“自動(dòng)控制系統(tǒng)”精品課程建設(shè)與教學(xué)改革實(shí)踐

摘要：結(jié)合“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程內(nèi)容的特點(diǎn)，闡述在國(guó)家級(jí)精品課程建設(shè)中所使用到的現(xiàn)代教學(xué)理念、方式及手段，對(duì)建設(shè)精品課程中教材建設(shè)、教學(xué)方法建設(shè)、課程教學(xué)的預(yù)備和輔助工作建設(shè)三個(gè)方面進(jìn)行了分析和探討。為精品課程的建設(shè)總結(jié)了比較新穎的教學(xué)理念并提供了一種有效的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：課程建設(shè)；精品課程；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）21-0014-02

河南理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┑摹白詣?dòng)控制系統(tǒng)”課程經(jīng)過30多年的教學(xué)改革和發(fā)展，取得了突出成果，于2008年評(píng)為國(guó)家級(jí)精品課程。近幾年來(lái)，本課程教學(xué)組在整合原有資源的基礎(chǔ)上，在師資建設(shè)、教學(xué)手段、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考試方式等方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，進(jìn)一步加強(qiáng)精品課程建設(shè)，獲得了課程教師和學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生的肯定和一致好評(píng)。

一、課程教材建設(shè)

教材的選取和教材建設(shè)是決定教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，它直接影響著教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的合理性與科學(xué)性。[1]

我?！白詣?dòng)控制系統(tǒng)”課程始于1972年，是國(guó)內(nèi)較早開設(shè)該課程的高校之一。在教材的建設(shè)上共進(jìn)行了6次修編和選取。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，交流電力拖動(dòng)控制技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，一些先進(jìn)的控制理論和方法在交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)。從1996年起為適應(yīng)國(guó)家教育部“面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”的要求，將課程內(nèi)容進(jìn)行拓展，并結(jié)合我校與煤礦結(jié)合緊密的特點(diǎn)，增加交流調(diào)速控制學(xué)時(shí)，引入VC、DTC等先進(jìn)控制策略的相關(guān)知識(shí)，以適應(yīng)自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。2004年，根據(jù)我校特點(diǎn)的需要，再次對(duì)以往使用教材進(jìn)行了修編，出版了“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材“自動(dòng)控制系統(tǒng)”。根據(jù)課程發(fā)展的需要，今年再次對(duì)教材進(jìn)行修訂，進(jìn)一步增加了交流調(diào)速內(nèi)容在課程中的比重和課時(shí)。

二、教學(xué)方法建設(shè)

“自動(dòng)控制系統(tǒng)”具有綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，這門課程涉及的領(lǐng)域廣泛，是電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制原理、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)等多門課程的綜合和升華，也是與工程實(shí)際接合非常緊密的一門專業(yè)課程。[2]在講授課程的過程中，主要從以下幾個(gè)方面著手：

1.培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程是一門綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣尤為重要。課程教學(xué)中始終貫穿課程內(nèi)容的實(shí)用性是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵所在。例如在課程開始就給學(xué)生先舉一些很有吸引力的、多個(gè)領(lǐng)域的交直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例，例如電力機(jī)車的啟動(dòng)、調(diào)速、停止過程和龍門刨床切削工件的過程，讓學(xué)生直觀形象地了解到本門課程在實(shí)際中的具體應(yīng)用及重要地位，增加學(xué)生對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，通過這些例子用“調(diào)速”兩個(gè)字來(lái)概括本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生了解本課程的學(xué)習(xí)目的。然后從19世紀(jì)開始談交直流的發(fā)展歷史，比較交直流調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到交直流調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì)，使學(xué)生對(duì)本課程有一個(gè)宏觀概念上的了解，清楚本課程的重要性，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。

2.鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)、主講，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

