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《自动控制原理》课程描述
撰稿:    摄影:    发布时间:2015-05-01     浏览次数:6
 

1.本课程的特点

“自动控制原理”是控制论与工程技术相结合的一门课程,它研究自动控制系统中具有一般性的规律。它的研究思路和方法,以及所得到的结果,对机电类专业的学生为解决工程实际问题和学习后续课程有着深远的影响。因此,它在机电类等专业中具有举足轻重的地位,是一门重要的专业基础核心课程。它还是自动化专业硕士研究生入学必考的专业课。

  目前,国内外一些著名大学如牛津大学和西北工业大学等高校已经将“自动控制原理”作为一门方法论课程列为学校的平台课程供学生选修。

此课程的特点之一是它牵涉的理论知识较多。在建立控制系统的数学模型和各个知识点的应用时既要有力学、电学、光学和热学等物理知识,又要有电路、电机、电力电子等知识,还要有较强的建模能力和灵活运用知识解决实际问题的能力。另外,扎实的数学功底是学习该课程的基础。基础数学中的微积分、复变量函数论和工程数学等知识始终贯穿全课程。这就要求学生具有较好的数学素养。

图形多是这课程的特点之二。如工程应用原理图、方框图、根轨迹图、极坐标图和对数坐标图等。图形可使教学的直观性增强,但它给教学带来一定的耗时。

总之,这门课程的特点是:理论性强、系统性强、涉及知识面广、信息量大、更新发展快,而且比较抽象,习题多、难度大,是具有一定深度和学习难度的课程,学生感到难学,教师也难教。

2.本课程教学中的问题

深入分析这门课程的教学内容和方法,可以发现在讲授“自动控制原理”课程的过程中,主要存在以下几个问题:

1)理论与实践之间的矛盾

嘉庚学院机电工程系所授的自动控制原理课程内容属于自动控制理论中的经典控制理论部分,该方法主要适用于单输入单输出的线性定常控制系统。本门课程的主要工业对象是抽象出来的、简化后的数学模型,缺乏对控制对象行业背景的介绍,致使学生缺乏对所学知识背景的理解,造成理论脱离实际的现象。

由于“自动控制原理”课程理论性较强,涉及的知识点较多,数学公式多、推导计算繁琐,因此在教学中,教师往往容易把过多时间和精力集中于原理的讲解和公式的推导,忽略了理论知识与自动控制系统应用实例的结合,无意中把该课程变成了数学课。这种情况弱化了该课程作为专业基础课程的作用,使得学生对学习这门课程的必要性、重要性和实用性认识模糊,造成理论与实践脱节,直接影响了教学的效果。

2)培养标准与教学课时之间的矛盾

随着院校人才培养标准和培养机制的不断改进,“通识”教育理念逐渐渗透到教学改革中,使得课程设置和教学时数发生了相应的变化,造成了传统课程学时的压缩。电气工程及其自动化专业本门课程从原来的80学时减到58学时,结果是学时紧、任务重,影响教学效果。

3)专业知识要求较高与学生学习兴趣之间的矛盾

自动控制原理对前期专业知识的要求比较高,尤其是数学基础,如“Laplace 变换”、在传统教学中,采取递推式的公式推导及讲解,易让学生觉得深奥、枯燥,难以理解等,进而产生厌学现象。因此,为了激发学生的学习兴趣,增强学生理论联系实际的能力,提高学生的自主创新思维,有必要对本门课程的教学模式进行改革。

4)验证性实验与控制系统设计能力培养之间的矛盾

实验的验证可以加深学生对自动控制原理基本方法的理解和认识,而本门课程的教学目的更应该侧重培养学生对控制系统进行分析,进而根据系统的性能指标,培养学生对控制器的设计能力。所以,目前实验课程的设置还有待进一步完善。

现在此课程中所设置的实验在很大程度上依赖于目前的实验设备,直流的多,交流的少,元件的多,芯片的少,系统的设计多集中在控制器上,没有充分考虑控制对象的特点,控制器的设计脱离被控制对象,实验设计过于理想化,难以充分发挥实验课对学生分析和解决实际问题能力的培养作用;目前,在实验内容设置上也以验证性实验为主,综合性实验和设计性实验为辅,实验内容单调,实验难度偏低,在培养学员的独立思考能力、综合分析问题能力和创新能力等方面显出不足。

3.本课程在机电工程系内的发展概况

机电工程系于2003年创办,现拥有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、测控技术与仪器和电气工程及其自动化等四个专业。“自动控制理论”课程最早始于2006年,面向测控技术与仪器专业开设,随后对系内其它3个专业讲授(前两个专业开设的“机械控制工程”课是自动控制原理的子集)。教学内容以介绍经典控制的理论和线性连续系统的分析方法为主。任课教师人数偏少,教学方法与手段较为单一,只有理论教学,没有实验环节。

