自动控制原理课程改革与建设方案

崔长春　马云俊

摘要：从课程内容、教学方法和教学模式、考核方法、教材建设几个方面分析了热能与动力工程专业《自动控制原理》课程现存的问题并给出了相应的建议对策，可以促进本门课程更加适应专业要求，提升教学效果。

关键词：热能与动力工程专业自动控制原理课程改革建设

《自动控制原理》是热能与动力工程专业的主干专业基础课程，在近几年的教学实践过程中发现，本门课程在内容设置、教学方法、考试考核以及教材建设等方面存在一定问题。为了提高本门课程与专业方向的匹配与协调性，从如下几个方面进行分析并给出相关建议，以此促进课程改革与课程建设，提升学生的学习效果。

一、课程内容

1.存在的问题

课程理论性较强，涉及知识点较多，数学公式多，同时授课学时有限，教师容易把过多时间和精力集中于原理讲解和公式推导，忽略了理论知识与电厂自动控制应用实例的结合，学生对学习课程的必要性、重要性和实用性认识模糊。

2.改革思路

（1）降低教学目标。热能与动力工程专业学习自动控制原理课程的目的是应用自动控制知识和技术为发电设备系统运行服务，而不是开发自动控制系统。如中国大唐集团公司集控值班员岗位培训大纲及考核标准中明确规定：熟悉自动控制的基本原理，机组自动控制系统的构成、工作原理及调节方法；自动调节装置的作用、组成、调节原理、逻辑关系及投切方法。因此，在教学目标上提出热能与动力工程专业学生在自动控制方面只需达到初步掌握自动控制的基本原理，能够准确提出该专业对自动控制原理的要求，正确绘制自动控制原理图，并能配合自动控制原理技术人员进行调试即可。

（2）简化教学内容。原有课程偏重理论知识，涉及许多高等数学内容，对热能与动力工程专业学生来说，学到的知识在就业过程中实用性不强。因此，在实际教学中，应以“理论够用、重在实践”为原则，删繁就简，弱化理论推导，以线性系统建模及稳、快、准性能的分析为主线，培养学生掌握自动控制系统基础知识，具有自动控制系统安装、调试、应用的基本技能，使学生具备自动控制系统的认识能力、自动控制系统模块的应用能力、自动控制系统的分析能力、自动控制的基本规律及调节器的使用能力、单回路控制系统的应用设计能力、典型控制系统解剖分析能力等。

（3）加强课程实验内容与专业领域的联系。根据课程的教学内容，以自动控制系统的组成环节为基础，设置相应的实验环节。为促使学生将专业领域与自动控制原理相联系，可以提前介绍一些较为简单的热工控制系统作为控制对象（如除氧器水位控制系统），再与实验内容（如PID调节器的参数整定方法）结合的方法，达到巩固专业知识，促使学生思考热能与动力工程专业中所涉及的热工控制系统应该如何自动控制运行的目的。

二、教学方法和教学模式

1.存在的问题

本课程是一门专业基础课，理论性强，涉及到大量的高等数学知识，学生学习的难度较大，传统的课题教学过程易枯燥。尤其高等数学基础较差的学生，学习课程相关知识难度大，因此学习兴趣不高。

2.改革思路

（1）在教学过程中突出控制理论的物理概念及工程背景，淡化数学证明为原则；

（2）采用启发式教学方法。例如在课程绪论部分，通过与专业相关的典型示例，引出控制、开环控制、闭环控制以及反馈等基本概念，使学生认识到学习本课程的重要性，并对控制理论在专业发展的作用有一定的了解。另外，还可采用课堂问答和课堂讨论的方式，以及在教学内容转换时适当留一些悬念，让学生通过思考和讨论自己解决问题，提高学生学习的主动性。

（3）传统教学方式和现代化教学手段结合。自动控制原理课程由于公式多、绘图量大且准确度要求高，很多内容非常适合多媒体授课方式。但是，采用多媒体教学方式会使学生来不及做笔记，并且也减少了教师和学生的课堂交流。因此可采用将传统的板书教学方式和现代化的多媒体相结合的方式，对于传递函数方框图化简、根轨迹法、频率特性法等存在大量图表、公式和曲线的教学内容，采用多媒体授课方式。另外，充分利用网络教学平台，把包括多媒体课件在内的所有教学资源都放到网络教学平台上去，真正实现交互式双向教学。

