“自动控制系统”精品课程建设与教学改革实践
来源:用户上传
作者: 冯高明
摘要：结合“自动控制系统”课程内容的特点，阐述在国家级精品课程建设中所使用到的现代教学理念、方式及手段，对建设精品课程中教材建设、教学方法建设、课程教学的预备和辅助工作建设三个方面进行了分析和探讨。为精品课程的建设总结了比较新颖的教学理念并提供了一种有效的教学模式。
关键词：课程建设；精品课程；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0014-02
河南理工大学（以下简称“我校”）的“自动控制系统”课程经过30多年的教学改革和发展，取得了突出成果，于2008年评为国家级精品课程。近几年来，本课程教学组在整合原有资源的基础上，在师资建设、教学手段、实践环节、考试方式等方面进行了改革和实践，进一步加强精品课程建设，获得了课程教师和学习该课程的学生的肯定和一致好评。
一、课程教材建设
教材的选取和教材建设是决定教学质量的关键因素之一，它直接影响着教学内容与学生知识结构的合理性与科学性。[1]
我校“自动控制系统”课程始于1972年，是国内较早开设该课程的高校之一。在教材的建设上共进行了6次修编和选取。随着电力电子技术、计算机技术的发展，交流电力拖动控制技术取得了突破性进展，一些先进的控制理论和方法在交流电力拖动系统中得以实现。从1996年起为适应国家教育部“面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的要求，将课程内容进行拓展，并结合我校与煤矿结合紧密的特点，增加交流调速控制学时，引入VC、DTC等先进控制策略的相关知识，以适应自动化专业人才培养的需要。2004年，根据我校特点的需要，再次对以往使用教材进行了修编，出版了“十五”国家级规划教材“自动控制系统”。根据课程发展的需要，今年再次对教材进行修订，进一步增加了交流调速内容在课程中的比重和课时。
二、教学方法建设
“自动控制系统”具有综合性强的特点，这门课程涉及的领域广泛，是电机学、电力拖动自动控制原理、微型计算机控制技术以及电力电子技术等多门课程的综合和升华，也是与工程实际接合非常紧密的一门专业课程。[2]在讲授课程的过程中，主要从以下几个方面着手：
1.培养学生的学习兴趣
“自动控制系统”课程是一门综合性和实践性很强的课程，培养学生对该课程的学习兴趣尤为重要。课程教学中始终贯穿课程内容的实用性是激发学生学习兴趣的关键所在。例如在课程开始就给学生先举一些很有吸引力的、多个领域的交直流调速系统应用实例，例如电力机车的启动、调速、停止过程和龙门刨床切削工件的过程，让学生直观形象地了解到本门课程在实际中的具体应用及重要地位，增加学生对电机调速系统的感性认识，通过这些例子用“调速”两个字来概括本课程的学习内容，让学生了解本课程的学习目的。然后从19世纪开始谈交直流的发展历史，比较交直流调速的优缺点进而让学生认识到交直流调速的发展趋势，使学生对本课程有一个宏观概念上的了解，清楚本课程的重要性，培养学生对本课程的学习兴趣。
2.鼓励学生自学、主讲，调动学生学习的积极性
课堂教学过程中，对于较难的章节可以以教师主讲形式进行，在本节课结束后，把本节课讲到的调速系统的缺点总结出来，提到下节课的调速方式可以解决存在的问题，让学生在课前自学，预先提醒下节课可以由学生来讲。在下节课时请学生来主讲，根据学生的理解，针对关键问题，回顾所学内容，对学习过的内容进行叙述，交流自己掌握的知识及学习体会。教师在听取学生讲课和回答问题的过程中，可以摸清学生对知识点的理解和掌握程度，对其中的错误概念和理解及时给予指导、纠正。在课程内容的讲授中，以控制方法作为主线，贯穿课程始终。按提出问题、分析问题、解决问题的方式，循序渐进、由浅入深地组织研讨型教学，充分调动学生的学习积极性。
3.精心选择教学内容，适当补充新的知识点
教学过程中应根据本课程的特点，使教学内容与该领域的先进技术同步，激发学生的学习兴趣。随着电力电子技术与自动控制技术的进步，应逐步增加交流调速的教学内容，减少直流调速的内容。其次，由于自动控制系统课程的讲授内容较多，要根据不同专业分配的课时合理选择讲授的内容，处理好教学内容和教学专业、教学课时之间的矛盾，做到由简入繁，重点突出。
