工程教育專業認證下《自動控制原理》課程教學改革研究

李俊紅　王娟　劉羨飛　張玉芳

摘 要 工程教育專業認證是保證和改進高等工程教育質量的重要手段，是工程教育走向國際化的必然之路。自動控制原理是電氣工程及其自動化專業的一門重要的專業課。為了工程教育專業認證下對人才培養的要求，課程組參照工程教育專業認證標準，分析當前自動控制原理課程教學現狀及存在的問題，以學生能力全面提升為目標，進行了一系列的教學改革：修訂了教學大綱，明確了畢業要求指標點；改革了教學方式，針對該課程的特點，將工程案例教學、項目教學與傳統的理論講授相結合；充分發揮網絡教學平臺作用，提高學生的學習自主性；改變考核方式，使學生真正從興趣出發去學習并掌握自動控制技術，提高學生的綜合素質。

關鍵詞 工程教育專業認證 自動控制原理 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

1工程教育專業認證背景

2013年6月，中國正式成為《華盛頓協議》臨時成員國，我國工程教育專業認證進入了實質性的實施階段。通過工程教育專業認證，用新穎的育人理念促進高等教育人才培養模式的改革，有助于我校未來工程師“畢業生”獲得通行國際的執業資格，因此很多高校都非常重視工程教育專業認證工作。

為了進一步深化工程教育改革，建立高校工程專業與一流企業人才培養的雙贏體制，使我校工程教育與國際化接軌，實現與國際工程教育專業之間的實質性互認，提升國際競爭力，我校欲開展電氣工程及其自動化專業的工程教育專業認證。《自動控制原理》作為電氣工程及其自動化專業的一門專業必修課和學位課，開展了一系列的教學改革工作。本文介紹工程教育認證背景下電氣工程及其自動化專業專業自動控制原理的課程建設情況。

2《自動控制原理》課程指標達成評價

《自動控制原理》主要講述自動控制系統分析及設計的基本理論、基本方法和一般規律。該課程是電氣工程及其自動化專業、自動化專業以及智能控制的專業必修課，也是一門學位課，是學生后續專業課程學習、工程實習以及畢業設計的重要基礎。通過該課程的學習，使學生掌握線性定常連續系統以及離散系統、非線性系統的分析與綜合方法，能夠分析控制系統的性能以及根據性能指標設計控制系統。

本課程重點支持以下畢業要求指標點：

（1）具備工程基礎知識，以用于解決電氣工程及其自動化專業領域的復雜工程問題。

（2）能運用數學、自然科學、工程基礎和專業知識，識別和判斷復雜電氣工程問題的關鍵環節和參數，描述和求解復雜電氣工程系統或過程，以獲得有效結論。

3教學方法改革

由于“自動控制原理”課程所用的數學知識較多，為了避免學生在學習過程中感覺枯燥，在教學方法上，除了傳統的理論講授外，還添加了案例教學、項目教學、網絡教學平臺等教學方式。但由于本課程的有些內容由于理論性較強，因此以理論性教學為主，比如第三章“線性系統的時域分析法”、第八章“非線性控制系統分析”，通過黑板板書和理論推導，讓學生很好地掌握這部分內容。

為了讓學生充分理解所學控制理論的知識，我們在講授過程中注重理論與實際的結合，在教學過程中引入多個教學案例，比如在講述第一章時，可以給出電加熱爐的溫度控制、空調調節室溫等大量的例子，學生掌握控制系統反饋控制的基本原理。給出一個抽水馬桶水位控制案例或其他合適案例的作業，要求學生正確分析、識別及表達。在講述第二章“控制系統的數學模型”時，可以結合實際中的一些系統，比如RLC電網絡、運算放大器電路、質量塊-彈簧-阻尼器系統等教學案例，使學生掌握微分方程和傳遞函數模型的建立方法。給出一個RLC復雜電路以及質量-彈簧-阻尼器系統，要求學生分析兩種控制系統的異同點。在講述第六章“線性系統的校正方法”時，以水箱液位控制系統作為案例，利用MATLAB軟件進行PID控制的演示。讓學生了解比例Kp，積分Ki，微分Kd對控制系統性能的影響。

