论文部分内容阅读
摘 要：根据“卓越计划”的目标和社会对自动化专业人才的需求，针对自动化专业的主干课程自动控制原理目前教学中存在的问题，通过增加实践环节的教学，注重自动控制原理和工程实践相结合，并把卓越工程师培养计划的理念贯穿于该课程的学习中，使学生感到自动控制原理不再是一门纯理论的课程，而是一门工程实践课程，从而培养学生的动手能力和创新能力。
关键词：卓越计划；自动化；自动控制原理；创新能力
从近几年对高校毕业生在企业的工作状况调查来看，企业对高校毕业生的总体评价是：普遍缺乏对现代企业工作流程和文化的了解，动手能力差，上岗适应慢，缺乏团队工作经验和沟通能力，缺乏创新能力。这些成为毕业生日后在企业发展的瓶颈。针对这种情况，2010年6月，教育部联合有关部门和行业协会共同在相关高校中组织实施“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)，并在多个专业进行试点。该计划实施的范围包括工科的本科生、硕士研究生、博士研究生三个层次，旨在培养一大批创新能力强、动手能力强、实践能力强的高质量工程技术人才。“卓越计划”具有三个特点：一是强化培养学生的工程能力和创新能力；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是行业企业深度参与培养过程。我校是教育部批准实施“卓越计划”的高校，电气工程及其自动化专业是首批进入该计划的专业之一。自动控制原理是电气工程及其自动化专业的主干课程之一，因此该课程教学改革的探索和实施为本专业实施“卓越计划”奠定了基础，具有现实意义。
1 目前存在的教学问题
目前，自动控制原理课程主要以理论教学为主，以验证性实验为辅。初学者感觉比较困难，主要是这门课程理论性强，概念多而且抽象化，分析方法中计算量比较多，在整个教学过程中难以把握系统的整体性，难以把控制理论的分析方法应用到实际的控制系统中。而且这门课程是后续课程的基础，学生往往不能较好地将自动控制原理的知识运用到其他课程中，如在自动控制原理课程中学习了比例、积分、微分环节的传递函数及微分方程，当在后续课程中遇到PID控制器的时候，只能写出相应的传递函数，而不能画出相应的电路图，更不能设计出相应的控制器，也就是无法把在自动控制原理课程中学到的知识实用化和具体化。再比如分析控制系统的稳态性能和暂态性能，有的学生只知道计算控制系统的动态和静态性能指标，而在实验过程中无法理解这些性能指标的含义，或者当实验出现波形之后，无法调节参数使系统达到较好的性能指标。这样，学生学习了这门课程之后，只觉得学到了一些理论知识，而不能深入掌握真正控制系统的分析方法，给后续课程的学习造成了很大的障碍。
2 教学改革与创新
针对自动控制原理课程教学过程中存在的诸多问题，笔者觉得教学改革和创新主要要注意以下几点。
2.1 教学内容的改革
自动控制原理课程内容比较多，但只有64课时，在有限的课时内很难将所有内容讲完，所以必须以重点内容为主，采用启发式与引导式相结合的教学方式，让学生在课堂上掌握最为重要的内容，利用课下时间自学其他内容，这样才能保证在有限的课时内完成所有的教学内容。
2.2 激发学生的兴趣
学生学习的好坏与是否对这门课程感兴趣有直接关系，如果教师只是泛泛地讲解课本上知识，可能导致很多学生昏昏欲睡，所以有必要采取以下措施来提高学生的学习兴趣。
2.2.1 在课堂上讲解一些具体实例
如讲解自动控制系统的组成，不能只是按照课本上的内容对照方框图进行讲解，而要举一些生活中的例子，如全自动洗衣机、温度控制系统、电机转速控制系统，让学生感受在实际生活中自动控制原理的具体应用，使其有一种学有所用的感觉，从而激发学生学习的兴趣。
2.2.2 制作动态课件
平时所用课件大多是静态文字配上相应的图示，教师只是对照图示给学生讲解，这样学生很难跟上教师的节奏，而且还容易误解教师所指点的教学内容，如讲解根轨迹的画法时，根据以往讲解的内容，学生很难理解几条根轨迹是同时的，而是把它们独立开来。如果我们做成动态的根轨迹，能够实时演示根轨迹随着K值的变化过程，那么学生就很容易理解K值和根轨迹以及系统是否稳定的关系了，这样自然就提高了学生的兴趣。
2.2.3 课堂上增加Matlab知识
Matlab是功能很强大的软件，在科研中起着非常重要的作用，在课堂中增加Matlab知识，既能让学生掌握新的软件，又能让学生提高解决问题的效率，学生感到学习的不仅仅是理论知识，还能应用这些知识通过Matlab做一些科研探索，从而提高学生学习的兴趣。
