時間：2022-03-06 22:42:23
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論文摘要：自動控制原理課程不僅是控制類專業(yè)而且是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎課。主要介紹了自動控制原理課程建設與改革的實踐和體會?？偨Y了教學、教改工作中所取得的成果，提出了一些具體做法和措施，著重對課程教學內(nèi)容、教學體系的整合和優(yōu)化以及實驗內(nèi)容、實驗教學方法與實驗組織方式進行了討論，旨在突出教學重點，增強學生的動手能力，提高教學質量。實踐證明，效果良好，并對該課程的進一步改革提出了一些設想。
論文關鍵詞：自動控制原理教學改革教學質量
引言
自動控制理論發(fā)展的歷史并不長，從二十世紀三十年代開始，不過幾十年的發(fā)展，而真正進入高等學校課程還是二十世紀五六十年代。它的出現(xiàn)給高等教育注入了新的活力，目前這門理論課程已是控制類和電子信息類專業(yè)的主要專業(yè)基礎課之一，是一門知識覆蓋面廣、課程內(nèi)容多、更新發(fā)展快且應用性很強的課程，該課程對學生建立系統(tǒng)和工程的概念具有十分重要的意義。
1改革教學內(nèi)容，提高教學質量
隨著控制理論的發(fā)展和計算機技術的應用，新的控制方法和控制手段也越來越多，為了適應時代要求，根據(jù)本科專業(yè)培養(yǎng)目標和專業(yè)特點，我們對自動控制課程的內(nèi)容進行了重新整合，選用優(yōu)秀教材，制定了新的教學大綱、實驗大綱和考核大綱。適時地把一些新內(nèi)容、新的教學成果、應用實例融合到教學內(nèi)容中，做到課程內(nèi)容的基礎性和先進性相結合，把握經(jīng)典與現(xiàn)代、本課程與其他相關課程內(nèi)容的關系處理。大幅度減少了學時數(shù)，將經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論結合起來講授，重點講解控制理論的基本知識及應用，理清思路，了解方法，增強系統(tǒng)性。
自動控制原理的教學內(nèi)容有一條主線：系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設計。圍繞這條主線，把教學內(nèi)容劃分為六大塊：自動控制的一般概念、數(shù)學基礎與數(shù)學模型、系統(tǒng)的分析、系統(tǒng)的設計、采樣控制系統(tǒng)的分析和非線性系統(tǒng)的分析。對于系統(tǒng)分析是重點講解部分，介紹了各種分析方法：時域分析法、根軌跡法、頻域分析法，狀態(tài)空間法等，進行有關系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)分析，以及能控性和能觀性分析；在系統(tǒng)設計這一重點部分的講解中，介紹了根軌跡設計法、頻域設計法和狀態(tài)控制設計法，與系統(tǒng)分析相呼應，使學生在整個學習過程中，圍繞“系統(tǒng)分析和設計”這條主線進行，做到舉一反三，從而對自動控制理論有一個完整清晰的理解。
在分析設計這個主線下，以穩(wěn)定性指標為輔線。在各個有關章節(jié)的小結中對穩(wěn)定性都予以重點討論，通過對各種穩(wěn)定性判斷方法的分析，把前后的知識點加以銜接聯(lián)系，并綜合應用。
在講清系統(tǒng)物理概念的基礎上，結合課程內(nèi)容，引入先進的計算機輔助教學手段。將Matlab軟件在控制系統(tǒng)中的應用引人課堂教學，在諸多課堂教學環(huán)節(jié)中實現(xiàn)了Matlab仿真演示，增強了學生對抽象理論的感性認識，收到了良好的教學效果。
為體現(xiàn)教學內(nèi)容的先進性、科學性和前沿性，引導學生進一步學習的興趣，對目前控制理路研究的熱點和發(fā)展趨勢作一些簡要介紹，如模糊控制、智能控制等。
2改革教學方法，提升教學手段
自動控制原理對學生的定性分析能力、定量估算能力、綜合運用能力、數(shù)—形結合能力有一定的要求，并需具有扎實的數(shù)學基礎，學生在學習中經(jīng)常會感到困難而產(chǎn)生畏難情緒，影響學習效果。因此，改革傳統(tǒng)教學方法和教學手段，進而提高教學質量，是課程改革的重中之重
2．1采用現(xiàn)代教育技術與手段提高教學效果
在以信息、知識爆炸為特征的今天，傳統(tǒng)的教學手段以不能適應時代的需要，教學手段的改革勢在必行。在《自動控制原理》課的多媒體教學實踐中，我們努力探索如何使多媒體這一先進的教學手段更好地服務于課堂教學。開發(fā)了《自動控制原理多媒體課件》、(Mat—lab仿真軟件包》等CAI課件，．采樣了多媒體與板書相結合的教學方法，既充分利用了多媒體教學的生動、逼真、容量大的優(yōu)點，又充分利用了板書教學的嚴謹性、邏輯性強的優(yōu)點。實踐證明，這一方法取得了良好的教學效果，受到了學生的認可，對教學質量的提高起了一定的積極作用。轉貼2．2加強實踐教學環(huán)節(jié)，增強學生的動手能力
注重實踐能力的培養(yǎng)，堅持理論聯(lián)系實際的原則，加強學生動手訓練，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。學生對新知識的理解，僅僅通過課堂講解還很不夠，必須通過實踐教學這一環(huán)節(jié)，使學生對知識有一個感性認識。
實踐教學是提高學生創(chuàng)新精神和能力的重要途徑，在教改過程中，我們加強實驗室建設，徹底改造了原有的實驗內(nèi)容，開發(fā)了綜合設計實驗及課程設計，目的在于通過實踐教學，培養(yǎng)學生應用控制理論的方法解決實際問題、將實際問題抽象為理論問題的能力。實驗只提目標和要求，沒有詳細的實驗步驟和實驗電路圖。學生根據(jù)個人情況自主選擇難度等級不同的實驗，根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，獨立完成系統(tǒng)設計，系統(tǒng)搭建和調試，記錄原始數(shù)據(jù)和圖形，寫出實驗報告。所有這些都極大地調動了學生學習的主動性和積極性，鞏固了課程理論，激發(fā)了學生學習的熱情，培養(yǎng)了學生的動手能力和獨立思考的能力，使其觀察、分析和解決問題的能力都有很大的提高。
