自動化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程建設(shè)與實踐

馬鐵東，楊 欣，李 斌，蘇玉剛

(重慶大學自動化學院，重慶 400044)

自動化是實現(xiàn)我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術(shù)現(xiàn)代化，提高勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件和節(jié)約能源等方面的重要技術(shù)手段［1］。自動控制理論及實用控制技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工科高層次人才應具備的理論技術(shù)基礎(chǔ)之一。我校于2009年開始啟動大類系列課程建設(shè)項目。

自動化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程是我校大類系列課程建設(shè)項目之一。該系列課程以傳授自動控制基礎(chǔ)理論知識和控制系統(tǒng)設(shè)計基本方法、培養(yǎng)學生理論素質(zhì)和解決實際工程問題的能力為主。以“把握共性、強化基礎(chǔ)、實踐創(chuàng)新、培養(yǎng)能力”為建設(shè)思想，在建立課程體系、教學模式、教師隊伍培養(yǎng)、實驗平臺建設(shè)等工作中，提出自動化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程建設(shè)的基本原則［2］。

1 自動化基礎(chǔ)系列課程體系

1) 教學組織上以多專業(yè)融合為基礎(chǔ)

各專業(yè)相關(guān)知識和應用背景的相互交叉融合，符合科學發(fā)展的規(guī)律，是自動化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程教學體系實現(xiàn)的組織基礎(chǔ)和保證。近年來，筆者所在的自動化學院先后承擔了我校通信工程、測控技術(shù)與儀器、生物醫(yī)學工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、給排水科學與工程等專業(yè)本科“自動控制原理”課程或“自動控制原理實驗”課程教學工作，在與各專業(yè)知識的交叉融合上已積累了豐富的經(jīng)驗。

2)教學內(nèi)容及方式

傳播自動控制及系統(tǒng)的基本思想、方法、工程理念是自動化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程的教學共性。通過體系課程教學應使學生具備“3+3+N”型能力。

(1)三種思想:系統(tǒng)的思想、反饋的思想、工程的思想。

(2)三種基本方法:時域法、頻域法、根軌跡法。

(3)多專業(yè)工程應用:在所授各個專業(yè)工程項目中的應用。

在教學中以各專業(yè)工程實例為引線，把自動控制及系統(tǒng)的思想貫穿在對實例的認識、分析與設(shè)計的教學中。多采用啟發(fā)式、探究型的教學方法，合理運用板書與PPT結(jié)合教學方式。

3)教材選擇與建設(shè)

各專業(yè)的工程背景不同，導致研究的問題和研究側(cè)重點各異，被控對象的特性、控制系統(tǒng)的指標要求也有差別。本教學團隊已完成編寫教材《自動控制原理》上、下冊，并籌劃編寫其他適合本系列課程教學的《先進控制理論》和《智能控制基礎(chǔ)》等教材。

4)系列課程的網(wǎng)站建設(shè)

我校于2009年從清華大學引進了網(wǎng)上教學綜合平臺(EOL)并已全面推廣實施，其中大系列課程建設(shè)網(wǎng)絡平臺涵蓋了每個系列課程各類教學資源(如體系架構(gòu)、電子教案、各類輔助教學的文本材料、視頻、動畫、圖片、重點難點解析、案例分析、習題庫、試題庫、實踐指導等)。學生還可以在平臺上進行課前預習和課后復習，利用平臺交互式功能可及時反饋學生的問題。

2 多層化遞進式教學模式

教學團隊建立了以典型實際工程問題為驅(qū)動，堅持教學、科研、實踐相結(jié)合的教學模式。該模式包括基礎(chǔ)層、專業(yè)層和實訓層三個層次的教學項目，每層培養(yǎng)項目保持關(guān)聯(lián)和遞進，不同層次實踐項目的目的內(nèi)容與要求不同，訓練方法也各具特色。

1)基礎(chǔ)層

該環(huán)節(jié)包括了“自動控制原理”、“現(xiàn)代控制理論”、“計算機建模與仿真”、“Matlab實踐”、“系統(tǒng)辨識”、“智能控制”、“先進控制”、“過程控制”和“運動控制”等課程的深入學習，要求學生建立工程系統(tǒng)的思維方式，掌握自動控制理論與技術(shù)的基本知識，了解本專業(yè)學科前沿和最新發(fā)展動態(tài)。