2.2.4 把课堂内容和实验室设备结合起来
结合实验设备中的控制系统，让学生从理论的方框图或者传递函数中认识到具体的对象，这样的讲解能够提高学生学习自动控制原理的兴趣。
2.3 加强学生动手能力的培养
现在高校都非常重视学生动手能力的培养，笔者认为主要可以通过以下几点来实现。
2.3.1 加强设计性和综合性实验
学生以往做的实验都是验证性实验，不能完全发挥学生的动手操作能力。增加设计性和综合性实验，有利于培养学生的动手能力。如在自动控制原理课程中学到的比例、积分、微分环节及惯性环节，做实验的时候，让学生自己设计电路图和简单的实验板，然后利用实验室的设备进行测验，这样既增加了学生的动手能力，也加强了学生理论知识和实践能力的联系。从典型环节的设计开始，直到整个系统的设计也会自然而成，如果没有典型环节的设计和制作，很难做出一个系统的实验板，更不可能把这些部件和整个系统联系在一起。
2.3.2 组建开放型实验室
学生在做设计性实验时，在实验课的时间内无法完成任务，如果课下没有实验环境也很难完成。如果实验室是开放型的，那么学生在课余时间可以继续做设计性实验，这样既能提高实验设备的利用率，也能培养学生的思维能力和动手能力。
2.3.3 与企业共建实验室
目前我们的实验设备只能基本满足日常的教学需求，与实际生产需要还有一定的距离，因此有必要通过与企业共建实验室的方式，把企业的先进技术引入实验室中，让学生学到当今最先进的控制技术，如我院电气工程及自动化专业与施耐德电气有限公司已经合作共建了工业自动化实验室，为学生提供了很好的实践平台。
2.3.4 采取“走出去，请进来”的方式
在一些实践环节中，让学生走出学校，走进企业，加强学生的动手能力、沟通能力和协作能力，如在自动控制原理的课程设计中，可以带学生走入企业，开阔学生的视野，培养学生的实践能力，还可以聘请企业中的工程技术人员来学校给学生作报告和进行交流，使学生了解当今最前沿的工业技术。
3 结束语
随着“卓越计划”在我校的实施，学生理论知识的学习与工程实践结合得越来越紧密。自动控制原理的讲授不能只注重理论，也应该增加实践环节的内容，增加实际控制系统的讲解，增加学生动手设计的内容，以培养学生的系统能力、动手能力和创新能力，切实提高教学质量，培养行业需要的优秀工程人才。
关键词：卓越计划；自动化；自动控制原理；创新能力
从近几年对高校毕业生在企业的工作状况调查来看，企业对高校毕业生的总体评价是：普遍缺乏对现代企业工作流程和文化的了解，动手能力差，上岗适应慢，缺乏团队工作经验和沟通能力，缺乏创新能力。这些成为毕业生日后在企业发展的瓶颈。针对这种情况，2010年6月，教育部联合有关部门和行业协会共同在相关高校中组织实施“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)，并在多个专业进行试点。该计划实施的范围包括工科的本科生、硕士研究生、博士研究生三个层次，旨在培养一大批创新能力强、动手能力强、实践能力强的高质量工程技术人才。“卓越计划”具有三个特点：一是强化培养学生的工程能力和创新能力；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是行业企业深度参与培养过程。我校是教育部批准实施“卓越计划”的高校，电气工程及其自动化专业是首批进入该计划的专业之一。自动控制原理是电气工程及其自动化专业的主干课程之一，因此该课程教学改革的探索和实施为本专业实施“卓越计划”奠定了基础，具有现实意义。
1 目前存在的教学问题
目前，自动控制原理课程主要以理论教学为主，以验证性实验为辅。初学者感觉比较困难，主要是这门课程理论性强，概念多而且抽象化，分析方法中计算量比较多，在整个教学过程中难以把握系统的整体性，难以把控制理论的分析方法应用到实际的控制系统中。而且这门课程是后续课程的基础，学生往往不能较好地将自动控制原理的知识运用到其他课程中，如在自动控制原理课程中学习了比例、积分、微分环节的传递函数及微分方程，当在后续课程中遇到PID控制器的时候，只能写出相应的传递函数，而不能画出相应的电路图，更不能设计出相应的控制器，也就是无法把在自动控制原理课程中学到的知识实用化和具体化。再比如分析控制系统的稳态性能和暂态性能，有的学生只知道计算控制系统的动态和静态性能指标，而在实验过程中无法理解这些性能指标的含义，或者当实验出现波形之后，无法调节参数使系统达到较好的性能指标。这样，学生学习了这门课程之后，只觉得学到了一些理论知识，而不能深入掌握真正控制系统的分析方法，给后续课程的学习造成了很大的障碍。