課堂教學(xué)過程中，對(duì)于較難的章節(jié)可以以教師主講形式進(jìn)行，在本節(jié)課結(jié)束后，把本節(jié)課講到的調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)總結(jié)出來(lái)，提到下節(jié)課的調(diào)速方式可以解決存在的問題，讓學(xué)生在課前自學(xué)，預(yù)先提醒下節(jié)課可以由學(xué)生來(lái)講。在下節(jié)課時(shí)請(qǐng)學(xué)生來(lái)主講，根據(jù)學(xué)生的理解，針對(duì)關(guān)鍵問題，回顧所學(xué)內(nèi)容，對(duì)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容進(jìn)行敘述，交流自己掌握的知識(shí)及學(xué)習(xí)體會(huì)。教師在聽取學(xué)生講課和回答問題的過程中，可以摸清學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度，對(duì)其中的錯(cuò)誤概念和理解及時(shí)給予指導(dǎo)、糾正。在課程內(nèi)容的講授中，以控制方法作為主線，貫穿課程始終。按提出問題、分析問題、解決問題的方式，循序漸進(jìn)、由淺入深地組織研討型教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.精心選擇教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)補(bǔ)充新的知識(shí)點(diǎn)

教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)本課程的特點(diǎn)，使教學(xué)內(nèi)容與該領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)同步，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。隨著電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)逐步增加交流調(diào)速的教學(xué)內(nèi)容，減少直流調(diào)速的內(nèi)容。其次，由于自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的講授內(nèi)容較多，要根據(jù)不同專業(yè)分配的課時(shí)合理選擇講授的內(nèi)容，處理好教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)專業(yè)、教學(xué)課時(shí)之間的矛盾，做到由簡(jiǎn)入繁，重點(diǎn)突出。

另外還可以適當(dāng)引入和教材理論相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)踐的例子。例如在交流調(diào)速部分很多教材只介紹變頻器的算法，很少提及變頻器的應(yīng)用。作為以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的本科院校，應(yīng)在教學(xué)過程中適當(dāng)介紹幾種當(dāng)前比較先進(jìn)的變頻器的參數(shù)設(shè)置和使用場(chǎng)合，如ABB、SIEMENS等的應(yīng)用實(shí)例，有利于培養(yǎng)學(xué)生的解決實(shí)際問題能力。

4.適當(dāng)使用多媒體教學(xué)

改革傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”的教學(xué)方式，引入多媒體教學(xué)是目前在高校教學(xué)中普遍采用的一種教學(xué)手段。[3]但是過多地使用多媒體教學(xué)會(huì)限制學(xué)生的想象力，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展，也缺少教學(xué)過程中的靈活性和同步性，同時(shí)也不利于教師主導(dǎo)課堂教學(xué)。[4]因此在自動(dòng)控制系統(tǒng)的教學(xué)過程中，教師首先要合理規(guī)劃好哪些章節(jié)使用多媒體課件教學(xué)，對(duì)于使用多媒體教學(xué)的章節(jié)一定要按照自己的思路對(duì)課件進(jìn)行整理或自己制作課件。

一般來(lái)講對(duì)于內(nèi)容枯燥而要提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣或圖形較多的章節(jié)內(nèi)容可以用多媒體教學(xué)，比如緒論、電樞可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)制動(dòng)過程分析等章節(jié)推薦使用多媒體講解，使用多媒體講解時(shí)也可以加上適當(dāng)?shù)陌鍟?。?duì)常規(guī)內(nèi)容、公式原理的推導(dǎo)等用板書完全可以滿足教學(xué)要求。

5.加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)

通過實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)環(huán)節(jié)可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課本所學(xué)內(nèi)容的理解。教學(xué)過程中注重課堂教學(xué)與課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合，在課堂上鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、提問和回答問題；在實(shí)驗(yàn)課將理論驗(yàn)證與綜合設(shè)計(jì)、自主創(chuàng)新結(jié)合起來(lái)，給學(xué)生更多發(fā)揮個(gè)人創(chuàng)造力的機(jī)會(huì)；在課外積極鼓勵(lì)、指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)?！按髮W(xué)生科技創(chuàng)新基地”的科技活動(dòng)，通過此類活動(dòng)反過來(lái)促進(jìn)課堂教學(xué)，學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力得到加強(qiáng)。鼓勵(lì)學(xué)生參加一些自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)類的比賽和項(xiàng)目。近幾年，我校學(xué)生參加飛思卡爾汽車大賽的熱情不斷高漲，在全國(guó)大賽上也取得了較好的名次。學(xué)有余力的同學(xué)也參加了自動(dòng)化研究所教師承擔(dān)的一些科研項(xiàng)目，在實(shí)踐中得到了鍛煉。