為了加強學生理論聯(lián)系實際的能力，在教學過程中還增加了課程設計這一教學環(huán)節(jié)，通過課程設計，使學生了解到了Matlab軟件在自動控制系統(tǒng)中的應用，拓寬學生的知識面，加深學生對(lf動控制原理》這門課程的基本概念，基本的分析方法及設計方法的理解。
3以教學推動科研，以科研促進教學
對于普通高等教育來說，教學固然重要。科研也不可以忽視。教學和科研是相輔相成的兩個方面，兩者不可分割。從自動控制理論來講，它近幾十年才建立起來，與工程實際聯(lián)系較廣，特別是在發(fā)展過程中，數(shù)學和計算機起了很大的作用，成為控制理論的重要工具。因此可以說，控制理論是工程與數(shù)學、計算機科學相互作用的前沿。在教學中講授理論知識的同時，可以增加一些與科研結合的內(nèi)容，如在同學中選一些成績較好，對科研又有一定興趣的同學，參加有關教師的科研項目，也可為學生科技活動中心提供一些課題，指導學生參與科研。這樣，一方面調動了學生的積極性，培養(yǎng)了學生的動手能力，另方面，也可為科研活動的開展打好基礎。學生通過參與科研，學習興趣更加濃厚了，求知的欲望更強了。
4下一步改革設想
該課程的教學改革已在我校實施。取得了良好的教學效果，學生的基本知識、專業(yè)能力、實踐技能乃至學習興趣等。都較以往有較大的提高。教學改革的路子還很長。尚需繼續(xù)探索和實踐，使之不斷完善，下一步改革的設想有四點：
(1)從課程的實際及教學規(guī)律出發(fā)，以培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新精神和實踐技能為宗旨，真正探索出一種新的實踐教育模式。
1．1授課理論性較強授課理論性強不利于培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的科學觀點，不利于提升學生對專業(yè)的學習興趣。為保證控制理論的完整性和透徹性，若教師在授課過程中把過多時間和精力集中于原理講解和公式推導上，就很難有充分的時間將理論知識與系統(tǒng)應用實例相結合，造成很多學生誤認為該課程是一門應用數(shù)學課程，容易產(chǎn)生畏難心理。另外，定單班的學生面臨畢業(yè)即就業(yè)，沒有升學再深造的壓力，他們所關心的是所學知識是否會用到將來的工作崗位中。因此，課堂上講授過多或過深的理論知識不利于提升學生對專業(yè)的學習興趣。
1．2缺少煤礦電氣背景的相關實例通過與工作后的畢業(yè)生交流，發(fā)現(xiàn)有一條信息非常突出:大部分畢業(yè)生很難將自動控制原理中所學的分析與設計方法應用到工程實踐中。這主要是因為所學課程大部分實例與學生所學專業(yè)相關性不強，多數(shù)學生對案例中涉及的專業(yè)背景不熟悉，導致學生對學習課程的必要性、重要性和實用性認識模糊，學習興趣不高，學習“自動控制原理”死搬硬套，應付考試的現(xiàn)象嚴重，缺少靈活運用和開拓創(chuàng)新的思路。上述這些問題直接弱化了“自動控制原理”作為專業(yè)基礎課程的作用。
2“自動控制原理”授課內(nèi)容調整
為順應煤炭電氣化發(fā)展需求和人才培養(yǎng)定位，突出煤礦電氣特色教學目標，從課程教學內(nèi)容、教學實例等方面進行研究和探索，對課程的基礎理論與實踐教學進行優(yōu)化。
2．1優(yōu)化授課的內(nèi)容體系、深度和廣度研究各章節(jié)基本內(nèi)容的聯(lián)系，調整課程授課體系，以系統(tǒng)建模、分析和綜合設計為主，突出煤炭行業(yè)背景，注重基礎知識的靈活運用?！白詣涌刂圃怼痹趥鹘y(tǒng)教學上一直沿用自動化專業(yè)的授課體系，造成“自動化類”和“非自動化類”的界限模糊。對于定單班該課程學時數(shù)少的情況，若按“自動化類”體系授課，只能加大課時信息量，造成學生對教學內(nèi)容難以及時有效消化，影響教學效果。研究如何在有限學時內(nèi)讓學生熟練掌握控制原理的基本理論，并突出煤炭電氣工程實踐能力培養(yǎng)，成為構建定單班授課體系的關鍵。參照培養(yǎng)定位，結合后續(xù)的相關控制理論的專業(yè)課程，從課程體系出發(fā)，以系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析和綜合設計為主線，調整授課知識點深度和廣度。如在講述建立數(shù)學模型基本內(nèi)容時，應選取有一定煤礦工程背景的系統(tǒng)，給模型賦予形象的物理意義，使學生正確理解實際模型與抽象模型的區(qū)別與聯(lián)系，并從不同的角度對系統(tǒng)進行建模，加深對實際系統(tǒng)建模的理解。系統(tǒng)分析方法是控制系統(tǒng)綜合設計的基礎，這部分內(nèi)容主要包括時域分析法、根軌跡法、頻域響應法，這些是控制理論教學的重點，應保留原有知識點的深度。抓住采用時域分析法、根軌跡法和頻域響應法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性的特點，加深學生對不同方法的理解，這是系統(tǒng)分析的關鍵。對于離散系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和現(xiàn)代控制理論，由于培養(yǎng)計劃中后續(xù)課程相關性較小，可以降低這部分知識的深度和廣度。