2 教学改革与创新
针对自动控制原理课程教学过程中存在的诸多问题，笔者觉得教学改革和创新主要要注意以下几点。
2.1 教学内容的改革
自动控制原理课程内容比较多，但只有64课时，在有限的课时内很难将所有内容讲完，所以必须以重点内容为主，采用启发式与引导式相结合的教学方式，让学生在课堂上掌握最为重要的内容，利用课下时间自学其他内容，这样才能保证在有限的课时内完成所有的教学内容。
2.2 激发学生的兴趣
学生学习的好坏与是否对这门课程感兴趣有直接关系，如果教师只是泛泛地讲解课本上知识，可能导致很多学生昏昏欲睡，所以有必要采取以下措施来提高学生的学习兴趣。
2.2.1 在课堂上讲解一些具体实例
如讲解自动控制系统的组成，不能只是按照课本上的内容对照方框图进行讲解，而要举一些生活中的例子，如全自动洗衣机、温度控制系统、电机转速控制系统，让学生感受在实际生活中自动控制原理的具体应用，使其有一种学有所用的感觉，从而激发学生学习的兴趣。
2.2.2 制作动态课件
平时所用课件大多是静态文字配上相应的图示，教师只是对照图示给学生讲解，这样学生很难跟上教师的节奏，而且还容易误解教师所指点的教学内容，如讲解根轨迹的画法时，根据以往讲解的内容，学生很难理解几条根轨迹是同时的，而是把它们独立开来。如果我们做成动态的根轨迹，能够实时演示根轨迹随着K值的变化过程，那么学生就很容易理解K值和根轨迹以及系统是否稳定的关系了，这样自然就提高了学生的兴趣。
2.2.3 课堂上增加Matlab知识
Matlab是功能很强大的软件，在科研中起着非常重要的作用，在课堂中增加Matlab知识，既能让学生掌握新的软件，又能让学生提高解决问题的效率，学生感到学习的不仅仅是理论知识，还能应用这些知识通过Matlab做一些科研探索，从而提高学生学习的兴趣。
2.2.4 把课堂内容和实验室设备结合起来
结合实验设备中的控制系统，让学生从理论的方框图或者传递函数中认识到具体的对象，这样的讲解能够提高学生学习自动控制原理的兴趣。
2.3 加强学生动手能力的培养
现在高校都非常重视学生动手能力的培养，笔者认为主要可以通过以下几点来实现。
2.3.1 加强设计性和综合性实验
学生以往做的实验都是验证性实验，不能完全发挥学生的动手操作能力。增加设计性和综合性实验，有利于培养学生的动手能力。如在自动控制原理课程中学到的比例、积分、微分环节及惯性环节，做实验的时候，让学生自己设计电路图和简单的实验板，然后利用实验室的设备进行测验，这样既增加了学生的动手能力，也加强了学生理论知识和实践能力的联系。从典型环节的设计开始，直到整个系统的设计也会自然而成，如果没有典型环节的设计和制作，很难做出一个系统的实验板，更不可能把这些部件和整个系统联系在一起。
2.3.2 组建开放型实验室
学生在做设计性实验时，在实验课的时间内无法完成任务，如果课下没有实验环境也很难完成。如果实验室是开放型的，那么学生在课余时间可以继续做设计性实验，这样既能提高实验设备的利用率，也能培养学生的思维能力和动手能力。
2.3.3 与企业共建实验室
目前我们的实验设备只能基本满足日常的教学需求，与实际生产需要还有一定的距离，因此有必要通过与企业共建实验室的方式，把企业的先进技术引入实验室中，让学生学到当今最先进的控制技术，如我院电气工程及自动化专业与施耐德电气有限公司已经合作共建了工业自动化实验室，为学生提供了很好的实践平台。
2.3.4 采取“走出去，请进来”的方式
在一些实践环节中，让学生走出学校，走进企业，加强学生的动手能力、沟通能力和协作能力，如在自动控制原理的课程设计中，可以带学生走入企业，开阔学生的视野，培养学生的实践能力，还可以聘请企业中的工程技术人员来学校给学生作报告和进行交流，使学生了解当今最前沿的工业技术。
3 结束语
随着“卓越计划”在我校的实施，学生理论知识的学习与工程实践结合得越来越紧密。自动控制原理的讲授不能只注重理论，也应该增加实践环节的内容，增加实际控制系统的讲解，增加学生动手设计的内容，以培养学生的系统能力、动手能力和创新能力，切实提高教学质量，培养行业需要的优秀工程人才。