自动化专业基础系列课程建设与实践

马铁东，杨 欣，李 斌，苏玉刚

(重庆大学自动化学院，重庆 400044)

自动化是实现我国工业、农业、国防和科学技术现代化，提高劳动生产率、产品质量、改善劳动条件和节约能源等方面的重要技术手段［1］。自动控制理论及实用控制技术已经成为现代工科高层次人才应具备的理论技术基础之一。我校于2009年开始启动大类系列课程建设项目。

自动化专业基础系列课程是我校大类系列课程建设项目之一。该系列课程以传授自动控制基础理论知识和控制系统设计基本方法、培养学生理论素质和解决实际工程问题的能力为主。以“把握共性、强化基础、实践创新、培养能力”为建设思想，在建立课程体系、教学模式、教师队伍培养、实验平台建设等工作中，提出自动化专业基础系列课程建设的基本原则［2］。

1 自动化基础系列课程体系

1) 教学组织上以多专业融合为基础

各专业相关知识和应用背景的相互交叉融合，符合科学发展的规律，是自动化专业基础系列课程教学体系实现的组织基础和保证。近年来，笔者所在的自动化学院先后承担了我校通信工程、测控技术与仪器、生物医学工程、建筑环境与设备工程、给排水科学与工程等专业本科“自动控制原理”课程或“自动控制原理实验”课程教学工作，在与各专业知识的交叉融合上已积累了丰富的经验。

2)教学内容及方式

传播自动控制及系统的基本思想、方法、工程理念是自动化专业基础系列课程的教学共性。通过体系课程教学应使学生具备“3+3+N”型能力。

(1)三种思想:系统的思想、反馈的思想、工程的思想。

(2)三种基本方法:时域法、频域法、根轨迹法。

(3)多专业工程应用:在所授各个专业工程项目中的应用。

在教学中以各专业工程实例为引线，把自动控制及系统的思想贯穿在对实例的认识、分析与设计的教学中。多采用启发式、探究型的教学方法，合理运用板书与PPT结合教学方式。

3)教材选择与建设

各专业的工程背景不同，导致研究的问题和研究侧重点各异，被控对象的特性、控制系统的指标要求也有差别。本教学团队已完成编写教材《自动控制原理》上、下册，并筹划编写其他适合本系列课程教学的《先进控制理论》和《智能控制基础》等教材。

4)系列课程的网站建设

我校于2009年从清华大学引进了网上教学综合平台(EOL)并已全面推广实施，其中大系列课程建设网络平台涵盖了每个系列课程各类教学资源(如体系架构、电子教案、各类辅助教学的文本材料、视频、动画、图片、重点难点解析、案例分析、习题库、试题库、实践指导等)。学生还可以在平台上进行课前预习和课后复习，利用平台交互式功能可及时反馈学生的问题。

2 多层化递进式教学模式

教学团队建立了以典型实际工程问题为驱动，坚持教学、科研、实践相结合的教学模式。该模式包括基础层、专业层和实训层三个层次的教学项目，每层培养项目保持关联和递进，不同层次实践项目的目的内容与要求不同，训练方法也各具特色。

1)基础层

该环节包括了“自动控制原理”、“现代控制理论”、“计算机建模与仿真”、“Matlab实践”、“系统辨识”、“智能控制”、“先进控制”、“过程控制”和“运动控制”等课程的深入学习，要求学生建立工程系统的思维方式，掌握自动控制理论与技术的基本知识，了解本专业学科前沿和最新发展动态。

2)专业层

利用团队现有平台资源，实现以基础性实验、综合性实验、自选系统性实验和课程设计为实践平台，将各类实践、科创、实习、毕业设计或论文等环节融入专业教育，提高实践课程量［3］，锻炼学生利用理论知识解决实际控制问题的能力。

3)实训层

利用学校实验实践资源和教师科研项目，让学生进入实践基地和教师的课题组，接触实际工程项目，形成了以学生为实践主体，以工程项目为控制实体的自动化专业系列课程工程应用模式，提高了学生自动控制技术的工程应用能力。

3 教师队伍培养

1)积极开展研究性教学活动

以学生为中心，教师充当组织者、引导者与合作者的角色，尽力把学生引入独立思考和动手的状态，让学生自主学习，尽情发挥。

2)重视提高研究型教师的知识体系更新能力

在本学院的新课程中，笔者所在教研组成功开设了“智能控制基础”与“先进控制理论”两门专业课，这与学生现有的知识能够做到很好的衔接，实现了对已有教学体系的及时更新和有益补充。

3)提高研究型教师现代信息的获取能力

本团队通过提高整合信息技术与课程的能力，利用先进多媒体设备组织教学，及时传递各种新知识和新信息，从而实现了教学内容呈现方式、学生学习方式和师生教学互动方式的变革。

4 集成化实验平台

实践教学相对于理论教学更具直观性、综合性和创新性，是培养学生实践能力、创新能力和综合能力的关键环节［4］。通过近三年的教学改革实践，教学团队已成功完成集成化实验平台的建立。

1)集成化实验平台建设的规划

根据各工科专业对自动化专业基础系列课程的不同要求，教学团队制定了以控制理论和控制系统为核心、远程实验平台为基础的集成化实验平台。该平台除了给学生开设基础性和验证性的实验外，还增加了综合性、设计性、创新性以及开放性的实验，打破按各课程自行设立实验装置的模式。

2)集成化实验平台建设的内容

按照四级递进式体系结构建立集成化实验平台:一级实验覆盖了相关课程的基础性、验证性实验;二级实验覆盖了相关课程的综合性、设计性和创新性实验;三级实验选择具有典型意义的控制对象构建控制系统进行实验;四级实验覆盖了开放性实验与远程自主实验。

3)集成化实验平台建设的教学效果

通过实验，学生不仅可以加深对专业课程的理解，更重要的是学生很自然地从系统工程的角度参与实验，激励学生自学相关内容，寻找知识交叉点，努力拓宽知识面。

［1］ 马铁东，浮洁.自动化专业本科双语教学现存主要问题及应对措施［J］.上海:实验室研究与探索，2011，(10):283-286

［2］ 刘焕君.工科院校系列课程建设实施及其意义探析［J］.吉林:吉林建筑工程学院学报，2010，(5):104-106

［3］ 张立新，纪文刚，戴波，于静，魏文渊.面向能力素质培养的自动化专业系列课程建设［J］.上海:实验室研究与探索，2011，(10):351-353

［4］ 董素玲.基于岗位能力“多层化”的实践教学体系--以电气自动化技术专业为例［J］.哈尔滨:黑龙江高教研究，2010，(9):148-150