2．2增加煤炭電氣控制系統(tǒng)實例系統(tǒng)設計對培養(yǎng)學生的分析、綜合能力及創(chuàng)新能力十分重要，也是教學的難點。在授課過程中，要注意研究與選取煤礦電氣工程中的典型范例，如礦井提升機控制系統(tǒng)、掘進機控制系統(tǒng)、通風機控制系統(tǒng)以及排水設備控制系統(tǒng)等，突出煤炭行業(yè)背景，從實例分析中去了解系統(tǒng)的結構特征、工作原理和設計要求。生動的工程實例可大大激發(fā)學生的學習興趣，引導學生感受控制理論的魅力，深刻理解“學以致用”的意義，使學生對課程的學習達到知識和能力的雙重提升。
3實施案例
礦井提升機調速系統(tǒng)要求平滑調速且調速精度較高。提升機電氣傳動系統(tǒng)的加、減速過程要平穩(wěn)(無超調)?？刂葡到y(tǒng)應保證在額定速度時有±1%的精度。
3.1準確性分析假設提升系統(tǒng)采用恒速控制，選單位階躍函數(shù)作為典型的外作用。由一階系統(tǒng)分析方法可知，一階系統(tǒng)完全可以跟隨階躍信號，且穩(wěn)態(tài)誤差為零，所以提升系統(tǒng)±1%的控制精度是可以保證的。
4結語
基于自動控制原理課程特點，一般意義上的Sem-inar教學并不適用?？稍谡n程教學過程中穿插Seminar教學模式，一個學期內(nèi)進行2~3次即可。歸結起來，這種Seminar教學模式可分三部分：任務布置，課堂交流，成績評定。
1.任務布置。在課程進行到某一階段，將任務分配給學生。任課教師向學生提供一份詳細的Seminar課程計劃，內(nèi)容包括Seminar教學目標、Seminar選題范圍、成績考評標準以及關于各個選題的相關參考。根據(jù)班級人數(shù)具體情況和選題范圍，將學生分成若干小組，此環(huán)節(jié)教師要干預，保證每個小組既有成績好的學生也有成績較差的學生，這樣既避免了小組間的優(yōu)劣懸殊，又可以達到好學生帶動差學生的目的。然后學生自由選題，每個小組領到一個題目，經(jīng)過1~2周的課下準備，進行具體的課堂交流。
2.課堂交流。不同于一般的Seminar教學，每次只進行一個主題。在自動控制原理課程的Seminar中，要進行多個題目的討論，每個題目為時20~30分鐘，共計100分鐘。首先每個小組選擇代表宣講或演示所選題目的分析研究結果，然后其他組員給予補充，時間約為8~10分鐘。其后，教師和學生們在此基礎上展開積極提問和熱烈討論，發(fā)表自己的不同意見，時間約為10~15分鐘。隨著討論的不斷深入，新的問題和觀點會不斷涌現(xiàn)，教師在Seminar上除了傾聽、參與和評價學生們的討論之外，還要注意控制討論節(jié)奏，引導學生發(fā)言，保證課堂上每一個學生都有機會充分表達自己觀點。最后，再由教師對整堂課的內(nèi)容做出簡明的梳理、總結、擴展和引申，時間約為3~5分鐘。Seminar的目的在于使學生處于一個相對輕松、平等的環(huán)境，對課堂上學習過的一些知識，勇于發(fā)表自己的見解，進行觀點交流、碰撞、融合和分享，使存在于學生內(nèi)心深處的問題浮出表面。
3.成績評定。教師對學生在Seminar的成績評定，將作為期末成績的組成部分。學生Seminar成績的評定由課堂宣講、個人發(fā)言對集體討論的貢獻情況、書面報告、出勤率四部分組成。課堂宣講以小組為單位，或以多媒體輔助進行，它是學生口頭展示分析結果，引發(fā)Seminar討論的基礎，教師根據(jù)學生準備情況評分，口頭表達的學生代表酌情加分。Seminar上的集體討論有助于學生在現(xiàn)有的分析總結基礎上深化對于自己題目的認識，開展進一步的探索和分析，以形成完整的書面報告。書面報告所涉及分值將占Seminar成績評定的較大分值，教師對書面報告要嚴格把關，同一小組的學生的書面報告不能雷同，應給予學生充裕的時間去完成。個人發(fā)言和出勤率，是用于衡量學生在參與Seminar討論時的表現(xiàn)。一般情況下，個人發(fā)言和參與討論情況所占分值比例較出勤率要高，因為討論部分是Seminar最核心內(nèi)容，是用于激勵學生不再僅僅滿足于“身在課堂上”，從而脫離他人討論時的“旁觀者”的身份，改被動為主動，積極參與發(fā)言。教師根據(jù)發(fā)言情況和發(fā)言的質量評定成績。
二、實施Seminar教學的關鍵問題
1.構建具有自動控制原理課程特色的Seminar模式。自動控制原理課程是本科專業(yè)的專業(yè)基礎課，其內(nèi)容繁多，理論性和基礎性較強，課程的特點并不適合一般意義上的Seminar教學模式。需根據(jù)自動控制原理課程的實際情況構建適合它的Seminar模式。不適合整個學期采用Seminar教學，最好在學期中，課程進行到某一階段，適當?shù)亟M織Seminar教學。任課教師根據(jù)實際情況制定選題范圍，并給出成績評定，作為學期成績的重要組成部分。這樣，教師應用兩種不同的教學模式———傳統(tǒng)的課堂講授的教學模式和Seminar教學模式，引導學生進行探究式的教學活動。Seminar的引入，不是原有的課堂教學的對立或重復，而是對整個教學過程的一種有益補充、深化和應用。在這期間，采用一種任務驅動模式，引導學生探索主動學習。因此，適時引入Seminar教學模式進行教學改革，不失為自動控制原理教學過程的一種有益的嘗試和探索。
2.制定合適的選題范圍。Seminar的主題內(nèi)容要兼顧課程的整體性、層次性，且具有一定的系統(tǒng)性、可討論性和拓展性。任課教師需擬定詳細的、條理清晰的整體籌劃綱要，形成一以貫之的學術脈絡，并將課程內(nèi)容分割形成具體的、可操作性的相關主題，能夠使討論有序進行。
3.設立嚴格規(guī)范的課堂交流制度。Seminar教學活動不能簡單化地等同一般的課堂討論，否則將失去Seminar教學的意義，因此必須制定嚴格規(guī)范的交流制度。在制度的運作上，必須嚴格、公正、一視同仁，獎懲分明，評分嚴格。若有的同學出現(xiàn)抄襲報告的情況，雷同報告一起作廢。表現(xiàn)優(yōu)秀的同學要適當加分。交流過程中，及時控制討論節(jié)奏，避免使活動流于一般的泛泛而談，甚至出現(xiàn)游離于主題之外的閑聊和不負責任的空發(fā)議論，從而走向歧途。
