盧曉紅　王殿龍　陳星　任宗金

摘要：面向機械專業(yè)學生開設的《自動控制系統(tǒng)》課程，應該有別于面向自動化和電氣專業(yè)的《電力拖動自動控制系統(tǒng)》或《自動控制原理》，應該是控制工程、機械測試技術等課程的出口，為后繼的畢業(yè)設計提供必要的理論基礎，使學生掌握分析解決工程問題的能力。在調研國內(nèi)外高校開設的自動控制相關課程基礎上，通過改革課程知識體系，改良教學內(nèi)容，初步形成了課程知識體系及教學內(nèi)容建設方案；推行案例教學及Seminar教學模式；采用閉卷考試、seminar成績評定及平時成績考核相結合的課程考核方式。最終實現(xiàn)培養(yǎng)學生自動控制創(chuàng)新思維和實踐能力的目標。

關鍵詞：自動控制系統(tǒng)；機械專業(yè)；Seminar教學；考核

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）03-0084-02

在美國，很多知名大學機械工程系都開設自動控制相關課程。具體如下：普渡大學開設《自動控制系統(tǒng)》（Automatic Control Systems）和《制造過程的計算機控制》（Computer Control of Manufacturing Processes）課程；普林斯頓大學開設《微處理器測量/控制》（Microprocessors for Measurement/Control）和《現(xiàn)代控制》（Modern Control）課程；康奈爾大學開設《反饋控制》（Feedback Controls）和《多變量控制理論》（Multivariable Control Theory）課程；伊利諾伊大學開設《工業(yè)控制系統(tǒng)》（Industrial Control Systems）和《機械系統(tǒng)計算機控制》（Computer Cntrl of Mech Systems）課程；佐治亞理工大學開設《制造系統(tǒng)的微機控制》（Microprocessor Control of Manufacturing Systems）課程；密歇根大學安娜堡分校開設《自動控制》（Automatic Control）；加州伯克利大學開設《反饋控制系統(tǒng)》（Feedback Control Systems）和《現(xiàn)代控制系統(tǒng)》（Advanced Control Systems）；加州理工大學開設《閉環(huán)控制》（Closed Loop Flow Control）和《反饋及控制電路》（Feedback and Control Circuits）；斯坦福大學開設《反饋控制設計》（Feedback Control Design）和《控制設計技術介紹》（Introduction to Control Design Techniques）。在國內(nèi)有100多所大專院校都面向機械專業(yè)本科生開設自動控制、微機控制相關課程，其中清華大學精密儀器系面向本科生開設《數(shù)字控制技術》；浙江大學面向機械電子工程專業(yè)開設《微機控制技術》。通過上述分析可以看出，面向機械專業(yè)學生開設的《自動控制系統(tǒng)》課程，應該有別于面向自動化和電氣專業(yè)的《電力拖動自動控制系統(tǒng)》[1][2]或《自動控制原理》[3][4]，應該是控制工程、機械測試技術等課程的出口，為后繼的畢業(yè)設計提供必要的理論和實踐基礎，使學生掌握分析解決工程問題的能力。我校是教育部批準實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的高校，機械專業(yè)是首批進入該計劃的專業(yè)之一。為貫徹學校對本科生實施精英教育及培養(yǎng)精英人才的整體定位，落實“卓越計劃”培養(yǎng)高素質創(chuàng)新型人才的指導思想，我們對現(xiàn)有機械專業(yè)的課程體系進行了梳理和調整，以適應工程能力素質培養(yǎng)為主線的“卓越工程師”人才培養(yǎng)模式。其中，《自動控制系統(tǒng)》是機械專業(yè)的主干課程之一，其教學效果關系本專業(yè)“卓越工程師”的預期能力培養(yǎng)，因此該課程教學體系改革具有重要意義。

一、課程知識體系及教學內(nèi)容建設

《自動控制系統(tǒng)》課程應結合工業(yè)自動化實踐，融合控制技術、計算機技術和通信技術，涵蓋經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論（“控制工程”中已講解的經(jīng)典控制理論只需簡單回顧），以工控機為工具，相應的硬件技術和軟件技術結合為手段，系統(tǒng)的工程實現(xiàn)為目的，從而實現(xiàn)理論、技術與實際應用相結合。在保證課程基本內(nèi)容完整性的前提下，根據(jù)專業(yè)需要確定課程內(nèi)容，建立完善的、有層次的課程體系。根據(jù)課程建設的需要，結合我校專業(yè)特點和需要，在總結多年教學經(jīng)驗的基礎上，借鑒其他高校自動控制相關課程多媒體教學的經(jīng)驗，增加實際工程案例視頻，進一步完善和豐富本課程的教學課件。搜索當前國際上與教學內(nèi)容相關的先進科研成果與工程實例，將最新的科研成果不斷地引進到教學體系中，將課堂教學與科研緊密結合，豐富學生的工程實踐知識，提高其知識應用能力。在上課過程中，通過機器人及其控制系統(tǒng)，汽車里的自動控制技術，數(shù)控機床，樓宇自動控制系統(tǒng)等視頻案例，直觀地讓學生了解自動控制系統(tǒng)的實用性和先進性。讓學生對于自動控制系統(tǒng)中的檢測、反饋及控制環(huán)節(jié)有直觀的認識；在學生頭腦中形成一種穩(wěn)固的自動控制理念，培養(yǎng)學生對自動控制知識的應用和創(chuàng)造的能力。在教學過程中重點講述基本概念、基本原理和基本方法。尤其隨著計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展，在課程中側重于離散化控制系統(tǒng)的講授，通過典型示例，強化自動控制系統(tǒng)的工程實際應用，使學生看到的不僅是一個個抽象的傳遞函數(shù)、枯燥的各種變換，更是看到抽象的公式和變換背后的物理系統(tǒng)和工程意義。讓學生體會到應用自動控制知識解決具體工程術問題的樂趣，進而激發(fā)學生的學習興趣。

