“自動控制原理”課程的立體化教材建設(shè)

劉慧霞，丁 紅，趙 玫

(魯東大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，山東煙臺264025)

“自動控制原理”是電氣工程及其自動化、通信工程、電子信息工程等電氣信息類專業(yè)的重要必修課程之一，也是機(jī)械類或物流工程專業(yè)的主干課程[1]。建立“自動控制原理”課程的立體化教材，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力，是目前教學(xué)環(huán)節(jié)中迫在眉睫的事情。

本文主要討論立體化教材建設(shè)，包括立體化教材的內(nèi)容及其創(chuàng)新問題[1－4]。

1 “自動控制原理”立體化教材內(nèi)容

1)紙質(zhì)教材

紙質(zhì)教材包括主教材、學(xué)習(xí)指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等。我們教學(xué)課題組和幾所高校的教師共同編寫了主教材《自動控制原理》[5]。該教材主要是針對一般應(yīng)用型高等院校本科專業(yè)編寫的。教材每一章的開始均有本章教學(xué)目標(biāo)與要求，結(jié)尾有學(xué)習(xí)指導(dǎo)及小結(jié)、本章知識構(gòu)架和背景閱讀材料。全書以計(jì)算機(jī)磁盤讀寫系統(tǒng)作引子提出問題，使學(xué)生能較容易地將全書的內(nèi)容貫穿起來，形成控制理論如何應(yīng)用的整體概念。教材輔以少量綜合訓(xùn)練，每一章的課后習(xí)題都含有1-2道研究生入學(xué)考試題，使教材達(dá)到了基礎(chǔ)與提高相結(jié)合的目標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書在主教材的最后一章，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI系統(tǒng)精選了最重要的部分實(shí)驗(yàn)。

2)CAI(Computing Assisted Instruction)系統(tǒng)

用Matlab語言開發(fā)的CAI系統(tǒng)把雙向互動的教學(xué)方法引入課堂，是一種助教、助學(xué)、寓教于樂的電子教材。制作CAI系統(tǒng)采用多重嵌入式鏈接，把教學(xué)大綱知識點(diǎn)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)設(shè)計(jì)成立體結(jié)構(gòu)，可為自主式學(xué)習(xí)提供新途徑。CAI系統(tǒng)用模擬仿真等技術(shù)講解課程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)教學(xué)方法和教學(xué)策略，輔助教師和學(xué)生完成教學(xué)任務(wù)。

CAI系統(tǒng)采用主界面調(diào)用子界面的設(shè)計(jì)方法。每個(gè)子界面的功能包括課程各個(gè)章節(jié)的主要內(nèi)容，輔助教學(xué)部分的界面設(shè)計(jì)采用在線任意輸入系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的方式，可以實(shí)現(xiàn)單位階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)圖形繪制，顯示系統(tǒng)的性能指標(biāo)，還可以繪制系統(tǒng)的根軌跡、伯德圖、極坐標(biāo)圖等，也可以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。學(xué)生還可以應(yīng)用該軟件檢驗(yàn)部分作業(yè)和習(xí)題的正確性，學(xué)習(xí)或復(fù)習(xí)課程的相關(guān)知識。

CAI系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)部分，有指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的說明，從而為學(xué)生提供了仿真實(shí)驗(yàn)平臺，為完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)。先做仿真實(shí)驗(yàn)再在實(shí)際設(shè)備上做實(shí)驗(yàn)，可以有效地提高實(shí)驗(yàn)的效率，使學(xué)生容易將理論與實(shí)際聯(lián)系在一起。教師可以借此在課堂上進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，與課件隨時(shí)切換，分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)，展示實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果。

3)網(wǎng)絡(luò)課程資源

網(wǎng)絡(luò)課程資源由“教學(xué)大綱”、“電子教案”、“CAI系統(tǒng)”、“試卷庫”、“電子圖書”，“習(xí)題解答”、“教學(xué)錄像”和“網(wǎng)上交流”等組成。網(wǎng)絡(luò)課程資源借助我校網(wǎng)絡(luò)課程平臺建設(shè)，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)課程自主學(xué)習(xí)，預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)或做實(shí)驗(yàn)都可以在電腦上完成，相當(dāng)于第二課堂。

2 立體化教材建設(shè)的創(chuàng)新策略

1)師資力量的聚集

師資應(yīng)由學(xué)術(shù)水平高、教學(xué)質(zhì)量好、有先進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)理念的教師作為立體化教材建設(shè)的中堅(jiān)力量，并吸收掌握信息技術(shù)和媒體制作技術(shù)的教師為骨干成員。

2)學(xué)教并重

教材以發(fā)現(xiàn)問題、目標(biāo)驅(qū)動和解決疑難為導(dǎo)向，從學(xué)生關(guān)注的常見問題入手，引導(dǎo)學(xué)生把握知識結(jié)構(gòu)，由易到難完成學(xué)習(xí)任務(wù)。如教材中以生活中最常用到的計(jì)算機(jī)磁盤讀寫系統(tǒng)提出問題，導(dǎo)出相關(guān)知識點(diǎn)并貫穿整個(gè)教材，使學(xué)生對控制理論的應(yīng)用有了直觀的認(rèn)識。

主教材《自動控制原理》以生活中最常用到的計(jì)算機(jī)磁盤讀寫系統(tǒng)提出問題，導(dǎo)出相關(guān)知識點(diǎn)并貫穿整個(gè)教材，使學(xué)生對控制理論的應(yīng)用有了直觀的認(rèn)識。

3)多元化教材的編著

教材雖然是針對一般應(yīng)用型大學(xué)的學(xué)生編寫的，力求理論講解簡單化并強(qiáng)調(diào)與其他課程的關(guān)聯(lián)，但是仍然輔以少量綜合訓(xùn)練的內(nèi)容，便于層次較高的學(xué)生對問題進(jìn)行深入研究。另外將課后習(xí)題給出詳細(xì)的解答便于學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

3 結(jié)語

“自動控制原理”CAI系統(tǒng)是我校教學(xué)成果的一部分(獲得2008年魯東大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng);“用Matlab建立電子信息類虛擬實(shí)驗(yàn)室”中的“自動控制原理”部分)。后來，增加了輔助教學(xué)的內(nèi)容，可以從北京大學(xué)出版社網(wǎng)站下載，下載的地址為:http://www.pup6.com。已被我國10余所高校選為教材。

隨著網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)的進(jìn)行，2007年“自動控制原理”被評為我校校級優(yōu)質(zhì)課程，2012年被評為校級精品課程。經(jīng)過幾年的充實(shí)，網(wǎng)絡(luò)課程資源逐漸豐富，該課程還作為研究生初試課程但是主教材最后一章實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)內(nèi)容相對薄弱，有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并沒有涉及，目前課題組正和內(nèi)蒙科技大學(xué)的教師合作編寫《自動控制原理實(shí)驗(yàn)教程》，以求完善。

[1]田玉平.探索“自動控制原理”課程教學(xué)體系改革之路[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30(3):8-11.

[2]徐穎秦，潘豐.自動控制原理立體化教學(xué)新體系的探索與實(shí)踐[J].天津:電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)，2012，24(2):152-155.

[3]張瑞成，王福斌，陳至坤.“自動控制原理”課程立體化教學(xué)體系研究與實(shí)踐[J].北京:實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30(9):81-184.

[4]趙蕓輝.教學(xué)設(shè)計(jì)課程的立體化教學(xué)資源設(shè)計(jì)研究[D].南昌:江西師范大學(xué)，2008.

[5]丁紅，李學(xué)軍.自動控制原理[M].北京:北京大學(xué)出版，2010.