4.任課教師應具備良好的素養(yǎng)和較強的控場能力。Seminar教學模式對任課教師的綜合素質提出了更高的要求，要求任課教師具有較高的專業(yè)水平和奉獻精神。能夠即時把握學科發(fā)展動向，收集相關素材，提煉升華課程內(nèi)容，以戰(zhàn)略性的眼光制定選題范圍，既能適合目前學生特點，又能體現(xiàn)專業(yè)課程內(nèi)容的特點。Seminar教學模式的引入，無形中增加了教師的工作量，備課難度增大，課外指導學生的時間增加，批閱書面報告的時間和精力增加。這都要求教師具有敬業(yè)奉獻精神，孜孜不倦，無怨無悔。在學生的討論交流過程中，教師要善于及時地捕捉有價值的信息，例如新觀點、建議和學生的困惑，以便有效進行下一步的教學。
三、Seminar教學模式在本科生培養(yǎng)中的積極意義
1.全面調動學生的積極性，變被動為主動。Semi-nar模式最大的特點是改變傳統(tǒng)的學生只聽不講這一垂直的單向教學模式。要求學生根據(jù)指定任務主動去探索，尋找答案，然后在相對開放的平等空間里，亮出自己的答案，也亮出自己。這種模式也為參與者提供了相互激勵的空間背景。
2.培養(yǎng)學生的查閱資料能力、表達能力。Seminar教學模式的引入，要求學生課前準備階段必須廣泛查閱資料，自主分析總結，這樣他們將提前接觸各類數(shù)據(jù)庫的文獻檢索，并熟練操作技能。在語言表達能力方面，Seminar的討論需要學生邏輯清晰地表達觀點，重點明確地回答疑問，有理有據(jù)地進行辯論，積極理性地說服他人；在書面寫作能力方面，學生對于選題的最終研究成果都要以報告的形式出現(xiàn)。
3.培養(yǎng)學生的團隊合作精神。自動控制原理是專業(yè)基礎課，面向學生90人左右，必須分成若干小組進行Seminar教學，設一組長負責聯(lián)絡本組同學，同一小組的同學面向同一任務，這時候需要小組成員分工合作，共同查閱資料，分析整理研究，課堂交流進程中，作為一個團體，回答其他小組的發(fā)問質疑，并提出問題。在整個準備過程中，相互學習，相互促進，相互激勵，增進同學之間的學習情誼和集體榮譽感，培養(yǎng)他們的團隊合作精神。
4.平等互動的獨特模式，達到教學相長、共同提高的目的。Seminar教學模式的獨特性體現(xiàn)在師生之間的平等關系，大家可以任意提出問題，發(fā)出質疑，雙方平等互動。這個平等、公正、親和的結構空間，“師不必賢于弟子，弟子不必不如師”，為“教學相長”的現(xiàn)實化提供了真正的可能。教師在整個討論過程中，根據(jù)學生的提問、回答，不斷地總結自己的教學經(jīng)驗和處理問題的經(jīng)驗。教與學有機地、動態(tài)地融合在一起。
四、結論
傳統(tǒng)課堂授課通常一次講授2個學時，針對課程中的重點難點可以充分講解。為適應網(wǎng)絡學習者的認知習慣，MOOC課程將授課視頻分為了一些10分鐘至20分鐘長度的小模塊。怎樣在這些小模塊中傳授較為完整的知識點，需要授課教師轉變思路、精心設計[3]。在設計時要注意知識間的聯(lián)系，形成課程的邏輯結構，擴展知識的深度廣度，使之形成一個有機的整體，從而有利于學生從整體結構上掌握知識的共同本質和內(nèi)在聯(lián)系。
（一）提煉課程內(nèi)容的總體邏輯關系
自動控制原理課程系統(tǒng)地講述了自動控制科學和技術領域的基本概念和基本規(guī)律，涵蓋了自動控制技術從系統(tǒng)建模到系統(tǒng)設計的各種思想和方法，內(nèi)容十分豐富。作為授課教師，首先應該瀝青這些內(nèi)容間的邏輯關系。經(jīng)典控制理論的基本理論包含反饋控制系統(tǒng)的分析和設計方法兩方面的內(nèi)容，具體的包含關系如圖1所示。為了讓學生更好地理解各部分知識的有機聯(lián)系，對上述經(jīng)典控制理論體系建立“三縱”和“三橫”兩條知識主線?？刂葡到y(tǒng)分析與設計的主要內(nèi)容是研究系統(tǒng)的特性，即穩(wěn)定性、動態(tài)特性、靜態(tài)特性。又稱控制系統(tǒng)“三要素”。從性能指標是看，就是俗稱的“穩(wěn)，快，準”。把這三方面的性能指標稱為“三橫”。所謂“三縱”是指在不同的域內(nèi)進行系統(tǒng)的分析與設計，即時域、復域、頻域。掌握系統(tǒng)在不同域中的數(shù)學模型表達，即可進行系統(tǒng)的特性分析與設計，因為所有問題的分析和求解都是建立在數(shù)學模型基礎上進行的。加強對這兩條線的理解，可以使學生統(tǒng)觀全局，把握研究方向。
（二）采用提綱挈領的碎片化原則
要將自動控制原理的授課內(nèi)容碎片化為一些短的相對完整的知識單元，需要采用提綱挈領的組織方法。首先介紹每個知識模塊的內(nèi)容要點，然后交代每個知識點的關聯(lián)性，精煉舉例推導過程。貫徹“少而精”的原則。對于所講的內(nèi)容要分清主次，突出重點，精講內(nèi)容，同時要注意有較高的系統(tǒng)性、邏輯性，保證知識的質量，難點精心組織，一定要講懂。精講內(nèi)容不是少講內(nèi)容，有些內(nèi)容反而要加強。例如，在講解經(jīng)典控制理論中的數(shù)學模型時就可以按照如下思路處理。首先將數(shù)學模型分為三個內(nèi)容要點：微分方程模型、傳遞函數(shù)模型和圖形方式的數(shù)學模型。其中微分方程是時間域的模型，傳遞函數(shù)是復數(shù)域的模型，圖形方式的模型是數(shù)學模型的圖形化語言描述。當推導系統(tǒng)的微分方程描述時，精選兩個相似系統(tǒng)作為例子來說明系統(tǒng)的建模過程。這樣，由于有目的地選擇有啟發(fā)性、可延伸性與典型性的問題，使每一節(jié)、每一章的內(nèi)容都具有明確概念、傳授方法、啟發(fā)思維、培養(yǎng)能力的作用。這種提綱挈領的組織方法，層次清楚關聯(lián)性強，容易將碎片化內(nèi)容聯(lián)系起來。
（三）結合學科發(fā)展，適時更新
