自动化专业应用型人才培养中控制类课程的改革与探索

李 博 任雪静 赵俊杰

(1. 江苏理工学院电气信息工程学院 江苏常州 213001； 2. 常州工学院数理与化工学院 江苏常州 213032)

0 引言

作为有着广泛工程实践背景的自动化专业，旨在培养具有扎实的控制理论与工程基础知识，能从事与自动化有关的电工技术、控制技术、信息技术等方面工作，能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、制造系统自动化等领域从事工程设计，并受过工程师基本训练的应用型高级工程技术人才。在自动化专业人才培养过程中，控制类课程起着非常重要的作用。本文以江苏理工学院自动化专业为研究对象，对控制类课程的教学情况进行了介绍，对下一步的教学改革进行了探讨，希望通过教改能更好地为人才培养目标服务，帮助学生更好地掌握专业知识，也为学生毕业后的发展和就业打下良好的基础。

1 控制类课程现状

我校控制理论类课程划分为学科专业基础课和专业课，并细分为必修课和选修课。目前自动化专业主要开设的控制类课程包括：自动控制原理、现代控制理论、智能控制技术、计算机控制技术、过程控制理论、集散控制技术、现场总线控制技术、控制系统设计与仿真等课程。在这些课程中，自动控制原理是最重要的专业基础课，对培养学生的学习兴趣、夯实学生的基础知识、进行后续其他控制类课程的学习起着至关重要的作用。

目前，自动控制原理的教学内容主要有控制理论的数学基础、时域分析、根轨迹法、频域分析以及串联校正等，但是，学时数偏少，对控制理论知识的讲解不够全面；线性离散系统和非线性控制系统分析的相关内容没有介绍，对后续计算机控制技术等课程缺少衔接和铺垫，导致学生学习后续课程吃力。此外，自动控制原理没有自主创新的实训课程，使得学生控制器设计的工程实践能力没有得到锻炼。在其他控制类课程中，不同程度地存在课程知识内容老化现象，且在不同课程中出现了知识重复的现象，使宝贵的课时没有得到更加有效地利用。

2 理论教学的改革

2.1 教学内容的改革

目前，应改革控制类课程的课程体系设置和教学内容安排，做到学时数有增有减，对于大纲内容相近或有重复的课程考虑优化整合，达到既定的教学目标和要求。为了培养应用型人才，调研学校所在地的地方经济发展需求，邀请相关特色行业专家座谈，探索开设有着广泛特色行业背景的课程，提高毕业生的含金量。具体的改革措施有：

1) 自动控制原理课程在原来的基础上进一步增加课时，着重经典控制理论的知识掌握；内容上增加Z变换知识与离散控制部分、非线性控制系统分析部分[1]，使学生能够更好地与后续课程如计算机控制技术等衔接，解决学生离散控制内容缺失的问题。

2) 智能控制技术课程在原有教学内容的基础上，更加侧重算法的应用与控制器的设计，在MATLAB软件的帮助下进行上机实验，让学生熟练掌握几种智能控制算法的仿真建模。理论分析部分掌握基本的智能控制理论即可，过于深奥的数学分析对于学生来说掌握可能较为困难。

3) 从计算机控制技术课程大纲中删去先进控制技术相关内容，避免与智能控制技术重复；同时，尝试使之与过程控制技术课程进行整合，优化相同的内容，补足两门课程的短板。鉴于集散控制技术和现场总线技术所面向的应用背景非常接近，优化合并这两门课程，增加最新的工程实践成果，使得总线实用技术做到与时俱进。

4) 控制系统设计与仿真课程取消，将其内容融入其他控制类课程中，特别是融入自控原理、现代控制理论和智能控制技术课程中，方便学生在学习相关控制知识的同时，练习MATLAB软件的使用、控制算法的验证以及控制器的仿真设计[2]。

5) 根据地方政府产业发展规划与自身师资力量，开设运动控制技术、机器人控制技术等课程。

2.2 教学方法和手段的改革

在理论教学中，对于如自控原理等理论性较强的课程，加强多媒体手段的使用，制作生动有趣的ppt课件，将文字、图片、动画[3]等教学信息通过屏幕呈现给学生，提高教学的形象性，解决枯燥的理论教学难以引起学生学习兴趣的难题。而对于计算机控制技术等工程背景强的课程，在教学过程中采用工程案例教学法，通过视频等方式对实际控制系统案例进行展示和分析，帮助学生理论联系实际，提高他们的应用能力。建立网络课堂，通过网络教学，学生可以扩大知识面，提高分析问题、解决问题的能力，充分发挥学生主观能动性，做到提高效率、因材施教。