6.引入MATLAB進(jìn)行輔助教學(xué)

利用MATLAB仿真工具設(shè)計(jì)自動(dòng)控制輔助教學(xué)軟件，通過Simulink生動(dòng)再現(xiàn)了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，化解難點(diǎn)，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的興趣。MATLAB軟件可以搭建虛擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真任務(wù)，把這個(gè)軟件引入到教學(xué)活動(dòng)中，已經(jīng)被越來(lái)越多的老師所采用。例如在講授轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析時(shí)，在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下根據(jù)具體的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，仿真觀察其動(dòng)態(tài)特性，改變各調(diào)節(jié)器參數(shù)，由虛擬示波器得到不同的曲線，分析仿真結(jié)果，使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到所研究的雙閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)。在課程設(shè)計(jì)過程中，可以鼓勵(lì)學(xué)生使用MATLAB軟件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，克服了傳統(tǒng)教學(xué)中枯燥、抽象、難以理解等弊端，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

7.作業(yè)和考試方式上的改革

靈活布置和批改作業(yè)，提高教學(xué)效果。在課程教學(xué)中，根據(jù)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容并結(jié)合實(shí)際調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，適當(dāng)布置一些具有實(shí)踐性、挑戰(zhàn)性的作業(yè)，以啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，進(jìn)一步拓展知識(shí)、開闊思路。此外，還布置學(xué)生撰寫科技論文，培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析歸納資料、書寫論文、進(jìn)行初步科學(xué)研究的意識(shí)和能力。

靈活運(yùn)用多種考核形式，綜合評(píng)定課程學(xué)習(xí)成績(jī)。考試形式有：以考試為主，在課程網(wǎng)站上公布考試題目的類型，正確引導(dǎo)學(xué)生的復(fù)習(xí)方法和內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析問題，綜合解決問題的能力，變單純考核記憶能力的考試方式為重能力、求創(chuàng)新的考試方式?？荚囶}目上有30分左右的英文題目，要求學(xué)生用英語(yǔ)作答，加強(qiáng)本課程的雙語(yǔ)教學(xué)力度。對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、課堂發(fā)言與科技論文寫作考慮權(quán)重加權(quán)求和，給出課程的綜合評(píng)價(jià)。

三、課程教學(xué)的預(yù)備和輔助工作建設(shè)

加強(qiáng)課程教學(xué)的師資隊(duì)伍、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境和實(shí)踐性教學(xué)準(zhǔn)備工作屬于課程教學(xué)的預(yù)備和輔助工作建設(shè)，為課程教學(xué)提供強(qiáng)有力的保障。

1.課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)

自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的一個(gè)特點(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)。任課教師的科研與工程實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)與能力對(duì)教學(xué)過程和教學(xué)效果的影響至關(guān)重要。由于課程的內(nèi)容大量涉及到工程實(shí)際，而大多數(shù)新教師的學(xué)習(xí)經(jīng)歷都是從學(xué)校到學(xué)校，沒有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，缺少實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，理論教學(xué)和實(shí)際脫節(jié)，對(duì)課程內(nèi)容的理解深度受到限制，從而影響實(shí)際的教學(xué)效果。[5]近幾年，課題組加強(qiáng)對(duì)教師的實(shí)踐能力培養(yǎng)，提高教師自身的科研素質(zhì)，提高對(duì)新技術(shù)的敏感性。具體的做法有：選擇合適的工礦企業(yè)，派教師到這些單位參與生產(chǎn)和產(chǎn)品研發(fā)，掌握實(shí)際中應(yīng)用的最先進(jìn)技術(shù)，提高教師的工程實(shí)踐能力和科研能力；鼓勵(lì)新教師申請(qǐng)、主持或參與橫向項(xiàng)目；聘請(qǐng)?jiān)诠さV企業(yè)有工作經(jīng)歷的具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)職稱人員兼職教師進(jìn)行授課，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)踐。通過教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，教師互通有無(wú)，帶動(dòng)整個(gè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)、科研、工程實(shí)踐能力的提高。

