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摘要：“自动控制原理”是电气工程及其自动化专业的重要专业基础课程，课程具有系统的理论体系，同时又密切联系实际工程。为适应电气工程及其自动化专业人才培养目标的需求，从教学内容、教学方法、实践教学等方面分析了该课程的教学特点，并提出相应的改革措施和方法。教学实践表明，这些改革方法取得了良好的教学效果，并有助于培养学生的创新意识，提高工程实践能力，为高素质电力工程技术人才培养提供了一套行之有效的教学模式。
关键词：自动控制原理；电气工程及其自动化；教学改革
作者简介：赵钰婷（1978-），女，吉林省吉林市人，东北电力大学电气工程学院，讲师；张虹（1973-），女，吉林省吉林市人，东北电力大学电气工程学院，副教授。（吉林 吉林 132012）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0038-02
“自动控制原理”为东北电力大学（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业的重要专业基础课程之一，该课程涉及的自动控制理论是电气工程领域分析问题、解决问题的重要理论基础，贯穿电气工程领域的各个方面。[1]
我校电气工程及其自动化专业培养目标为：培养能够从事电气工程及其自动化领域相关的工程设计、系统运行、研制开发、生产制造、试验检修、安装调试、信息处理等工作，具有较扎实基础理论和较宽的知识面，获得工程实际应用的基本训练，具有较强实践能力、创新意识和创业精神（“一实两创”）的高素质工程技术人才。随着电气学科的快速发展，原有教学内容和方法已不适应现代工程教育发展的需求，教学方法落后、教学模式单一等，也直接影响着教学质量和效果。如何结合电气工程及其自动化专业特色，进行课程改革是亟待解决的问题。
我校电气工程学院“自动控制原理”课程组在理论教学与实践教学中不断探索，面向电气工程及其自动化专业的特点，提出本课程相应的改革措施和方法。从教学内容、教学方法、实践教学等方面进行了深入的调研分析，并将之用于教学实践，在教学质量和人才培养方面取得了显著的效果。
一、优化教学内容
建立结构优化的课程体系是培养高素质工程技术人才的重要基础。我校电气工程及其自动化专业开设的“自动控制原理”、“电路原理”、“信号与系统”几门专业基础课程中，课程内容存在重复问题，在有限学时内应合理安排相关课程内容，避免重复，各有侧重。
例如“拉普拉斯变换”和“Z变换”同时为“自动控制原理”和“信号与系统”两门课程的教学内容，考虑到“自动控制原理”课程需突出控制理论的特色内容，因此本课程应重点讲解基于拉氏变换和Z变换得到的传递函数、脉冲传递函数等两种数学模型的定义及性质等；而把拉氏变换和Z变换的定义、性质及反变换等内容放在主要介绍信号变换方法的“信号与系统”课程中，从而避免了重复讲解，达到节省学时、优化教学内容的目的。
又如，同为“二阶系统的时域分析”的教学内容，在“电路原理”课程中以典型电路为例，侧重于讲解二阶电路响应的求解方法及电气参数对响应的影响，而在“自动控制原理”课程中则主要从闭环极点对响应的影响及系统的动态性能指标（上升时间、峰值时间、超调量、调整时间）进行分析。
由此可见，依据课程的授课目的，从不同侧重点、不同角度去设置教学内容，对于不同课程间重叠内容的优化能够起到关键作用。
二、突出专业特色
在讲授电气工程及其自动化的各门课程时，应以该专业的培养目标为引导，尽量结合本学科的理论和工程技术进行讲解，突出专业特色。