基于MOOC模式的教學過程由于安排了較多的課程討論環(huán)節(jié)，教師單獨的講授環(huán)節(jié)要比傳統(tǒng)課堂壓縮。這樣在教學內(nèi)容就需要有所取舍。根據(jù)學科發(fā)展趨勢，新的發(fā)展方向和應用工具應該增加介紹；已經(jīng)被其他方法取代的方法可以忽略介紹。無論是理論家還是工程師，人們總是把最先進最有效的理念和技術用于控制工程。如：控制與管理的結合、信息流與物質能量流的互動、復雜系統(tǒng)研究與應用等均表現(xiàn)出很強的時代特征。在當今這個信息時代誕生了網(wǎng)絡控制、基于數(shù)據(jù)的驅動控制等新的控制概念。而傳統(tǒng)的手工繪圖方法已經(jīng)可以由計算機輔助軟件完成。經(jīng)典控制理論在上個世紀四、五十年代已經(jīng)形成了比較完整的理論體系，頻率特性法、根軌跡法等直到現(xiàn)在仍然是系統(tǒng)分析和設計的主要方法。經(jīng)典控制理論的一個重要特色就是采用簡便直觀的圖解方法，因此也得到工程技術人員廣泛歡迎。在講授這些內(nèi)容的時候，幾乎有一半的學時是在學習這些圖形的畫法。例如，頻率特性圖就有伯德圖、乃奎斯特圖和尼柯爾斯圖等幾種，學生需要記住每種圖形的坐標要求及計算方法。隨著計算機輔助分析技術的發(fā)展，目前已有像MATLAB這樣的成熟的軟件可以幫助畫圖。所以在授課時就減少介紹手工做圖的內(nèi)容，而將分析和設計的方法作為重點內(nèi)容，從而訓練學生作為控制工程師的高級思維能力。當然，在這種碎片式的教學過程中也要注意邏輯的連續(xù)性。學生在分析思維之前，往往需要直觀思維，在演繹之前要有歸納，在聯(lián)想之前要有類比，在獲得正確的認識之前要有辨析。在進行單元章節(jié)復習時，一定要求學生自己去發(fā)現(xiàn)知識的內(nèi)在聯(lián)系，然后再重新組合材料，進行知識歸類、延伸與擴展。在整個教學過程中，教師要引導學生經(jīng)常反復復習，循環(huán)螺旋上升，從整體上掌握知識的脈絡，保證學習者長期的學習積極性。
二、課程教研組的建設
MOOC課程作為一種新的網(wǎng)絡教學模式，應該在學生對知識的獲取、思維能力和創(chuàng)造力的開發(fā)等方面有自己的特色。尤其是面向專業(yè)基礎課教學時，需要研究與制定結合專業(yè)發(fā)展需求的教學大綱與教學設計，體現(xiàn)現(xiàn)代網(wǎng)絡教育的開放性、交互性和便捷性。一門教學效果好的MOOC課程可以提供豐富的數(shù)字資源，可以采用在線或離線的方式與學生互動，還可以方便地進行一些教學信息統(tǒng)計工作。針對目前高校的現(xiàn)狀，建議以課程教研組的形式承擔MOOC課程的教學。因為課程教研組能夠具備單個教師無法做到的整體協(xié)調優(yōu)勢。專業(yè)教師隊伍水平的提高是MOOC課程更新發(fā)展的源動力。首先，教研組是課程建設的組織保障。教研組由老中青三代教師組成，定期學習新的教學理念與方法，研討課程中的重點與難點，有計劃地安排教師進修提高。我單位自控原理課程教研組由7人組成，包括1名教學帶頭人，2名副教授，3名講師和1名實驗員。教研組定期學習控制理論的前沿發(fā)展方向，組織觀摩教學，有計劃地派出青年教師到國內(nèi)外進修。這些活動從制度上保證了教師的個人成長和課程內(nèi)容的不斷更新。教研組通過教育理論和專業(yè)知識的不斷學習和豐富，大家發(fā)現(xiàn)自己的差距，逐漸形成課程意識、學生意識、開放意識、問題意識等，發(fā)現(xiàn)存在哪些與新課程理念不相符甚至相違背的問題，然后尋求解決問題的新理論、新理念、新途徑，以提高教學效果。這種以教研組形式承擔MOOC課程的模式可以避免教師個體缺乏持續(xù)提高教學質量的動力的問題。其次，教研組是課程建設的知識園地。MOOC課程是一種網(wǎng)絡課程，由于不受年齡、文化和地域等限制，學習對象可以是在校學生，也可以是在職的繼續(xù)教育學生。學生的職業(yè)背景和基礎知識差別較大。在MOOC教學中為了保證網(wǎng)絡教學效果，設計了較受歡迎的短授課多討論的教學模式。這些都是MOOC課程開放性和交互性的體現(xiàn)。但這同時要求教師有多方面的知識儲備。每位教師都有自己的能力和興趣特長，很難獨立解決網(wǎng)絡交流中的所有問題。對于自動控制原理課程來說，教師既需要有深厚的控制理論基礎又需要有一定的控制系統(tǒng)設計經(jīng)驗。課程教研組由老中青三代教師組成，保證知識結構全面。青年教師學歷高熟悉新的理論方向，老教師實踐經(jīng)驗豐富。同時，也要充分利用網(wǎng)絡平臺的知識聚集作用，及時總結學生的反饋信息[4]。
Abstract: Based on the outstanding problems in the examination of automatic control theory and combined with our school automation features,a curriculum for students examination reform is proposed which emphasizing the application of ability to stimulate students interest in learning,semi-open-book examination methods,the theoretical knowledge and practical application of comprehensive testing,emphasizing the process of assessment. The expected results show that students' learning effects have been significantly improved on theoretical learning courses which are consistent with application-oriented and applying the knowledge of teaching philosophy.