2.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境建設(shè)

為適應(yīng)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)化和信息化的發(fā)展趨勢(shì)，先后投入大量資金和人力，依托國(guó)家級(jí)、省級(jí)精品課程建設(shè)及重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)，建設(shè)了“自動(dòng)控制系統(tǒng)”精品課程教學(xué)網(wǎng)站。在網(wǎng)站原有內(nèi)容的基礎(chǔ)上，不斷吸納校內(nèi)、校外以及國(guó)外專家、同行、學(xué)生在利用精品課程資源學(xué)習(xí)過程中提出的意見和建議，來(lái)優(yōu)化精品課程建設(shè)方案，從而調(diào)整和補(bǔ)充精品課程的教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)精品課程建設(shè)者與使用者的互動(dòng)。[6]目前正在以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和直流控制電路板制作三個(gè)實(shí)踐性環(huán)節(jié)作為整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)踐部分的核心開發(fā)網(wǎng)上遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，為學(xué)生進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)提供了良好的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。

3.實(shí)踐性教學(xué)環(huán)境建設(shè)

自動(dòng)控制系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是通用性強(qiáng)。課程內(nèi)容不是專門針對(duì)某一種專門控制系統(tǒng)的工程技術(shù)，而是適用于很多控制系統(tǒng)和裝置。以國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心“電工電子實(shí)驗(yàn)中心”和電力電子與自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中心作為依托，構(gòu)建了“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，建立了“立體化”實(shí)踐教學(xué)模式；形成了“主導(dǎo)、自主、開放、創(chuàng)新”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念；建成了能夠進(jìn)行“驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、研究、創(chuàng)新等實(shí)驗(yàn)以及學(xué)生競(jìng)賽、科研活動(dòng)等一條龍”的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。自行研制設(shè)計(jì)開發(fā)了多功能調(diào)試平臺(tái)、微控制器開發(fā)系統(tǒng)、機(jī)器人控制、三級(jí)倒立擺等實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，為培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際和系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力創(chuàng)造了良好的條件。我校國(guó)家級(jí)電工電子教學(xué)示范中心和電力電子與自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是開放實(shí)驗(yàn)室，全天候開放，為“自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)提供了充分的保障。

在實(shí)踐教學(xué)方面，根據(jù)實(shí)際科研中的經(jīng)驗(yàn)，把大型項(xiàng)目分解成若干個(gè)子項(xiàng)目，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)具有思考性、創(chuàng)新性的問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)，做到以科研促教學(xué)；在日常的教學(xué)活動(dòng)中，注重把新技術(shù)、新成果引入課堂教學(xué)，鼓勵(lì)優(yōu)秀的學(xué)生參加教師的科研項(xiàng)目，使教學(xué)和科研有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生科學(xué)研究的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的特點(diǎn)，結(jié)合本校培養(yǎng)人才社會(huì)服務(wù)對(duì)象的實(shí)際，自動(dòng)控制系統(tǒng)精品課程課題組進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的精練、教學(xué)手段的豐富和教學(xué)實(shí)踐的完善，從學(xué)科特色、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式等方面入手，充分利用多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及性及便利性，加強(qiáng)了精品課程建設(shè)。在本精品課程的示范和激勵(lì)下，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干課程“供電技術(shù)”在2010年成果申報(bào)為國(guó)家級(jí)精品課程，自動(dòng)化專業(yè)的主干課程“電力電子技術(shù)”“自動(dòng)控制原理”課程也相繼建設(shè)成為了省校級(jí)精品課程，[7]從而推動(dòng)了自動(dòng)化和電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)及學(xué)科的整個(gè)課程體系的發(fā)展，提高了電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院各個(gè)專業(yè)的教育教學(xué)的質(zhì)量，為高校培養(yǎng)高質(zhì)量、高素質(zhì)人才提供了強(qiáng)有力的保障。

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（責(zé)任編輯：王意琴）