“自动控制原理”为电气工程及其自动化的专业基础课，是该专业基础课与专业课之间的桥梁，起着承上启下的作用。与该课程紧密联系的后续相关专业课程主要有“电力系统稳态分析”、“电力系统暂态分析”、“电力系统自动装置原理”、“电力系统调度自动化”等，这些课程中涉及到的如电力系统频率控制、电压控制、同步发电机励磁控制等内容都与自动控制理论密切相关。如果在“自动控制原理”的授课过程中，只讲授基本的控制理论，而不去和后续课程联系，不强调专业背景，就会使本课程与后续课程之间有一条不可逾越的鸿沟，学生也会认为学之无用。
为避免上述问题，注意到“自动控制原理”课程具有从数学、物理向工程实践过渡的特点，在对基本概念、基本原理和基本分析方法的讲解中，以电气工程领域为背景，以电力系统中的问题为工程实例进行讲解，强调工程方法的应用。让学生认识到自动控制基本理论能解决电气工程领域中的大量实际问题，理解其对电力系统的重要作用。加强应用实例分析，激发学生的学习兴趣和热情，掌握电气工程科学技术发展的最前沿信息。
自动控制理论中的稳定性理论、根轨迹分析、频域分析等内容为该课程的重要内容，授课过程中应结合电气工程专业特色。例如介绍线性定常系统的稳定性理论时，在给出稳定性的定义之后，可启发学生结合电力系统静态稳定的概念，对比两者之间的异同。又如，在介绍利用根轨迹分析控制系统性能时，可以“电力系统自动装置原理”课程中同步发电机励磁控制系统简化模型为例，绘制其根轨迹，进行励磁系统性能分析，在不满足稳定性及动态性能要求的情况下，增加并联校正微分负反馈网络，从而引入励磁系统空载稳定器的概念。使学生在掌握后续课程基础理论的同时，又能够了解电力系统典型的工程技术，激发对电气工程领域的学习兴趣。
三、探索教学方法
积极探索“启发式”教学方法，即教师采用提出问题—解决问题的方式进行教学，启发学生思考，进而培养学生独立解决问题的能力。在授课内容上重点介绍基本理论和基本方法，留出部分内容让学生通过自学的方式解决。在教学过程中选择合适的内容组织讨论课，不仅能活跃学生的学习气氛，还可以锻炼学生归纳问题和表达问题的能力，更重要的是调动了学生分析问题、探讨问题的积极性。在课后布置不同层次的思考题，使处在不同程度的学生的潜能都得到发挥，从而取得较好的教学效果。根据学科发展的情况，适当调整授课内容，在原有学时基本不变的情况下，增加学科的前沿知识介绍，如智能控制、模糊控制、自适应控制等，激发学生的学习兴趣。 同时，综合运用多种现代化教学手段，采用理论概念分析和计算机辅助设计、数字仿真相结合的方法进行教学，进一步改善教学效果。开发研制计算机辅助教学课件并进行相关教学，完成多媒体教学软件包的研制，并投入教学。通过现代化教学手段与传统板书的结合，既可以节省板书的书写时间，又丰富了信息量，教学效果得到明显提升。
四、建立实践培养体系
提高电力专业人才的实践能力和工程素质是实现“一实两创”特色人才培养的关键，实践教学对于提高学生的综合素质，培养学生的实践能力、创新意识和创业精神具有特殊意义。电气工程及其自动化专业人才培养能力定位为扎实掌握电气工程领域的基本理论、方法，并能灵活分析问题和解决问题，具有突出的实践能力和工程素质。做为本专业的重要专业基础课程，“自动控制原理”课程应注重理论联系实际，通过实践锻炼学生的能力，在课堂实验、课程设计、课外培养等环节建立完善的实践培养体系，构建“基础理论-技术-工程”结构的新课程体系，[2]从而提高人才培养质量。
1.课堂实验
注重学生实验能力的培养，为学生提供丰富的实验平台，开出的实验项目结合理论教学内容与现场实际。注重实验室平台的建设，基于试验箱的模拟实验与基于Matlab/Simulink的数字仿真实验相结合。研制自动控制理论虚拟实验平台，可用于实际系统的分析、综合与研究开发，使学生对科学研究产生浓厚的探索兴趣，是对传统模拟实验的有益补充。[3]通过该平台，将数字式实验与模拟实验相结合，学生既可以完成教学规定的实验内容，还可以设计自己感兴趣的综合性实验，为学生实践能力的培养提供良好的环境条件，提升学生的实际动手能力。