關鍵詞:自動控制原理課程;考試改革;方案
Key words: automatic control theory;examination reform;program
中圖分類號:G42文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)15-0177-01
1自動控制原理課程考試改革的目的和意義
自動控制原理作為自動化及相關專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課,是一門理論性很強的課程。同時,該門課所研究的領域也是學生從未接觸過的知識。為了使得學生能夠在學好理論的同時將其運用到實際中,激發(fā)興趣,強調過程考核,并且提高考試成績和及格率,突出教學重點,對這門課實施考試改革以配合教學改革[1]。通過考試改革可以帶動教學改革進程,構建融會貫通、緊密配合、有機聯(lián)系的課程體系。
2自動控制原理課程考試改革的內(nèi)容
2.1 課程內(nèi)容的整合與優(yōu)化。為了培養(yǎng)學生的學習能力和實踐能力,同時檢查教學效果,在一些章節(jié)后組織編排綜合型的題目,讓學生以小論文的形式提交,將其成績記錄到期末總成績的平時成績中。這門課的教學內(nèi)容可以分成兩大部分內(nèi)容的研究:前三章為控制系統(tǒng)的時域分析,偏重經(jīng)典理論的研究;后兩章為控制系統(tǒng)的頻域分析,偏重工程實際應用。針對這樣的內(nèi)容特點,安排兩次大作業(yè),讓學生對一個生產(chǎn)生活中的實例從時域分析和頻域分析方法入手分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)過程和暫態(tài)過程。針對這樣的能力考核,在平時教學中,從基本概念、基本分析方法入手,結合生產(chǎn)和生活中的實例,以時域分析方法為主線,時域分析和頻域分析并進,利用直觀的物理概念,使學生充分理解系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)指標之間的內(nèi)在聯(lián)系,由淺入深地引導學生理解和掌握古典控制理論的精髓。把知識能力的考核放在首位。
2.2 由考試改革決定的教學方法和手段的改進措施。實踐環(huán)節(jié)中改變以往由教師命題的一貫做法,在學期末,安排一次綜合性實驗,題目學生可自選,也可從教師提供的試題庫中抽題,所選題目需具有一定的綜合性,采取自愿參加考試的方式。該部分的成績由五個等級構成,即不及格不加分,及格、中、良好、優(yōu)秀會分別在在期末總成績中加相應的分數(shù),建立一個具體的評價指標體系。這樣的考核方式可以給一部分在及格線邊緣的學生一次到達及格線的機會,給一部分要提高成績績點的學生一次提高總成績的機會,給一部分爭取獎學金的學生一次到達優(yōu)秀成績的機會,給分布在每一個分數(shù)段的學生一次積極改進的機會,激發(fā)他們的學習熱情,同時能夠有效的提高及格率。
2.3 知識點的考核。筆試考試由全閉卷改為半開卷:改變原有的純粹的理論考試,把筆試試卷分成兩部分:試卷一,基本理論知識的考核,閉卷,占試卷成績的50%;試卷二,綜合能力運用的考核,開卷,可以帶查閱過的相關資料占試卷成績的50%?；纠碚撝R的考核包括:①基本知識模塊;②數(shù)學模型的建立與求解模塊;③線性連續(xù)系統(tǒng)的時域分析模塊;④線性連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析與設計。
3 考試改革的進程安排
3.1 進行自動控制原理課程考試改革的調研。
3.2 制定出自動控制原理課程綜合應用能力考核的評價指標體系。
3.3 編制自動控制原理課程綜合性實驗試題庫。
3.4 在2007級自動控制原理期末考試中進行考試改革方案的試驗。
3.5 進行課程考試改革方案實施的初步總結,寫出課程考試改革方案實施的初步總結報告。
3.6 修改課程綜合應用能力考核的評價標準。
3.7 修改自動控制原理課程綜合性實驗試題庫。
3.8 撰寫自動控制原理課程考試改革的探索的論文。
3.9 在2008級自動控制原理教學中實施課程考試改革方案。
3.10 進行自動控制原理課程考試改革方案實施的總結,寫出課程考試改革方案實施的總結報告。
3.11 寫出自動控制原理課程考試改革方案的結題報告。
4自動控制原理課程考試改革的預期成果
4.1 學生學習的主動性得到增強,通過設置選做實驗,學生學習會更加主動,鼓勵學生提高綜合知識運用能力,不再像以前期末考試前幾天死記硬背,造成學的好不如背的好的怪現(xiàn)象。
4.2 學生的創(chuàng)造性思維能力得到了培養(yǎng),通過完成大作業(yè)網(wǎng)上查閱資料的能力明顯提高,大量查閱資料后會超出教師布置的題目范圍,大部分學生會對教師的題目給出多種分析結果,甚至會超出所學的范圍,突破了思維定勢,即教師告訴什么就知道什么的現(xiàn)象。
4.3 學生撰寫科技論文的能力得到提高,為以后做畢業(yè)設計撰寫畢業(yè)論文打好基礎。
4.4 學生獨立分析問題的能力將得到提高。通過采取半開卷的模式,學生不但需要掌握基本理論,還要學會更好的利用基本理論解決實際問題,強調提高學生的分析,設計能力,及尋求一題多解的發(fā)散性思維,強調工程應用背景,立意考查靈活運用所學知識解決實際問題和創(chuàng)新思維的能力,改善了以往學生認為“學了也沒有用”的想法。
4.5 制定出課程考核能力與技能的評價指標體系。
4.6 撰寫課程考試改革實施效果的調研報告。
4.7 撰寫教改論文:自動控制原理課程考試改革的探索。
4.8 提交自動控制原理課程考試改革的結題報告。
參考文獻:
關鍵詞：自動控制，天然氣管道，安全
0引言