（4）部分教学环节与实验相结合。如典型环节的响应特性、PID调节器的参数整定方法的教学内容，可采用虚拟实验室方式，利用MATLAB语言作为控制系统的仿真平台，，通过画面显示的形式帮助学生理解自动控制理论。同时也可以扩大实验内容，增加具有设计性、综合性以及创新性的项目，提高实验的质量，提高学生的综合设计能力，培养学生的创新思维。

三、考核方法

1.存在的问题

（1）传统的自动控制原理考核方法凭借期末考试一张试卷（并且大多都是采用闭卷考试）来评价学生的学习情况。自动控制原理课程理论性强，内容抽象，涉及的数学基础知识面广，包含的公式和图形多、推导计算复杂。因而导致自动控制原理学科的题目大部分计算量较大，作图过程繁琐，所以用一张试卷在两个小时来确定一个学生的成绩不是很合理。

（2）完全采用这种闭卷考试的方法，容易使学生产生好像在学习数学知識。因此，有必要通过考试改革带动教学改革进程，使学生对自动控制原理的认识回归到解决实际问题上，达到学习自动控制原理课程的最终目的——树立正确的方法论，能从系统的观念分析和解决实际问题。

2.改革思路

（1）采用多种形式相结合的考核方式，保障课程教学和实践质量。改革自动控制原理的考试方式，可以将传统的单一闭卷考试模式改为多种模式相结合的考试形式，即综合考核学生的学习态度、理论水平和实践能力。考试模式可将卷面考试、口试和动手实验、撰写课程相关内容的科学报告相结合，注重动手和综合能力测试，注重过程考核，增加平时考核次数和实验考核环节，提高实验考核在期终总评成绩中的比重。

（2）考试命题可分为闭卷部分和开卷部分。

闭卷部分可以采用采用笔试方式按学校相关规定进行考试，试卷命题时应注意避免复杂冗长的公式，以防学生把重心放在记忆知识这一层次上，而实际上这些耗费了大量精力死记硬背的东西也只能记住一时，在实际工作中主要是通过查阅资料来解决问题的。

开卷部分可包括实验、大作业或论文，内容应体现多层次、模块化形式，难度适当加大。论文题目可以提前发给学生，学生可以应用各种资源，如网络、图书馆等等查找资料，同学间也可以相互讨论。提交论文時，还要参加简单的答辩。这种面对面的交流，可以帮助老师更准确掌握学生的学习情况。实验部分根据实验报告、实验操作技能和自行独立设计实验能力等方面情况进行综合考核。实验内容的拟定，则应注意新颖性、趣味性和实用性，多选择一些有实际应用背景的相关内容，如加热炉、单容水箱、直流电机等的控制，规定控制系统所要达到的性能指标，要求学生建立被控对象物理过程的数学模型，

运用已学过的时域或频域方法，进行系统设计和校正，在Matlab环境下进行系统仿真，最后撰写实验报告。

四、教材建设

1.存在的问题

目前，没有专门作为热能与动力工程专业本科生学习自动控制原理的教材。已有的《自动控制原理》教材对于热能与动力工程专业本科生学习难度大，这些教材内容与专业内容联系很少，而且学生没有必要学习自动控制理论的全部内容。

2.改革思路

（1）编撰符合热能与动力工程专业要求的教材。热能与动力工程专业学习自动控制原理课程重在应用，因此应选择控制理论与实际系统相结合的教材。目前这样的教材还不多，因此，可考虑结合本校热能与动力工程专业或相关专业（如建筑环境与设备工程专业）学生的实际，编撰教材。在编撰过程中，要给出与热能与动力工程专业工程应用相结合的案例，这样有助于加深学生对专业知识的理解，为学生今后的相关专业课学习打下坚实的理论基础。

（2）编撰辅导教材。突出学习指导、习题讲解和在单元机组热工自动化中的应用。

参考文献：

[1]张炯，王鑫，郑灿香.《自动控制原理》理论课程教学改革与实践[J].中国校外教育，2013（1）：83.

[2]潘奇明，李博，周文辉. “自动控制原理”课程教学探索[J].中国电力教育，2013（7）：80-81.