2.课程设计
为解决“自动控制原理”课程教学中重分析、轻综合的问题，增设以培养学生实践能力和创新能力为目的的课程设计环节，进行工程化训练。在课程设计中，结合专业特色，突出工程背景，指导学生进行综合性设计，如以电力系统实际模型为例，进行同步发电机励磁系统的设计与分析，利用控制理论中的根轨迹法、PID控制等基本理论，并增加利用Matlab软件仿真在设计中的应用比例。
3.课外培养
课外培养是学生综合素质协调发展和提高的重要途径。“自动控制原理”教学的课外培养内容应当与课内教学计划紧密配合、互相补充，体现循序渐进和因材施教的原则，构建完善的电力专业人才课外培养体系，为学生综合素质的提高搭建平台。具体方案如下：第一，鼓励学生积极参与和自动控制理论相关的科研课题，学习本学科的前沿知识，如人工智能控制、模糊控制等，开阔视野，锻炼实践能力和创新能力。第二，鼓励学生参加各种科技竞赛和专业竞赛，在竞赛中运用自动控制的基本理论和方法，提高学生综合应用所学专业知识的能力。第三，参观火电厂、水电厂 ，使学生了解电能生产的自动化过程，了解自动控制理论在电气工程专业领域的应用，激发学生的学习兴趣。
五、结语
课程建设与改革是长期而艰巨的任务，随着电气工程相关学科的不断发展，新理论、新技术将不断出现，课程内容必须适应新形势发展的需求。在本文上述教学措施及手段的推动下，我校电气工程及其自动化专业“自动控制原理”课程的教学改革取得了较好的教学效果，学生的实践能力、创新意识和创业精神得到了很好的提升。
参考文献：
[1]陈青.电气工程学科自动控制理论精品课程的建设与思考[A].第四届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文[C]，2007.
[2]李娟，朱罡，王秀云.电力系统及其自动化专业课程体系改革探讨[J].中国电力教育，2008，（13）：107-109.
[3]徐颖秦，潘丰.自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践[J].电力系统及其自动化学报，2012，24（2）：152-155.
（责任编辑：王意琴）
关键词：自动控制原理；电气工程及其自动化；教学改革
作者简介：赵钰婷（1978-），女，吉林省吉林市人，东北电力大学电气工程学院，讲师；张虹（1973-），女，吉林省吉林市人，东北电力大学电气工程学院，副教授。（吉林 吉林 132012）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0038-02
“自动控制原理”为东北电力大学（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业的重要专业基础课程之一，该课程涉及的自动控制理论是电气工程领域分析问题、解决问题的重要理论基础，贯穿电气工程领域的各个方面。[1]
我校电气工程及其自动化专业培养目标为：培养能够从事电气工程及其自动化领域相关的工程设计、系统运行、研制开发、生产制造、试验检修、安装调试、信息处理等工作，具有较扎实基础理论和较宽的知识面，获得工程实际应用的基本训练，具有较强实践能力、创新意识和创业精神（“一实两创”）的高素质工程技术人才。随着电气学科的快速发展，原有教学内容和方法已不适应现代工程教育发展的需求，教学方法落后、教学模式单一等，也直接影响着教学质量和效果。如何结合电气工程及其自动化专业特色，进行课程改革是亟待解决的问题。
我校电气工程学院“自动控制原理”课程组在理论教学与实践教学中不断探索，面向电气工程及其自动化专业的特点，提出本课程相应的改革措施和方法。从教学内容、教学方法、实践教学等方面进行了深入的调研分析，并将之用于教学实践，在教学质量和人才培养方面取得了显著的效果。