天然氣作為一種新的清潔能源，對我國調整能源結構、改善環(huán)境污染、方便人民生活、節(jié)約能源和減少環(huán)境污染等方面發(fā)揮了很好的作用。然而天然氣是易燃、易爆、易揮發(fā)的氣體【1】，一旦因各種原因造成管道泄漏、破壞，則可能引發(fā)火災、爆炸事故，造成生命、財產(chǎn)的巨大損失，同時給公共衛(wèi)生和環(huán)境保護帶來較長時間的負面影響。因此，加強天然氣管道的安全管理是天然氣行業(yè)的關鍵任務。將自動化控制的理論應用到天然氣管道中是提高安全管理水平的有效措施。
1自動控制理論的發(fā)展
自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置使機器設備或生產(chǎn)過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預定的規(guī)律運行【2】。
自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術科學。它的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎的自動調節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制，二戰(zhàn)期間為了設計和制造飛機及船用自動駕駛儀，火炮定位系統(tǒng)，雷達跟蹤系統(tǒng)以及其他基于反饋原理的軍用設備，進一步促進并完善了自動控制理論的發(fā)展。到戰(zhàn)后，已形成完整的自動控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為基礎的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入—單輸出，線形定常數(shù)系統(tǒng)的分析和設計問題。
為適應宇航技術的發(fā)展，自動控制理論跨入了一個新階段—現(xiàn)代控制理論，主要研究具有高性能，高精度的多變量變參數(shù)的最優(yōu)控制問題，主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎的狀態(tài)空間法。目前，自動控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正向以控制論、信息論及仿生學為基礎的智能控制理論深入。
為了實現(xiàn)各種復雜的控制任務，首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機的總體，這就是自動控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值；而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機構的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。
在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控裝置施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量和控制量之間的偏差從而實現(xiàn)對被控量進行控制的任務，這就是反饋控制的原理。
2自動控制理論在天然氣管道中的應用
自動控制在天然氣管道方面也有很廣泛的應用。隨著我國天然氣長輸管道的蓬勃發(fā)展，尤其在西氣東輸管道投產(chǎn)運行后，我國數(shù)字化天然氣管道建設進入了高速發(fā)展時期，而數(shù)字化天然氣管道建設的核心是天然氣長輸管道SCADA系統(tǒng)的建設。SCADA（SupervisoryControl And Data Ac-quisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是以計算機為基礎的監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)作為信息時代的產(chǎn)物，已廣泛應用于電力工業(yè)、鐵路運輸、環(huán)境保護、城市公用事業(yè)及輸油輸氣管道領域【3】。輸氣管道的SCADA系統(tǒng)常采用管理集中、控制功能分散的分布式控制方式，一旦通信系統(tǒng)或調度控制中心設備故障，各站仍能獨立地運行。一個完整的輸氣管道SCADA系統(tǒng)一般可分為三級控制：調度控制中心級、站場控制級和現(xiàn)場控制級。免費論文。
目前SCADA系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于西氣東輸管道工程，實現(xiàn)了天然氣輸氣管道的全線遠程監(jiān)控，提供了運行參數(shù)在線采集、數(shù)據(jù)趨勢和設備狀態(tài)的顯示；提供了多種管道運行報警手段，并啟動了管道運行的各類保護系統(tǒng)，如管道壓降速率保護、高低壓保護、ESD緊急停戰(zhàn)保護等，全面提高了管道運行的安全程度。免費論文。天然氣管道系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行不僅使控制工藝得到了改進，提高了企業(yè)管理水平，而且在確保安全生產(chǎn)基礎上，獲得了更大的經(jīng)濟效益。免費論文。
3 結論
在天然氣管道中應用SCADA系統(tǒng)既可以減少作業(yè)人員的數(shù)量，又可以將計算機應用到天然氣管道中，實現(xiàn)天然氣管道的信息化和自動化，更主要的是可以提高管道系統(tǒng)的安全性，極大地減少事故的發(fā)生。
參考文獻：
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[2]陳建明.自動控制理論[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.
