工程教育專業(yè)認(rèn)證下《自動控制原理》課程教學(xué)改革研究

李俊紅　王娟　劉羨飛　張玉芳

摘 要 工程教育專業(yè)認(rèn)證是保證和改進(jìn)高等工程教育質(zhì)量的重要手段，是工程教育走向國際化的必然之路。自動控制原理是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課。為了工程教育專業(yè)認(rèn)證下對人才培養(yǎng)的要求，課程組參照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，分析當(dāng)前自動控制原理課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，以學(xué)生能力全面提升為目標(biāo)，進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革：修訂了教學(xué)大綱，明確了畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)；改革了教學(xué)方式，針對該課程的特點(diǎn)，將工程案例教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)與傳統(tǒng)的理論講授相結(jié)合；充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺作用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性；改變考核方式，使學(xué)生真正從興趣出發(fā)去學(xué)習(xí)并掌握自動控制技術(shù)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞 工程教育專業(yè)認(rèn)證 自動控制原理 教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1工程教育專業(yè)認(rèn)證背景

2013年6月，中國正式成為《華盛頓協(xié)議》臨時(shí)成員國，我國工程教育專業(yè)認(rèn)證進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性的實(shí)施階段。通過工程教育專業(yè)認(rèn)證，用新穎的育人理念促進(jìn)高等教育人才培養(yǎng)模式的改革，有助于我校未來工程師“畢業(yè)生”獲得通行國際的執(zhí)業(yè)資格，因此很多高校都非常重視工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。

為了進(jìn)一步深化工程教育改革，建立高校工程專業(yè)與一流企業(yè)人才培養(yǎng)的雙贏體制，使我校工程教育與國際化接軌，實(shí)現(xiàn)與國際工程教育專業(yè)之間的實(shí)質(zhì)性互認(rèn)，提升國際競爭力，我校欲開展電氣工程及其自動化專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證。《自動控制原理》作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課和學(xué)位課，開展了一系列的教學(xué)改革工作。本文介紹工程教育認(rèn)證背景下電氣工程及其自動化專業(yè)專業(yè)自動控制原理的課程建設(shè)情況。

2《自動控制原理》課程指標(biāo)達(dá)成評價(jià)

《自動控制原理》主要講述自動控制系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)的基本理論、基本方法和一般規(guī)律。該課程是電氣工程及其自動化專業(yè)、自動化專業(yè)以及智能控制的專業(yè)必修課，也是一門學(xué)位課，是學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)、工程實(shí)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握線性定常連續(xù)系統(tǒng)以及離散系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)的分析與綜合方法，能夠分析控制系統(tǒng)的性能以及根據(jù)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。

本課程重點(diǎn)支持以下畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：

（1）具備工程基礎(chǔ)知識，以用于解決電氣工程及其自動化專業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。

（2）能運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識，識別和判斷復(fù)雜電氣工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)，描述和求解復(fù)雜電氣工程系統(tǒng)或過程，以獲得有效結(jié)論。

3教學(xué)方法改革

由于“自動控制原理”課程所用的數(shù)學(xué)知識較多，為了避免學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺枯燥，在教學(xué)方法上，除了傳統(tǒng)的理論講授外，還添加了案例教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等教學(xué)方式。但由于本課程的有些內(nèi)容由于理論性較強(qiáng)，因此以理論性教學(xué)為主，比如第三章“線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法”、第八章“非線性控制系統(tǒng)分析”，通過黑板板書和理論推導(dǎo)，讓學(xué)生很好地掌握這部分內(nèi)容。

為了讓學(xué)生充分理解所學(xué)控制理論的知識，我們在講授過程中注重理論與實(shí)際的結(jié)合，在教學(xué)過程中引入多個(gè)教學(xué)案例，比如在講述第一章時(shí)，可以給出電加熱爐的溫度控制、空調(diào)調(diào)節(jié)室溫等大量的例子，學(xué)生掌握控制系統(tǒng)反饋控制的基本原理。給出一個(gè)抽水馬桶水位控制案例或其他合適案例的作業(yè)，要求學(xué)生正確分析、識別及表達(dá)。在講述第二章“控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型”時(shí)，可以結(jié)合實(shí)際中的一些系統(tǒng)，比如RLC電網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器電路、質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)等教學(xué)案例，使學(xué)生掌握微分方程和傳遞函數(shù)模型的建立方法。給出一個(gè)RLC復(fù)雜電路以及質(zhì)量-彈簧-阻尼器系統(tǒng)，要求學(xué)生分析兩種控制系統(tǒng)的異同點(diǎn)。在講述第六章“線性系統(tǒng)的校正方法”時(shí)，以水箱液位控制系統(tǒng)作為案例，利用MATLAB軟件進(jìn)行PID控制的演示。讓學(xué)生了解比例Kp，積分Ki，微分Kd對控制系統(tǒng)性能的影響。