一、优化教学内容
建立结构优化的课程体系是培养高素质工程技术人才的重要基础。我校电气工程及其自动化专业开设的“自动控制原理”、“电路原理”、“信号与系统”几门专业基础课程中，课程内容存在重复问题，在有限学时内应合理安排相关课程内容，避免重复，各有侧重。
例如“拉普拉斯变换”和“Z变换”同时为“自动控制原理”和“信号与系统”两门课程的教学内容，考虑到“自动控制原理”课程需突出控制理论的特色内容，因此本课程应重点讲解基于拉氏变换和Z变换得到的传递函数、脉冲传递函数等两种数学模型的定义及性质等；而把拉氏变换和Z变换的定义、性质及反变换等内容放在主要介绍信号变换方法的“信号与系统”课程中，从而避免了重复讲解，达到节省学时、优化教学内容的目的。
又如，同为“二阶系统的时域分析”的教学内容，在“电路原理”课程中以典型电路为例，侧重于讲解二阶电路响应的求解方法及电气参数对响应的影响，而在“自动控制原理”课程中则主要从闭环极点对响应的影响及系统的动态性能指标（上升时间、峰值时间、超调量、调整时间）进行分析。
由此可见，依据课程的授课目的，从不同侧重点、不同角度去设置教学内容，对于不同课程间重叠内容的优化能够起到关键作用。
二、突出专业特色
在讲授电气工程及其自动化的各门课程时，应以该专业的培养目标为引导，尽量结合本学科的理论和工程技术进行讲解，突出专业特色。
“自动控制原理”为电气工程及其自动化的专业基础课，是该专业基础课与专业课之间的桥梁，起着承上启下的作用。与该课程紧密联系的后续相关专业课程主要有“电力系统稳态分析”、“电力系统暂态分析”、“电力系统自动装置原理”、“电力系统调度自动化”等，这些课程中涉及到的如电力系统频率控制、电压控制、同步发电机励磁控制等内容都与自动控制理论密切相关。如果在“自动控制原理”的授课过程中，只讲授基本的控制理论，而不去和后续课程联系，不强调专业背景，就会使本课程与后续课程之间有一条不可逾越的鸿沟，学生也会认为学之无用。
为避免上述问题，注意到“自动控制原理”课程具有从数学、物理向工程实践过渡的特点，在对基本概念、基本原理和基本分析方法的讲解中，以电气工程领域为背景，以电力系统中的问题为工程实例进行讲解，强调工程方法的应用。让学生认识到自动控制基本理论能解决电气工程领域中的大量实际问题，理解其对电力系统的重要作用。加强应用实例分析，激发学生的学习兴趣和热情，掌握电气工程科学技术发展的最前沿信息。
自动控制理论中的稳定性理论、根轨迹分析、频域分析等内容为该课程的重要内容，授课过程中应结合电气工程专业特色。例如介绍线性定常系统的稳定性理论时，在给出稳定性的定义之后，可启发学生结合电力系统静态稳定的概念，对比两者之间的异同。又如，在介绍利用根轨迹分析控制系统性能时，可以“电力系统自动装置原理”课程中同步发电机励磁控制系统简化模型为例，绘制其根轨迹，进行励磁系统性能分析，在不满足稳定性及动态性能要求的情况下，增加并联校正微分负反馈网络，从而引入励磁系统空载稳定器的概念。使学生在掌握后续课程基础理论的同时，又能够了解电力系统典型的工程技术，激发对电气工程领域的学习兴趣。
三、探索教学方法
积极探索“启发式”教学方法，即教师采用提出问题—解决问题的方式进行教学，启发学生思考，进而培养学生独立解决问题的能力。在授课内容上重点介绍基本理论和基本方法，留出部分内容让学生通过自学的方式解决。在教学过程中选择合适的内容组织讨论课，不仅能活跃学生的学习气氛，还可以锻炼学生归纳问题和表达问题的能力，更重要的是调动了学生分析问题、探讨问题的积极性。在课后布置不同层次的思考题，使处在不同程度的学生的潜能都得到发挥，从而取得较好的教学效果。根据学科发展的情况，适当调整授课内容，在原有学时基本不变的情况下，增加学科的前沿知识介绍，如智能控制、模糊控制、自适应控制等，激发学生的学习兴趣。 同时，综合运用多种现代化教学手段，采用理论概念分析和计算机辅助设计、数字仿真相结合的方法进行教学，进一步改善教学效果。开发研制计算机辅助教学课件并进行相关教学，完成多媒体教学软件包的研制，并投入教学。通过现代化教学手段与传统板书的结合，既可以节省板书的书写时间，又丰富了信息量，教学效果得到明显提升。