2)專業(yè)層

利用團隊現(xiàn)有平臺資源，實現(xiàn)以基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、自選系統(tǒng)性實驗和課程設(shè)計為實踐平臺，將各類實踐、科創(chuàng)、實習、畢業(yè)設(shè)計或論文等環(huán)節(jié)融入專業(yè)教育，提高實踐課程量［3］，鍛煉學生利用理論知識解決實際控制問題的能力。

3)實訓層

利用學校實驗實踐資源和教師科研項目，讓學生進入實踐基地和教師的課題組，接觸實際工程項目，形成了以學生為實踐主體，以工程項目為控制實體的自動化專業(yè)系列課程工程應用模式，提高了學生自動控制技術(shù)的工程應用能力。

3 教師隊伍培養(yǎng)

1)積極開展研究性教學活動

以學生為中心，教師充當組織者、引導者與合作者的角色，盡力把學生引入獨立思考和動手的狀態(tài)，讓學生自主學習，盡情發(fā)揮。

2)重視提高研究型教師的知識體系更新能力

在本學院的新課程中，筆者所在教研組成功開設(shè)了“智能控制基礎(chǔ)”與“先進控制理論”兩門專業(yè)課，這與學生現(xiàn)有的知識能夠做到很好的銜接，實現(xiàn)了對已有教學體系的及時更新和有益補充。

3)提高研究型教師現(xiàn)代信息的獲取能力

本團隊通過提高整合信息技術(shù)與課程的能力，利用先進多媒體設(shè)備組織教學，及時傳遞各種新知識和新信息，從而實現(xiàn)了教學內(nèi)容呈現(xiàn)方式、學生學習方式和師生教學互動方式的變革。

4 集成化實驗平臺

實踐教學相對于理論教學更具直觀性、綜合性和創(chuàng)新性，是培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［4］。通過近三年的教學改革實踐，教學團隊已成功完成集成化實驗平臺的建立。

1)集成化實驗平臺建設(shè)的規(guī)劃

根據(jù)各工科專業(yè)對自動化專業(yè)基礎(chǔ)系列課程的不同要求，教學團隊制定了以控制理論和控制系統(tǒng)為核心、遠程實驗平臺為基礎(chǔ)的集成化實驗平臺。該平臺除了給學生開設(shè)基礎(chǔ)性和驗證性的實驗外，還增加了綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性以及開放性的實驗，打破按各課程自行設(shè)立實驗裝置的模式。

2)集成化實驗平臺建設(shè)的內(nèi)容

按照四級遞進式體系結(jié)構(gòu)建立集成化實驗平臺:一級實驗覆蓋了相關(guān)課程的基礎(chǔ)性、驗證性實驗;二級實驗覆蓋了相關(guān)課程的綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗;三級實驗選擇具有典型意義的控制對象構(gòu)建控制系統(tǒng)進行實驗;四級實驗覆蓋了開放性實驗與遠程自主實驗。

3)集成化實驗平臺建設(shè)的教學效果

通過實驗，學生不僅可以加深對專業(yè)課程的理解，更重要的是學生很自然地從系統(tǒng)工程的角度參與實驗，激勵學生自學相關(guān)內(nèi)容，尋找知識交叉點，努力拓寬知識面。

［1］ 馬鐵東，浮潔.自動化專業(yè)本科雙語教學現(xiàn)存主要問題及應對措施［J］.上海:實驗室研究與探索，2011，(10):283-286

［2］ 劉煥君.工科院校系列課程建設(shè)實施及其意義探析［J］.吉林:吉林建筑工程學院學報，2010，(5):104-106

［3］ 張立新，紀文剛，戴波，于靜，魏文淵.面向能力素質(zhì)培養(yǎng)的自動化專業(yè)系列課程建設(shè)［J］.上海:實驗室研究與探索，2011，(10):351-353

［4］ 董素玲.基于崗位能力“多層化”的實踐教學體系--以電氣自動化技術(shù)專業(yè)為例［J］.哈爾濱:黑龍江高教研究，2010，(9):148-150