此外，可以引入實(shí)驗(yàn)室的旋轉(zhuǎn)式倒立擺系統(tǒng)作為工程案例，并貫穿于整個(gè)教學(xué)過程。比如，在控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，針對實(shí)驗(yàn)室的旋轉(zhuǎn)式倒立擺系統(tǒng)，利用力學(xué)知識對懸臂及擺桿的受力進(jìn)行分析，線性化后得出它的數(shù)學(xué)模型。在講述第六章控制系統(tǒng)的校正時(shí)，同樣結(jié)合旋轉(zhuǎn)式倒立擺系統(tǒng)，設(shè)計(jì)PID控制器，實(shí)現(xiàn)對它的有效控制。通過引入旋轉(zhuǎn)式倒立擺控制系統(tǒng)的實(shí)例，讓學(xué)生了解控制理論的實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

4發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺作用

自動控制理論課程包含大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，有些同學(xué)在課堂上對某些知識點(diǎn)掌握不牢。因此，我們已經(jīng)在Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上建成《自動化控制原理》網(wǎng)絡(luò)課程，已經(jīng)上傳了課程所需的基本資料。通過引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，為教育提供全新的理論、模式和方法。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)開拓了教育空間，能夠以直觀、形象、具體、生動的方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以使傳統(tǒng)的靜態(tài)的書本教材轉(zhuǎn)變?yōu)橛陕曇簟D像、文本等構(gòu)成的動態(tài)的教材，使控制理論中抽象的概念形象化，枯燥的理論生動化，從而使難學(xué)難教的課程變得容易。目前利用教學(xué)平臺進(jìn)行過多輪信息化輔助教學(xué)，并有一定量的學(xué)生訪問，很好得使用了課程資源，運(yùn)行效果良好，學(xué)生紛紛表示收獲比較大。目前已經(jīng)在討論版發(fā)布互動信息，學(xué)生也可以提出自己的問題。通過該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的建立，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果，使該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果都上了一個(gè)新的臺階。

5教學(xué)內(nèi)容與考核方式改革

在教學(xué)內(nèi)容上，調(diào)整了部分教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配。目前本門課程總學(xué)時(shí)為80學(xué)時(shí)，理論教學(xué)內(nèi)容共為8章，共計(jì)68學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分包括5個(gè)實(shí)驗(yàn)，共計(jì)12學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)部分大部分為設(shè)計(jì)性及綜合性實(shí)驗(yàn)。在理論教學(xué)中，除了介紹教科書上的內(nèi)容外，還給學(xué)生添加最新控制理論的進(jìn)展。課程組每年安排主講教師參加中國控制會議、中國控制與決策會議等控制領(lǐng)域中的國內(nèi)外重要會議，聽取本領(lǐng)域?qū)＜业拇髸?bào)告并與參會代表交流，將自己的收獲和所得在課堂講授過程中向?qū)W生滲透。并結(jié)合教師的科研方向及科研進(jìn)展等，向同學(xué)灌輸人工智能、智能控制等領(lǐng)域內(nèi)的最新方法，開闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。endprint

課程考核的目的是檢查和了解學(xué)生對本門課程內(nèi)容的掌握程度，考核學(xué)生對自動控制系統(tǒng)的基本原理、分析及設(shè)計(jì)的了解和掌握情況。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)對自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法有一定的了解和掌握。本門課程的考核分期末考核和平時(shí)成績兩部分，期末考試成績占總成績的70%。為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，我們對題型進(jìn)行了修改，期末試卷題型分填空題、簡答題以及計(jì)算題。其中填空題，側(cè)重考核學(xué)生對自動控制原理相關(guān)知識點(diǎn)的掌握程度，簡答題考核學(xué)生對控制系統(tǒng)的，計(jì)算題側(cè)重考核學(xué)生對自動控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的掌握程度。

平時(shí)成績占總成績的30%，平時(shí)成績由作業(yè)（30%）、實(shí)驗(yàn)（30%）、期中考試（40%）等組成，各環(huán)節(jié)所占比重根據(jù)學(xué)習(xí)反饋效果、能力達(dá)成度適當(dāng)調(diào)整。其中，作業(yè)、期中考試等環(huán)節(jié)側(cè)重考核學(xué)生對自動控制原理相關(guān)理論知識點(diǎn)的掌握程度；實(shí)驗(yàn)則考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析能力，以及報(bào)告撰寫能力。增加了對學(xué)生實(shí)踐能力的考核，重視實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，提高了學(xué)生動手能力以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的能力。

6結(jié)語

自動控制原理是電氣工程及自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)課，對照電氣工程及自動化專業(yè)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，自動控制原理課程進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革，包括大綱修訂、教學(xué)方式改革、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容及考核方式改革等，以培養(yǎng)行業(yè)認(rèn)可的復(fù)合型工程人才為導(dǎo)向，以學(xué)生為本，以學(xué)生能力的全面提升為目標(biāo)來組織和持續(xù)改進(jìn)，為培養(yǎng)優(yōu)秀的工程師人才發(fā)揮更大的作用。

基金項(xiàng)目：項(xiàng)目來源：江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目。

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