下，遵循实验指导书操作方法完成相应的实验过程，并通过分析实验结果对已学理论知识进行验证，从而加深对理论知识的理解。如在教学时域分析法时，设立典型环节时域分析、稳定性分析和校正实验等，使学生对控制系统及其分析方法有更为透彻的理解。
设计仿真性实验 基础验证性实验着重于理论知识点的验证，缺乏必要的设计环节，难以充分发挥学生的主观能动性。设计性实验则不同，除了对系统原理有清晰认识外，还要熟练掌握系统各个元件不同的设计方法。此外，该类实验仅仅提供实验目的、设备和性能要求，学生必须根据需求自行设计实验方案，并在MATLAB仿真软件或模拟试验箱上进行验证。
创新性实验 相较于设计性实验，创新性实验要求更高，只需提供某个实际需求或性能指标，学生自主设计自动控制系统，在实验过程中对建模方法、实验題目、实验设备、控制方式等不做任何限制。因此，不仅需要坚实的理论基础，还需要一定的工程经验。这类实验非常有利于加强学生的创新意识，并为培养高素质的工程应用人才提供了平台。
综合性实验 上述三种实验偏向于计算机仿真软件实现，而综合性实验更重视实物对象的研究。学生在综合利用书本知识的基础上，对自动控制系统进行整体分析和设计的实验，如PID控制器设计、直流电机调速系统设计和状态观测器实验等。可根据不同专业的工程应用背景，增设综合性实验，拓宽专业面，全面提升学生的工程实践能力。
4 结语
围绕高校教育转型这一背景，在自动控制原理课程建设中改革传统的教学观念、教学方法和教学手段，注重使用先进的教学方法，合理运用现代信息技术手段，推进课堂教学、实验教学等改革，将自动控制理论课程建设的各个环节融入创新教育，旨在培养学生的创新思维方式，提高学生的创新能力。实践证明，只有对课程教学不断革新，因材施教，牢牢把握学生观念思想的变化，才能进一步提高自动控制原理课程的教学质量，实现自动控制原理卓越课程的建设。
参考文献
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