二、案例教學及Seminar教學模式

自動控制系統(tǒng)是工程性極強的一門課程，圖例較多，如系統(tǒng)的結構框圖、系統(tǒng)動態(tài)過程的響應波形、基本單元的控制電路等。通過實驗教學可以使學生的知識、能力和素質得到綜合培養(yǎng)。但目前自動控制系統(tǒng)實驗學時有限、實驗設施有限，要改進自動控制系統(tǒng)綜合實驗系統(tǒng)的建設，需要較大的人力物力投入。由于目前人員資金方面的原因，我們擬增加利用Matlab、Simulink和LabVIEW對控制系統(tǒng)進行分析和設計的內(nèi)容，制作拓寬性演示實驗，建立可視化演示平臺，介紹工程實例。不但可以增加教學信息量，而且對插圖和課程中的重點和難點反復地進行指點和回顧，便于學生理解和掌握課程內(nèi)容。另外，學生可在計算機上進行仿真實驗，觀察控制效果，有利于提高課程的教學質量，讓學生多方位、立體式接觸新知識，開闊學生的知識視野。使學生深刻理解所學知識，培養(yǎng)工程觀念，樹立工程意識，為學生后續(xù)的專業(yè)課學習及參加的工程工作奠定基礎。此外，還也能節(jié)省實驗設備的投資。嘗試在授課過程中加入3節(jié)Seminar課程，Seminar意譯為研討課[5]。這種教學模式在歐美較多采用，但在我國，還處于探索階段?？梢詫W生分成幾個小組，授課教師給定題目范圍，讓學生提出控制方案，從傳感器的選擇，到控制器的設計，都由學生通過運用所教內(nèi)容和提供的參考書目自主完成。也可以由學生根據(jù)興趣自由選題，鼓勵學生自己查閱文獻及網(wǎng)上資源，以達到充分挖掘學生的學習潛能，促進學生解決工程實際問題的能力，為培養(yǎng)研究型人才及工程應用人才奠定基礎。

三、課程考核方式及內(nèi)容的研究

由于閉卷考試的方式評分比較客觀、公證，而且期未閉卷考試會促進學生對整個課程內(nèi)容進行系統(tǒng)深入的復習，閉卷考試的方式仍然在考核中占重要比例，初步確定為60%。與此同時，考慮seminar課程的成績評定，比例初步確定為30%。seminar評價標準綜合考慮學生的查閱資料能力、總結能力、課堂表現(xiàn)能力、語言表達能力、團隊合作能力及獨立完成科研任務的能力等上面。和助教一起按照各分項打分。此外，平時成績占10%，考量依據(jù)來源于平時的出勤及作業(yè)質量。

通過機械專業(yè)“自動控制系統(tǒng)”教學體系改革研究，初步形成了課程知識體系及教學內(nèi)容建設方案；積極推行案例教學及Seminar教學模式；采用閉卷考試、seminar成績評定及平時成績考核的課程綜合考核方式?！蹲詣涌刂葡到y(tǒng)》課程學習過程中，結合國家需求及技術發(fā)展趨勢激發(fā)學生的創(chuàng)造熱情；結合科研項目及工程實踐進行教學，保證授課內(nèi)容充實、生動；以任務為導向，對學生進行積極、有效引導。使學生具有廣闊的發(fā)揮聰明才智的空間，達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力的目的。

參考文獻：

[1]王曉琳電力拖動控制系統(tǒng)教學中的探索與實踐[J].科技信息，2007，（3）：9-10.

[2]張敬南.“電力拖動自動控制系統(tǒng)”中的仿真教學[J].電氣電子教學學報，2010，32（4）：110-112.

[3]周武能，石紅瑞.自動控制原理教學改革與實踐[J].教學研究，2010，33（1）63-66.

[4]孫昌躍，歐青立《自動控制原理》課程教學設計與實踐[J].當代教育理論與實踐，2014，6（11）：44-46.

[5]林培錦.Seminar在大學本科教學中的價值及應用[J].寧波大學學報（教育科學版），2010，32（1）：32-36.