电子信息工程专业“自动控制原理”课程教学改革

王庆凤+谢田雨+谷昱

（吉林大学 电子科学与工程学院，吉林 长春 130012）

摘要：针对电子信息工程专业“自动控制原理”的课程特点，本文提出建立电子信息类专业“自动控制原理”课程分阶段进行Course Recitation的多媒体课堂教学与基于吉林大学课程中心的网络教学相结合的多元化理论教学模式；建立基于Labview和Matlab/Simscape的远程虚拟实验平台与基于Seminar的课程设计相结合的立体化的自主实践教学模式。

关键词：自动控制原理；教学改革；虚拟实验；Seminar教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）49-0087-02

“自动控制原理”是工程类学生的重要专业基础课，也是一门理论性和工程实践性很强的课程，在整个专业课程体系中占据着非常重要的地位[1-2]。虽然文献[3-4]等在自动控制原理的教学改革方面做出了许多工作，但其研究内容并不能直接适用于电子信息工程专业的教学实践中。因此，笔者结合本专业学生基础、学校政策及多年来的教学实践，总结了电子信息工程专业本门课程的教学特点，开展了一系列的教学改革探索与实践。

一、“自动控制原理”课程特点

（1）理论性强，涉及多方面的数理知识。（2）理论推导与工程实际的关联难于理解及掌握。（3）实践环节必不可少。面对以上问题，笔者从理论教学模式和实践教学模式两个方面，提出了教学改革的措施，使学生从细节到整体地学好该课程。具体方案如图1所示。

二、理论教学模式改革

（一）分阶段进行Course Recitation的理论课堂教学

借鉴笔者作为访问学者期间了解到的美国大学本科课程的教学特点，引入Course Recitation教学。制定适合电子信息工程专业的“数学模型的建立→时域分析法→频域分析法→校正方法→离散控制系统分析”五个主要教学内容模块，同时就某一问题或知识点或学生的所提问题，明晰各知识点之间的联系，与学生进行讨论，建立问题库，这种方式即为Course Recitation教学。

（二）引入基于Matlab的微虚拟实验演示，设计精良的板书与多媒体相结合的课堂教学

对系统建模、分析和综合等各个模块的课堂教学中借助Matlab展示虚拟微实验的具体内容和过程，提高学生对基础理论知识点的理解和实践能力的培养。制定包括“Matlab与Simulink模块介绍→Matlab中系统建模方法→Matlab中线性系统时域分析→Matlab中线性系统频域分析→Matlab中线性系统的校正方法→Matlab中离散控制系统分析”几个模块，以1或2个例子演示每一模块的重要实践内容。同时，教师设计合理、易理解的板书形式，板书内容以理论推导和过程为主；对于该课程教学内容中的各种图形、时域分析和频域分析的方法等以多媒体的动画、图形等呈现给学生。

（三）利用吉林大学课程中心构建“自动控制原理”网络课程资源

主要功能包括課程介绍（使学生对教学内容、教学大纲、课程特点、学习方法等有个总体认识）、课程资源（包括参考教材、教学ppt、典型习题、教学视频、仿真软件等）、习题及解答（作业布置、提交、批阅、在线测试）、实验教学部分（仿真平台、实验指导和课程设计）、在线讨论交流等。另外，该网络资源的特色是加入各种电子设计大赛的设计内容，详细的分析历届电子设计大赛中涉及到自动化装置的题目、内容及设计过程。该网络课程包含资源丰富，能为教师和学生之间、学生和学生之间提供良好的交流平台。

三、自主实践教学模式改革

没有实验课程，势必造成理论与实践的脱节，需要通过自主实验和课程设计来强化工程实践及创新能力的培养。

（一）基于Labview与Matlab/Simscape的远程虚拟实验平台的实践教学模式

Labview采用图形化的编程方式，提供了像旋钮、温度计和波形图等控件，可以很直观的建立前面板，调整不同的控件即可对程序进行调整。Matlab中的Simulink模块可以灵活多变的进行模型的搭建，很清晰地看到程序流程并且跟真实情况十分接近。此平台能实现控制系统的界面输入、输出及控制，能在线调节器件或仪器参数，观察对电路的性能影响，无须重新设置再仿真，直观看到参数变化对系统性能的影响。另外，利用Labview的远程发布功能，搭建基于服务器/浏览器的远程虚拟实验仿真平台，使学生能在任何可以上网的地方进行虚拟实验；也能进行与数据采集系统等硬件系统的联合实验仿真，为电子设计和毕业设计等综合实践打好基础。

（二）基于Seminar的课程设计案例的实践教学模式

为学生提供两个课程设计：倒立摆控制系统设计、室温控制系统校正装置设计。学生可以根据兴趣选择涉及电、磁、力、热、液等系统；将以学生进行报告、讨论为内容的Seminar教学模式引入到该课程的教学中，能充分激活和展现学生的内在认识潜能。基于该课程特点，可穿插Seminar教学模式，根据2次课程设计，进行2次Seminar教学。教学过程包括：课程设计任务布置、独立完成课程设计（包含系统性能分析，校正控制器设计）、分组讨论、组长讲解、提交报告、成绩评定等。

四、结束语

笔者根据电子信息工程专业“自动控制原理”课程的特点以及目前教学中存在的问题，从理论教学模式和实践教学模式两个方面提出了相应的改革措施。教学实践证明，采取的这些措施有效地改善了课程教学效果，提高了学生的学习积极性、知识掌握程度和应用知识解决实际问题的能力。

参考文献：

[1]强盛，史小平，何朕.基于项目的“自动控制原理课程设计”改革探索[J].实验室研究与探索，2013，（11）：416-418.

[2]李明大，刘小河，管萍，刘丽华.“自动控制原理”教学改革探索[J].教育教学论坛，2016，（16）：112-113.

[3]杨丽艳，李虹，柏艳红.基于RTWT的自动控制原理实验设计与实现[J].实验技术与管理，2015，（32）：123-126.

[4]席雷平，陈自力，李小民.基于校园网的自动控制原理网络课程构建[J].中国教育技术装备，2015，（4）： 40-41.

[5]刘金颂，张庆阳，苏晓峰，杨蕾.Matlab软件在自动控制原理实验中的应用[J].实验技术与管理，2015，（31）： 138-140.

[6]张国云，荣军，丁跃浇，李宏民，李武.Matlab在自动控制原理教学中的应用[J].电子技术教育，2015，（1）：71-74.