另外还可以适当引入和教材理论相关的生产实践的例子。例如在交流调速部分很多教材只介绍变频器的算法，很少提及变频器的应用。作为以培养应用型人才为目标的本科院校，应在教学过程中适当介绍几种当前比较先进的变频器的参数设置和使用场合，如ABB、SIEMENS等的应用实例，有利于培养学生的解决实际问题能力。
4.适当使用多媒体教学
改革传统的“黑板+粉笔”的教学方式，引入多媒体教学是目前在高校教学中普遍采用的一种教学手段。[3]但是过多地使用多媒体教学会限制学生的想象力，不利于学生创造性思维的发展，也缺少教学过程中的灵活性和同步性，同时也不利于教师主导课堂教学。[4]因此在自动控制系统的教学过程中，教师首先要合理规划好哪些章节使用多媒体课件教学，对于使用多媒体教学的章节一定要按照自己的思路对课件进行整理或自己制作课件。
一般来讲对于内容枯燥而要提高学生学习兴趣或图形较多的章节内容可以用多媒体教学，比如绪论、电枢可逆有环流调速系统制动过程分析等章节推荐使用多媒体讲解，使用多媒体讲解时也可以加上适当的板书。对常规内容、公式原理的推导等用板书完全可以满足教学要求。
5.加强实践环节教学
通过实践或实验环节可以加强学生对课本所学内容的理解。教学过程中注重课堂教学与课外创新实践活动相结合，在课堂上鼓励学生积极思考、提问和回答问题；在实验课将理论验证与综合设计、自主创新结合起来，给学生更多发挥个人创造力的机会；在课外积极鼓励、指导学生参加学校“大学生科技创新基地”的科技活动，通过此类活动反过来促进课堂教学，学生的创新实践能力得到加强。鼓励学生参加一些自动控制系统设计开发类的比赛和项目。近几年，我校学生参加飞思卡尔汽车大赛的热情不断高涨，在全国大赛上也取得了较好的名次。学有余力的同学也参加了自动化研究所教师承担的一些科研项目，在实践中得到了锻炼。 6.引入MATLAB进行辅助教学
利用MATLAB仿真工具设计自动控制辅助教学软件，通过Simulink生动再现了系统的动态响应过程，化解难点，同时增强学生探究式学习的兴趣。MATLAB软件可以搭建虚拟系统，实现系统的仿真任务，把这个软件引入到教学活动中，已经被越来越多的老师所采用。例如在讲授转速、电流双闭环直流调速系统的动态特性分析时，在MATLAB/SIMULINK环境下根据具体的系统参数设计该双闭环调速系统，仿真观察其动态特性，改变各调节器参数，由虚拟示波器得到不同的曲线，分析仿真结果，使学生直观地认识到所研究的双闭环系统的特点。在课程设计过程中，可以鼓励学生使用MATLAB软件对设计的系统进行仿真验证，克服了传统教学中枯燥、抽象、难以理解等弊端，达到良好的教学效果。
7.作业和考试方式上的改革
灵活布置和批改作业，提高教学效果。在课程教学中，根据重点、难点内容并结合实际调速系统发展现状与趋势，适当布置一些具有实践性、挑战性的作业，以启迪学生的创新思维能力，进一步拓展知识、开阔思路。此外，还布置学生撰写科技论文，培养学生查阅文献、分析归纳资料、书写论文、进行初步科学研究的意识和能力。
灵活运用多种考核形式，综合评定课程学习成绩。考试形式有：以考试为主，在课程网站上公布考试题目的类型，正确引导学生的复习方法和内容，强调考查学生运用知识分析问题，综合解决问题的能力，变单纯考核记忆能力的考试方式为重能力、求创新的考试方式。考试题目上有30分左右的英文题目，要求学生用英语作答，加强本课程的双语教学力度。对学生实验、课堂发言与科技论文写作考虑权重加权求和，给出课程的综合评价。
三、课程教学的预备和辅助工作建设
加强课程教学的师资队伍、网络教学环境和实践性教学准备工作属于课程教学的预备和辅助工作建设，为课程教学提供强有力的保障。
1.课程教学团队的建设
自动控制系统课程的一个特点是实践性强。任课教师的科研与工程实践方面的经验与能力对教学过程和教学效果的影响至关重要。由于课程的内容大量涉及到工程实际，而大多数新教师的学习经历都是从学校到学校，没有现场实际工作经验，缺少实际系统设计、安装调试经验，理论教学和实际脱节，对课程内容的理解深度受到限制，从而影响实际的教学效果。[5]近几年，课题组加强对教师的实践能力培养，提高教师自身的科研素质，提高对新技术的敏感性。具体的做法有：选择合适的工矿企业，派教师到这些单位参与生产和产品研发，掌握实际中应用的最先进技术，提高教师的工程实践能力和科研能力；鼓励新教师申请、主持或参与横向项目；聘请在工矿企业有工作经历的具有丰富实践经验的高级职称人员兼职教师进行授课，指导学生进行工程实践。通过教学团队建设，教师互通有无，带动整个教学团队的教学、科研、工程实践能力的提高。
