盧曉紅　王殿龍　陳星　任宗金

摘要：面向機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的《自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程，應(yīng)該有別于面向自動(dòng)化和電氣專(zhuān)業(yè)的《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》或《自動(dòng)控制原理》，應(yīng)該是控制工程、機(jī)械測(cè)試技術(shù)等課程的出口，為后繼的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供必要的理論基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握分析解決工程問(wèn)題的能力。在調(diào)研國(guó)內(nèi)外高校開(kāi)設(shè)的自動(dòng)控制相關(guān)課程基礎(chǔ)上，通過(guò)改革課程知識(shí)體系，改良教學(xué)內(nèi)容，初步形成了課程知識(shí)體系及教學(xué)內(nèi)容建設(shè)方案；推行案例教學(xué)及Seminar教學(xué)模式；采用閉卷考試、seminar成績(jī)?cè)u(píng)定及平時(shí)成績(jī)考核相結(jié)合的課程考核方式。最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生自動(dòng)控制創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制系統(tǒng)；機(jī)械專(zhuān)業(yè)；Seminar教學(xué)；考核

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）03-0084-02

在美國(guó)，很多知名大學(xué)機(jī)械工程系都開(kāi)設(shè)自動(dòng)控制相關(guān)課程。具體如下：普渡大學(xué)開(kāi)設(shè)《自動(dòng)控制系統(tǒng)》（Automatic Control Systems）和《制造過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制》（Computer Control of Manufacturing Processes）課程；普林斯頓大學(xué)開(kāi)設(shè)《微處理器測(cè)量/控制》（Microprocessors for Measurement/Control）和《現(xiàn)代控制》（Modern Control）課程；康奈爾大學(xué)開(kāi)設(shè)《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(xué)開(kāi)設(shè)《工業(yè)控制系統(tǒng)》（Industrial Control Systems）和《機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制》（Computer Cntrl of Mech Systems）課程；佐治亞理工大學(xué)開(kāi)設(shè)《制造系統(tǒng)的微機(jī)控制》（Microprocessor Control of Manufacturing Systems）課程；密歇根大學(xué)安娜堡分校開(kāi)設(shè)《自動(dòng)控制》（Automatic Control）；加州伯克利大學(xué)開(kāi)設(shè)《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(xué)開(kāi)設(shè)《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(xué)開(kāi)設(shè)《反饋控制設(shè)計(jì)》（Feedback Control Design）和《控制設(shè)計(jì)技術(shù)介紹》（Introduction to Control Design Techniques）。在國(guó)內(nèi)有100多所大專(zhuān)院校都面向機(jī)械專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)自動(dòng)控制、微機(jī)控制相關(guān)課程，其中清華大學(xué)精密儀器系面向本科生開(kāi)設(shè)《數(shù)字控制技術(shù)》；浙江大學(xué)面向機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)《微機(jī)控制技術(shù)》。通過(guò)上述分析可以看出，面向機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的《自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程，應(yīng)該有別于面向自動(dòng)化和電氣專(zhuān)業(yè)的《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》[1][2]或《自動(dòng)控制原理》[3][4]，應(yīng)該是控制工程、機(jī)械測(cè)試技術(shù)等課程的出口，為后繼的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供必要的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握分析解決工程問(wèn)題的能力。我校是教育部批準(zhǔn)實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的高校，機(jī)械專(zhuān)業(yè)是首批進(jìn)入該計(jì)劃的專(zhuān)業(yè)之一。為貫徹學(xué)校對(duì)本科生實(shí)施精英教育及培養(yǎng)精英人才的整體定位，落實(shí)“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的指導(dǎo)思想，我們對(duì)現(xiàn)有機(jī)械專(zhuān)業(yè)的課程體系進(jìn)行了梳理和調(diào)整，以適應(yīng)工程能力素質(zhì)培養(yǎng)為主線(xiàn)的“卓越工程師”人才培養(yǎng)模式。其中，《自動(dòng)控制系統(tǒng)》是機(jī)械專(zhuān)業(yè)的主干課程之一，其教學(xué)效果關(guān)系本專(zhuān)業(yè)“卓越工程師”的預(yù)期能力培養(yǎng)，因此該課程教學(xué)體系改革具有重要意義。

