電子信息工程專業“自動控制原理”課程教學改革

王慶鳳+謝田雨+谷昱

（吉林大學 電子科學與工程學院，吉林 長春 130012）

摘要：針對電子信息工程專業“自動控制原理”的課程特點，本文提出建立電子信息類專業“自動控制原理”課程分階段進行Course Recitation的多媒體課堂教學與基于吉林大學課程中心的網絡教學相結合的多元化理論教學模式；建立基于Labview和Matlab/Simscape的遠程虛擬實驗平臺與基于Seminar的課程設計相結合的立體化的自主實踐教學模式。

關鍵詞：自動控制原理；教學改革；虛擬實驗；Seminar教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）49-0087-02

“自動控制原理”是工程類學生的重要專業基礎課，也是一門理論性和工程實踐性很強的課程，在整個專業課程體系中占據著非常重要的地位[1-2]。雖然文獻[3-4]等在自動控制原理的教學改革方面做出了許多工作，但其研究內容并不能直接適用于電子信息工程專業的教學實踐中。因此，筆者結合本專業學生基礎、學校政策及多年來的教學實踐，總結了電子信息工程專業本門課程的教學特點，開展了一系列的教學改革探索與實踐。

一、“自動控制原理”課程特點

（1）理論性強，涉及多方面的數理知識。（2）理論推導與工程實際的關聯難于理解及掌握。（3）實踐環節必不可少。面對以上問題，筆者從理論教學模式和實踐教學模式兩個方面，提出了教學改革的措施，使學生從細節到整體地學好該課程。具體方案如圖1所示。

二、理論教學模式改革

（一）分階段進行Course Recitation的理論課堂教學

借鑒筆者作為訪問學者期間了解到的美國大學本科課程的教學特點，引入Course Recitation教學。制定適合電子信息工程專業的“數學模型的建立→時域分析法→頻域分析法→校正方法→離散控制系統分析”五個主要教學內容模塊，同時就某一問題或知識點或學生的所提問題，明晰各知識點之間的聯系，與學生進行討論，建立問題庫，這種方式即為Course Recitation教學。

（二）引入基于Matlab的微虛擬實驗演示，設計精良的板書與多媒體相結合的課堂教學

對系統建模、分析和綜合等各個模塊的課堂教學中借助Matlab展示虛擬微實驗的具體內容和過程，提高學生對基礎理論知識點的理解和實踐能力的培養。制定包括“Matlab與Simulink模塊介紹→Matlab中系統建模方法→Matlab中線性系統時域分析→Matlab中線性系統頻域分析→Matlab中線性系統的校正方法→Matlab中離散控制系統分析”幾個模塊，以1或2個例子演示每一模塊的重要實踐內容。同時，教師設計合理、易理解的板書形式，板書內容以理論推導和過程為主；對于該課程教學內容中的各種圖形、時域分析和頻域分析的方法等以多媒體的動畫、圖形等呈現給學生。

（三）利用吉林大學課程中心構建“自動控制原理”網絡課程資源

主要功能包括課程介紹（使學生對教學內容、教學大綱、課程特點、學習方法等有個總體認識）、課程資源（包括參考教材、教學ppt、典型習題、教學視頻、仿真軟件等）、習題及解答（作業布置、提交、批閱、在線測試）、實驗教學部分（仿真平臺、實驗指導和課程設計）、在線討論交流等。另外，該網絡資源的特色是加入各種電子設計大賽的設計內容，詳細的分析歷屆電子設計大賽中涉及到自動化裝置的題目、內容及設計過程。該網絡課程包含資源豐富，能為教師和學生之間、學生和學生之間提供良好的交流平臺。

三、自主實踐教學模式改革

沒有實驗課程，勢必造成理論與實踐的脫節，需要通過自主實驗和課程設計來強化工程實踐及創新能力的培養。

（一）基于Labview與Matlab/Simscape的遠程虛擬實驗平臺的實踐教學模式

Labview采用圖形化的編程方式，提供了像旋鈕、溫度計和波形圖等控件，可以很直觀的建立前面板，調整不同的控件即可對程序進行調整。Matlab中的Simulink模塊可以靈活多變的進行模型的搭建，很清晰地看到程序流程并且跟真實情況十分接近。此平臺能實現控制系統的界面輸入、輸出及控制，能在線調節器件或儀器參數，觀察對電路的性能影響，無須重新設置再仿真，直觀看到參數變化對系統性能的影響。另外，利用Labview的遠程發布功能，搭建基于服務器/瀏覽器的遠程虛擬實驗仿真平臺，使學生能在任何可以上網的地方進行虛擬實驗；也能進行與數據采集系統等硬件系統的聯合實驗仿真，為電子設計和畢業設計等綜合實踐打好基礎。

（二）基于Seminar的課程設計案例的實踐教學模式

為學生提供兩個課程設計：倒立擺控制系統設計、室溫控制系統校正裝置設計。學生可以根據興趣選擇涉及電、磁、力、熱、液等系統；將以學生進行報告、討論為內容的Seminar教學模式引入到該課程的教學中，能充分激活和展現學生的內在認識潛能。基于該課程特點，可穿插Seminar教學模式，根據2次課程設計，進行2次Seminar教學。教學過程包括：課程設計任務布置、獨立完成課程設計（包含系統性能分析，校正控制器設計）、分組討論、組長講解、提交報告、成績評定等。

四、結束語

筆者根據電子信息工程專業“自動控制原理”課程的特點以及目前教學中存在的問題，從理論教學模式和實踐教學模式兩個方面提出了相應的改革措施。教學實踐證明，采取的這些措施有效地改善了課程教學效果，提高了學生的學習積極性、知識掌握程度和應用知識解決實際問題的能力。

參考文獻：

[1]強盛，史小平，何朕.基于項目的“自動控制原理課程設計”改革探索[J].實驗室研究與探索，2013，（11）：416-418.

[2]李明大，劉小河，管萍，劉麗華.“自動控制原理”教學改革探索[J].教育教學論壇，2016，（16）：112-113.

[3]楊麗艷，李虹，柏艷紅.基于RTWT的自動控制原理實驗設計與實現[J].實驗技術與管理，2015，（32）：123-126.

[4]席雷平，陳自力，李小民.基于校園網的自動控制原理網絡課程構建[J].中國教育技術裝備，2015，（4）： 40-41.

[5]劉金頌，張慶陽，蘇曉峰，楊蕾.Matlab軟件在自動控制原理實驗中的應用[J].實驗技術與管理，2015，（31）： 138-140.

[6]張國云，榮軍，丁躍澆，李宏民，李武.Matlab在自動控制原理教學中的應用[J].電子技術教育，2015，（1）：71-74.