2.网络教学环境建设
为适应教学网络化和信息化的发展趋势，先后投入大量资金和人力，依托国家级、省级精品课程建设及重点学科建设，建设了“自动控制系统”精品课程教学网站。在网站原有内容的基础上，不断吸纳校内、校外以及国外专家、同行、学生在利用精品课程资源学习过程中提出的意见和建议，来优化精品课程建设方案，从而调整和补充精品课程的教学内容，促进精品课程建设者与使用者的互动。[6]目前正在以虚拟仿真实验、远程监控和直流控制电路板制作三个实践性环节作为整个教学系统实践部分的核心开发网上远程实验系统平台，为学生进行综合实验提供了良好的网络学习环境。
3.实践性教学环境建设
自动控制系统的另一个特点是通用性强。课程内容不是专门针对某一种专门控制系统的工程技术，而是适用于很多控制系统和装置。以国家级实验教学示范中心“电工电子实验中心”和电力电子与自动控制系统实验中心作为依托，构建了“自动控制系统”实验教学新体系，建立了“立体化”实践教学模式；形成了“主导、自主、开放、创新”的实验教学理念；建成了能够进行“验证、设计、研究、创新等实验以及学生竞赛、科研活动等一条龙”的实践教学平台。自行研制设计开发了多功能调试平台、微控制器开发系统、机器人控制、三级倒立摆等实验教学设备，为培养学生的理论联系实际和系统综合设计能力创造了良好的条件。我校国家级电工电子教学示范中心和电力电子与自动控制系统实验室是开放实验室，全天候开放，为“自动控制系统”课程相关实验的开设提供了充分的保障。
在实践教学方面，根据实际科研中的经验，把大型项目分解成若干个子项目，给学生创设具有思考性、创新性的问题，培养学生的创新思维、创新意识，做到以科研促教学；在日常的教学活动中，注重把新技术、新成果引入课堂教学，鼓励优秀的学生参加教师的科研项目，使教学和科研有机地结合起来，激发学生科学研究的意识，培养学生的创新意识和创新能力。
四、结语
根据自动控制系统课程的特点，结合本校培养人才社会服务对象的实际，自动控制系统精品课程课题组进行教学内容的精练、教学手段的丰富和教学实践的完善，从学科特色、教学理念、教学内容及教学方式等方面入手，充分利用多媒体及网络技术的普及性及便利性，加强了精品课程建设。在本精品课程的示范和激励下，电气工程及其自动化专业的主干课程“供电技术”在2010年成果申报为国家级精品课程，自动化专业的主干课程“电力电子技术”“自动控制原理”课程也相继建设成为了省校级精品课程，[7]从而推动了自动化和电气工程及其自动化专业及学科的整个课程体系的发展，提高了电气工程与自动化学院各个专业的教育教学的质量，为高校培养高质量、高素质人才提供了强有力的保障。
参考文献：
[1]许玉格，罗飞.《运动控制系统》精品课程建设与双语教学的探讨[J].教育理论与实践2007，（27）：123-124.
[2]周香珍.《运动控制系统》课程教学改革探索[J].中国科技信息，
2011，（23）：191.
[3]高林，韩宁.运动控制系统课程多环节教学模式的探讨[J].中国现代教育装备2008，（65）：78-79.
[4]王升杰.多媒体运用在课堂教学中的利弊之我见[J].教育科学，
2011，（9）：141.
[5]卢秉娟.运动控制系统课程教学突出工程实际应用性研究[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2011，（21）：88-90.
[6]隋玉敏，王秀英.高校精品课程建设中存在的问题及对策[J].教育探索，2011，（10）：32-33.
[7]陶慧，郑征.国家精品课程建设的探索与实践[J].中国电力教育，
2009，（12）：101-103.
（责任编辑：王意琴）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-6133748.htm