一、課程知識(shí)體系及教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

《自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程應(yīng)結(jié)合工業(yè)自動(dòng)化實(shí)踐，融合控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，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(jiǎn)單回顧），以工控機(jī)為工具，相應(yīng)的硬件技術(shù)和軟件技術(shù)結(jié)合為手段，系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)為目的，從而實(shí)現(xiàn)理論、技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。在保證課程基本內(nèi)容完整性的前提下，根據(jù)專(zhuān)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(shè)的需要，結(jié)合我校專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和需要，在總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借鑒其他高校自動(dòng)控制相關(guān)課程多媒體教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，增加實(shí)際工程案例視頻，進(jìn)一步完善和豐富本課程的教學(xué)課件。搜索當(dāng)前國(guó)際上與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的先進(jìn)科研成果與工程實(shí)例，將最新的科研成果不斷地引進(jìn)到教學(xué)體系中，將課堂教學(xué)與科研緊密結(jié)合，豐富學(xué)生的工程實(shí)踐知識(shí)，提高其知識(shí)應(yīng)用能力。在上課過(guò)程中，通過(guò)機(jī)器人及其控制系統(tǒng)，汽車(chē)?yán)锏淖詣?dòng)控制技術(shù)，數(shù)控機(jī)床，樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)等視頻案例，直觀地讓學(xué)生了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)用性和先進(jìn)性。讓學(xué)生對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)、反饋及控制環(huán)節(jié)有直觀的認(rèn)識(shí)；在學(xué)生頭腦中形成一種穩(wěn)固的自動(dòng)控制理念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制知識(shí)的應(yīng)用和創(chuàng)造的能力。在教學(xué)過(guò)程中重點(diǎn)講述基本概念、基本原理和基本方法。尤其隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，在課程中側(cè)重于離散化控制系統(tǒng)的講授，通過(guò)典型示例，強(qiáng)化自動(dòng)控制系統(tǒng)的工程實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生看到的不僅是一個(gè)個(gè)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(xué)生體會(huì)到應(yīng)用自動(dòng)控制知識(shí)解決具體工程術(shù)問(wèn)題的樂(lè)趣，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、案例教學(xué)及Seminar教學(xué)模式

自動(dòng)控制系統(tǒng)是工程性極強(qiáng)的一門(mén)課程，圖例較多，如系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的響應(yīng)波形、基本單元的控制電路等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以使學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)得到綜合培養(yǎng)。但目前自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限、實(shí)驗(yàn)設(shè)施有限，要改進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)，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(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的內(nèi)容，制作拓寬性演示實(shí)驗(yàn)，建立可視化演示平臺(tái)，介紹工程實(shí)例。不但可以增加教學(xué)信息量，而且對(duì)插圖和課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)反復(fù)地進(jìn)行指點(diǎn)和回顧，便于學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容。另外，學(xué)生可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，觀察控制效果，有利于提高課程的教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生多方位、立體式接觸新知識(shí)，開(kāi)闊學(xué)生的知識(shí)視野。使學(xué)生深刻理解所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)工程觀念，樹(shù)立工程意識(shí)，為學(xué)生后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)及參加的工程工作奠定基礎(chǔ)。此外，還也能節(jié)省實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投資。嘗試在授課過(guò)程中加入3節(jié)Seminar課程，Seminar意譯為研討課[5]。這種教學(xué)模式在歐美較多采用，但在我國(guó)，還處于探索階段。可以將學(xué)生分成幾個(gè)小組，授課教師給定題目范圍，讓學(xué)生提出控制方案，從傳感器的選擇，到控制器的設(shè)計(jì)，都由學(xué)生通過(guò)運(yùn)用所教內(nèi)容和提供的參考書(shū)目自主完成。也可以由學(xué)生根據(jù)興趣自由選題，鼓勵(lì)學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)及網(wǎng)上資源，以達(dá)到充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，促進(jìn)學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，為培養(yǎng)研究型人才及工程應(yīng)用人才奠定基礎(chǔ)。

三、課程考核方式及內(nèi)容的研究

由于閉卷考試的方式評(píng)分比較客觀、公證，而且期未閉卷考試會(huì)促進(jìn)學(xué)生對(duì)整個(gè)課程內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)深入的復(fù)習(xí)，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(shí)，考慮seminar課程的成績(jī)?cè)u(píng)定，比例初步確定為30%。seminar評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮學(xué)生的查閱資料能力、總結(jié)能力、課堂表現(xiàn)能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力及獨(dú)立完成科研任務(wù)的能力等上面。和助教一起按照各分項(xiàng)打分。此外，平時(shí)成績(jī)占10%，考量依據(jù)來(lái)源于平時(shí)的出勤及作業(yè)質(zhì)量。

通過(guò)機(jī)械專(zhuān)業(yè)“自動(dòng)控制系統(tǒng)”教學(xué)體系改革研究，初步形成了課程知識(shí)體系及教學(xué)內(nèi)容建設(shè)方案；積極推行案例教學(xué)及Seminar教學(xué)模式；采用閉卷考試、seminar成績(jī)?cè)u(píng)定及平時(shí)成績(jī)考核的課程綜合考核方式?！蹲詣?dòng)控制系統(tǒng)》課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，結(jié)合國(guó)家需求及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情；結(jié)合科研項(xiàng)目及工程實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)，保證授課內(nèi)容充實(shí)、生動(dòng)；以任務(wù)為導(dǎo)向，對(duì)學(xué)生進(jìn)行積極、有效引導(dǎo)。使學(xué)生具有廣闊的發(fā)揮聰明才智的空間，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的目的。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]周武能，石紅瑞.自動(dòng)控制原理教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教學(xué)研究，2010，33（1）63-66.

[4]孫昌躍，歐青立《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2014，6（11）：44-46.

[5]林培錦.Seminar在大學(xué)本科教學(xué)中的價(jià)值及應(yīng)用[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2010，32（1）：32-36.