此外，可以引入實驗室的旋轉式倒立擺系統作為工程案例，并貫穿于整個教學過程。比如，在控制系統的數學模型時，針對實驗室的旋轉式倒立擺系統，利用力學知識對懸臂及擺桿的受力進行分析，線性化后得出它的數學模型。在講述第六章控制系統的校正時，同樣結合旋轉式倒立擺系統，設計PID控制器，實現對它的有效控制。通過引入旋轉式倒立擺控制系統的實例，讓學生了解控制理論的實際應用，激發學習興趣。

4發揮網絡教學平臺作用

自動控制理論課程包含大量的數學推導，有些同學在課堂上對某些知識點掌握不牢。因此，我們已經在Blackboard網絡教學平臺上建成《自動化控制原理》網絡課程，已經上傳了課程所需的基本資料。通過引入網絡教學，為教育提供全新的理論、模式和方法。網絡教學開拓了教育空間，能夠以直觀、形象、具體、生動的方式呈現學習內容，可以使傳統的靜態的書本教材轉變為由聲音、圖像、文本等構成的動態的教材，使控制理論中抽象的概念形象化，枯燥的理論生動化，從而使難學難教的課程變得容易。目前利用教學平臺進行過多輪信息化輔助教學，并有一定量的學生訪問，很好得使用了課程資源，運行效果良好，學生紛紛表示收獲比較大。目前已經在討論版發布互動信息，學生也可以提出自己的問題。通過該網絡教學平臺的建立，激發了學生的學習興趣，提高了教學效果，使該課程的教學質量和教學效果都上了一個新的臺階。

5教學內容與考核方式改革

在教學內容上，調整了部分教學內容和學時分配。目前本門課程總學時為80學時，理論教學內容共為8章，共計68學時，實驗教學部分包括5個實驗，共計12學時，實驗部分大部分為設計性及綜合性實驗。在理論教學中，除了介紹教科書上的內容外，還給學生添加最新控制理論的進展。課程組每年安排主講教師參加中國控制會議、中國控制與決策會議等控制領域中的國內外重要會議，聽取本領域專家的大會報告并與參會代表交流，將自己的收獲和所得在課堂講授過程中向學生滲透。并結合教師的科研方向及科研進展等，向同學灌輸人工智能、智能控制等領域內的最新方法，開闊學生的視野，提高學生的綜合素質。endprint

課程考核的目的是檢查和了解學生對本門課程內容的掌握程度，考核學生對自動控制系統的基本原理、分析及設計的了解和掌握情況。通過本課程的學習，學生應對自動控制系統的分析和設計方法有一定的了解和掌握。本門課程的考核分期末考核和平時成績兩部分，期末考試成績占總成績的70%。為了提高學生的綜合素質，我們對題型進行了修改，期末試卷題型分填空題、簡答題以及計算題。其中填空題，側重考核學生對自動控制原理相關知識點的掌握程度，簡答題考核學生對控制系統的，計算題側重考核學生對自動控制系統分析、設計的掌握程度。

平時成績占總成績的30%，平時成績由作業（30%）、實驗（30%）、期中考試（40%）等組成，各環節所占比重根據學習反饋效果、能力達成度適當調整。其中，作業、期中考試等環節側重考核學生對自動控制原理相關理論知識點的掌握程度；實驗則考核學生實驗設計、實驗結果分析能力，以及報告撰寫能力。增加了對學生實踐能力的考核，重視實驗預習、實驗操作以及實驗報告的撰寫，提高了學生動手能力以及實驗數據分析的能力。

6結語

自動控制原理是電氣工程及自動化專業的一門重要專業課，對照電氣工程及自動化專業工程教育認證標準，自動控制原理課程進行了一系列的教學改革，包括大綱修訂、教學方式改革、網絡教學平臺建設、教學內容及考核方式改革等，以培養行業認可的復合型工程人才為導向，以學生為本，以學生能力的全面提升為目標來組織和持續改進，為培養優秀的工程師人才發揮更大的作用。

基金項目：項目來源：江蘇高校品牌專業建設工程資助項目。

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