2008年以来,随着学院招生规模扩大和办学资金投入增加,自动控制理论实验室基本建成,购置了模拟实验系统,PCTⅣ过程控制实验装置等,改善了实验条件。教学队伍扩大,形成了教授2名、高级工程师1名,讲师2名、技师1名的课程组,他们从事本课程的理论教学、实践教学和教学研究工作。职称、学历、年龄结构基本合理的高素质课程教学团队,在课程发展规划、人才培养模式、课程体系与教育思想、教学内容与方法的改革、课程实验、计算机与网络辅助教学、考试内容与方式的改革及标准化试题库的建立等方面都取得了一定成果。

课程组密切关注国内外控制理论在科技与教育方面的进展,定期或不定期召开教研会议,制定、修订课程规划和教学计划,有步骤、有针对性地组织观摩教学和教学研究活动,注重教育教学理念的更新,本着“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的专业发展方向,强调面向工程,重视实践,开发学生的创新思维能力,坚持不懈地促进学生个性化发展和主动学习、理论与实践相结合为原则,吸取兄弟院校先进经验,不断探索,锐意改革,逐步建立了课程教学与实践环节相结合的整体优化新体系。

在教学内容方面,注重知识结构的整合与更新,适时引入相关领域的最新知识与技术,使教学紧跟学科的发展方向,根据学科的发展,及时将MATLAB语言引入课堂。

积极应用现代化教学方法和手段于教学,开发了“自控原理多媒体教学课件”及电子教案、实验指导书(电子版)、部分习题集和题库,为学生提供了丰富的教学资源,拓展了教学的时间和空间,师生的互动效果好,经过多届学生使用,受到学生好评。采用“计算机+屏幕投影”与“粉笔+黑板”复合教学模式,采用理论、实践结合、典型案例层次讲学、抽象原理形象化描述等教学方法,充分利用QQ网络资源,实现“把实验带回宿舍,把课堂带回宿舍”的辅助教学模式,使学生从繁琐的数值计算中解放出来,着重培养学生独立分析问题和解决问题的能力。采用笔试、面试、上机测试、开卷和闭卷结合等科学、灵活、多样的考核方法,全面考核学生的应用能力和素质。

教学组成员在学院的教学考核均为优良,多位教师在学院教学和科研中获得多项奖。

课程组教师多年来团结协作,形成了教师间相互学习、相互切磋,不断探讨教育教学改革、提高教学质量的研究氛围,在年轻教师培养方面,通过传、帮、带取得了突出成果,教学新秀涌现,形成并保持了一支结构相对合理、人员稳定、教学水平高、教学效果好的教师梯队。

4.建设思路

嘉庚学院作为一所独立院校,是以培养宽口径、厚基础、重能力、求个性,具有应用型、工程型的高级工程技术人才为培养目标。课程教学目的是培养学生运用控制原理的方法,进行自动控制系统的分析、设计、仿真、调试等。为分析和解决各种工程问题奠定扎实的理论基础,本课程以“优化基础,强化能力,注重实践”为教学主导思想,以先进的教育思想和教学理念为先导,在教学内容、教学体系、教学手段等方面不断改革,不断实现教学手段的现代化,建设先进有效的教学环境,形成理论、实践环节的密切配合,有效培养学生自主学习能力、分析、解决实际问题能力和创新能力。使学生既掌握自动控制的基础理论、基本分析和设计方法,又学会系统考虑问题的能力。为今后从事电子与自动检测系统、运动控制、过程控制、智能控制、新型传感器等领域的科学研究、技术开发及管理工作打下较扎实的基础。

“优化基础”即通过适度引入学科新成果,运用先进的计算机仿真技术强化该课程控制理论的知识模块体系的掌握。

“强化能力,注重实践”即以培养学生应用和实践能力为本,通过面向学生全面开放虚实结合的基础性实验、设计性实验和综合性实验环节,充分利用网络资源,着力培养学生独立分析问题、解决问题的能力,提高学生的创新能力和综合能力。

在总结课题组已取得的教学成果的基础上,进一步在教育思想、教学内容、教学方法、教学手段、教材、实验和课程设计以及教师队伍建设等方面进行建设,重点是要开展教学内容、教学方法、教学手段、实验和课程设计的改革。通过精品课程建设,不断整合、优化教学内容,进一步理顺本课程和相关课程的知识联系,充分考虑机电行业对自动控制原理的要求;坚持使用现代教学手段,包括多媒体教学、视频教学和基于网络平台的教学,将所有的教学资源放在网络平台上,真正实现交互式双向教学;继续革新实验教学和课程设计内容,不断提高学生理论联系实际的能力,以及创新能力。