[3]王牧陽，喻良[J].西南給排水，2007，2（29）：43
關鍵詞：自動控制原理 過程考核 一紙開卷
中圖分類號：TP13.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（c）-0066-01
“自動控制原理”作為自動化及相關專業(yè)的專業(yè)基礎課程，在自動化專業(yè)中，起到承上啟下的核心作用。同時，在化工、機械等專業(yè)中也處于非常重要的地位。[1]目前，這門課程存在著教師難教、學生難學的雙重困惑，特別是其考核方式和考核內(nèi)容在某種程度上直接影響學生的學習態(tài)度和積極性。進行考核制度改革，是調動學生學習積極性，提高教學質量的一種重要方法。傳統(tǒng)的考核方式大多采用閉卷或者開卷考試，存在不少弊端。
1 傳統(tǒng)考核方式及弊端
（1）不能有效促進學生對課程知識的積累，而且難以客觀評價學習效果。目前，獨立學院考試沿襲了傳統(tǒng)的課程考核模式，在這種考核模式中，期末考試是課程考核的主要方式，其所占比重較高，因此，期末考試的成績在一定程度上作為衡量課程教學效果和學生學習水平的主要依據(jù)。這樣會造成學生考試易存在作弊心理，考試臨時抱佛腳現(xiàn)象。
（2）使教與學不能較好結合。在獨立學院中，大多數(shù)學生學習只是為了考試及格，平時在課堂上和課后都不用心，不操心，得過且過，敷衍了事，很少主動總結教師課堂內(nèi)容和找教師答疑。在傳統(tǒng)考核模式中，閉卷考試容易照成學生死記硬背，是典型的記憶力考核。而且，閉卷考試客觀題較多，一定程度上也限制了學生創(chuàng)新和個性的成長。開卷考試容易形成學生不勞而獲的意識，往往把考試寄托在課本和作業(yè)上，不會主動學習。這就達不到教與學的有機結合，不能取得較好的教學效果。
2 自動控制原理考核改革的思路及方法
（1）改革考核內(nèi)容，培養(yǎng)學生創(chuàng)新應用能力。自動控制原理在實際生活中應用非常廣泛，因此，在制定課程考核內(nèi)容時，要與實際生活、先進技術和先進思想相鏈接，考核學生創(chuàng)新和靈活運用知識的能力?？己酥幸⒅貙W生個性的培養(yǎng)和發(fā)揮，使具有特殊學習興趣和有想法學生的才能得到發(fā)揮。比如，自動控制原理也是一門自動化專業(yè)和相關專業(yè)的考研課程，一部分學生需利用本課程學習考研，因此在制定課程考核時，可通過適當增加與考研內(nèi)容相關的考核試題，同時，加大考研課堂討論力度。這樣，即能滿足一部分學生考研需要，也能滿足大部分學生的學習需要?？荚嚥荒芡耆拗拼鸢?，除了原理性、原則性的問題，對于學生似是而非、較牽強的答案，特別是比較新穎的答案，要給以肯定，不能全盤否定，以利于加強學生的學習積極性、創(chuàng)新能力、主動思考和發(fā)散性思維的培養(yǎng)。
（2）加強過程考核。傳統(tǒng)考核模式可能會導致教與學相脫節(jié)。實施過程考核的考核理念，能較好的克服陳述性知識和過程性知識的分割、理論知識與實踐知識的分割、知識排序方式與知識學習方式分割的缺陷。[2]過程考核是課程教學體制中不可或缺的一部分，即體現(xiàn)了考核成績的科學性，也體現(xiàn)了公平性，一定程度上也杜絕作弊和臨時抱佛腳的心理，有利于培養(yǎng)學生重結果更重過程的人生觀和世界觀，為以后進入社會，進入職場有更好地發(fā)展。
例如，在自動控制原理課程教學中，為了增強學生的自主學習性，加大平時成績的比重，把平時成績提高到總成績的50%，同時，將考勤、課堂考核、課堂討論、課堂提問、答疑、課后作業(yè)、學生互動和課程論文等納入平時成績。在平時成績中，還要加大課堂討論和課堂提問在平時成績中的比重。這樣，既體現(xiàn)了公平性，又增加了學生的學習積極性，同時，開擴了學生的思維，培養(yǎng)了學生思考問題、分析問題和解決問題等多方面培養(yǎng)的能力，充分調動學生的自主學習性。
（3）引入“一紙開卷”?！耙患堥_卷”是指在考試開始前兩周由系部統(tǒng)一發(fā)給學生印有“自動控制原理考試專用紙”字樣的試卷紙，學生可在試卷紙上書寫與考試內(nèi)容有關的公式、內(nèi)容等，考試時允許帶進考場。[3] 考試結束后與試卷一起上交，否則視為作弊處理。
采用“一紙開卷”考核的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下2個方面：（1）可有效避免學生死記硬背公式和知識點，減輕學生負擔。自動控制原理課程具有理論性強、含有大量公式和圖形曲線等特點。采用“一紙開卷”的考試形式，學生可以不用死記硬背公式，可以把大量時間和精力放在知識點的理解和歸納總結上，有利于提高學生分析和主動思考的能力。（2）有利于減小作弊的幾率，端正考風?？荚嚽?，學生通過自動控制原理考試專用紙把需要記憶的公式、基本概念和歸納總結的知識點寫下來，這樣，考試時，部分基礎薄弱、學習成績較差的學生基本上不需要攜帶一些采用閉卷考試時常用的作弊小抄，而且也有利于調節(jié)學生的考場氣氛，緩解考試時的緊張。
（4）加強考核反饋機制。考核的目的，是為了檢查學生是否掌握所學知識解決問題的能力?？己私Y束后，要形成反饋機制，及時的把考核結果反饋給學生，完善學生知識點的理解。特別在過程考核時，比如，在學生完成課后作業(yè)、課堂測試和課程論文后，教師要及時的根據(jù)完成情況，對學生解題或理解錯誤問題進行案例講解，對重點知識點特別強調，要求學生及時修改錯誤，加強和完善知識點的理解。
3 結語
在獨立學院學生教學過程中，自動控制原理考核改革還任重而道遠，但教師應圍繞以培養(yǎng)一線應用型人才為理念的原則，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和實踐應用能力，培養(yǎng)面向現(xiàn)代社會的高新技術產(chǎn)業(yè)所需的復合應用型人才。實行“一紙開卷”和加強課程過程考核相結合的考核思路，推動了教學改革，促進了學生的主動學習能力，加強了學生的創(chuàng)新和綜合應用能力，避免了過去傳統(tǒng)考試模式作弊、臨時抱佛腳、單純應付考試和只要60分及格等心里和行為，提高教學質量。
參考文獻
[1] 楊婕，程麗平.應用型本科“自動控制原理”課程改革及實踐[J].中國電力教育，2010（4）：111-112.