四、建立实践培养体系
提高电力专业人才的实践能力和工程素质是实现“一实两创”特色人才培养的关键，实践教学对于提高学生的综合素质，培养学生的实践能力、创新意识和创业精神具有特殊意义。电气工程及其自动化专业人才培养能力定位为扎实掌握电气工程领域的基本理论、方法，并能灵活分析问题和解决问题，具有突出的实践能力和工程素质。做为本专业的重要专业基础课程，“自动控制原理”课程应注重理论联系实际，通过实践锻炼学生的能力，在课堂实验、课程设计、课外培养等环节建立完善的实践培养体系，构建“基础理论-技术-工程”结构的新课程体系，[2]从而提高人才培养质量。
1.课堂实验
注重学生实验能力的培养，为学生提供丰富的实验平台，开出的实验项目结合理论教学内容与现场实际。注重实验室平台的建设，基于试验箱的模拟实验与基于Matlab/Simulink的数字仿真实验相结合。研制自动控制理论虚拟实验平台，可用于实际系统的分析、综合与研究开发，使学生对科学研究产生浓厚的探索兴趣，是对传统模拟实验的有益补充。[3]通过该平台，将数字式实验与模拟实验相结合，学生既可以完成教学规定的实验内容，还可以设计自己感兴趣的综合性实验，为学生实践能力的培养提供良好的环境条件，提升学生的实际动手能力。
2.课程设计
为解决“自动控制原理”课程教学中重分析、轻综合的问题，增设以培养学生实践能力和创新能力为目的的课程设计环节，进行工程化训练。在课程设计中，结合专业特色，突出工程背景，指导学生进行综合性设计，如以电力系统实际模型为例，进行同步发电机励磁系统的设计与分析，利用控制理论中的根轨迹法、PID控制等基本理论，并增加利用Matlab软件仿真在设计中的应用比例。
3.课外培养
课外培养是学生综合素质协调发展和提高的重要途径。“自动控制原理”教学的课外培养内容应当与课内教学计划紧密配合、互相补充，体现循序渐进和因材施教的原则，构建完善的电力专业人才课外培养体系，为学生综合素质的提高搭建平台。具体方案如下：第一，鼓励学生积极参与和自动控制理论相关的科研课题，学习本学科的前沿知识，如人工智能控制、模糊控制等，开阔视野，锻炼实践能力和创新能力。第二，鼓励学生参加各种科技竞赛和专业竞赛，在竞赛中运用自动控制的基本理论和方法，提高学生综合应用所学专业知识的能力。第三，参观火电厂、水电厂 ，使学生了解电能生产的自动化过程，了解自动控制理论在电气工程专业领域的应用，激发学生的学习兴趣。
五、结语
课程建设与改革是长期而艰巨的任务，随着电气工程相关学科的不断发展，新理论、新技术将不断出现，课程内容必须适应新形势发展的需求。在本文上述教学措施及手段的推动下，我校电气工程及其自动化专业“自动控制原理”课程的教学改革取得了较好的教学效果，学生的实践能力、创新意识和创业精神得到了很好的提升。
参考文献：
[1]陈青.电气工程学科自动控制理论精品课程的建设与思考[A].第四届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文[C]，2007.
[2]李娟，朱罡，王秀云.电力系统及其自动化专业课程体系改革探讨[J].中国电力教育，2008，（13）：107-109.
[3]徐颖秦，潘丰.自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践[J].电力系统及其自动化学报，2012，24（2）：152-155.
（责任编辑：王意琴）