3 实践教学的改革

目前，控制类课程的实践教学主要以课内实验为主，仅有过程控制技术课开设了实训课程。并且在课内实验中，由于经费和实验条件所限，主要以验证性实验居多，设计性的实验较少。下一步改革方向：第一，提高课内实验的水平，通过更新教学设备，使学生能够在课内实验中进行控制器设计的初步训练，而不仅是验证已掌握的控制理论；第二，争取经费新建实验室，购入高级实验设备，如倒立摆等，可以让学生设计出较复杂的常规控制算法、智能控制算法，算法的有效性可以在MATLAB软件仿真的前提下在实验平台上得到有效检验；第三，对现场总线技术课程建立符合最新行业标准的总线实验室，增开实训课。鼓励成绩优秀的学生积极参加全国以及省市级各种相关竞赛，学生可以通过参加比赛既增长了见识，拓宽了视野，也提高了水平，锻炼了才干。积极与当地相关自动化企业联系，寻找具有鲜明特色的行业背景，建立产学研结合的实践教学基地，让学生能够更好地了解企业对人才的需求，与企业双向对接。

4 考核方法的改革

现有理论课程的考核方法主要以期末考试为主，辅以平时课堂表现、考勤、作业、课内实验成绩等。这种考核方法对学生平时学习情况的督促作用有限，导致部分学生全靠考前突击来通过考试。在考核方法的教学改革中，我校对课程考核采用“N+1”的方式，即平时成绩和期末成绩在最终成绩中各占50%。其中的N由任课教师自行根据课程特点确定，但要求形式不少于三种，如平时测验、期中考试、读书笔记、撰写调查报告等。这样既充分发挥了学生的主观能动性，调动学生的学习兴趣，避免考核方式过于僵化，又能够使教师对学生平时的学习情况做到充分了解，在教学过程中不断调整进度和有所侧重，帮助学生更好地提高。与此同时，依然保持期末考试的重要地位，对期末卷面成绩低于50分的学生，考核为不合格，避免学生存在投机心理，不重视期末考试。

在实践教学中，以培养学生利用所学知识解决实际工程问题的综合应用能力和创新能力为目标，培养学生动手能力和创新能力，允许学生在现有实验设备条件下，自主设计实训题目[4]，并视完成情况给出成绩。指导优秀学生参加各级比赛，对获奖学生可以量化折合学分，同时相关实训课程可以申请免修，形成良性循环，以此激发学生参加课外竞赛的热情。

5 改革探索结果

1) 在新的自动化专业人才培养计划修订中，对原来培养方案中部分课程进行了调整，减少了信号与线性系统课程，将相关内容调整到相应课程中，增加了自动控制原理课程的学分数以及学时量，修改大纲，加入离散控制、非线性控制等内容；合并集线控制技术和现场总线控制技术为一门课程，进一步优化了控制类课程的教学内容。

2) 建设了新的现场总线控制实验室、自动控制课程设计实验室，并撰写了相应的实验指导书。通过购进最新的教学仪器、符合工业标准的先进总线设备，锻炼学生的应用实践能力，更好地与社会需求接轨。

3) 在考核方法改革中，推广“N+1”考核方法以来，学生从最初的不重视平时考核和平时成绩，到现在高度重视并且认识到其重要性；考核方式的多样化激发了学生课堂学习的积极性，拓宽了学生的知识面和眼界，提高了学生的成绩。

6 结束语

本文从控制类课程的现状、理论课的教学改革、实践课的教学改革以及考核方法的改革等方面进行了阐述，期望通过这些改革，能够显著提高学生系统应用自动化技术的能力和水平，了解当前自动化相关行业前沿的最新动向，调动学生学习的积极性和创造性，在学生加深对理论知识理解的基础上，让学生的动手能力和综合应用能力得到有效的锻炼，使学生在毕业前就做好充分的准备，成为具有专业技能的应用型人才。结合教育管理的客观规律，根据学科发展要求，在不断的教学实践中解决问题、弥补不足，修改和完善控制类课程的教学改革方案，同时也促进教师教学水平的提高与个人的发展。

[1] 李国勇，谢克明，杜永贵，等.自动控制理论课程的教学改革研究[J].太原理工大学学报(社会科学版)，2009(2)：78-81.

[2] 曾庆军，邓志良，朱志宇，等.自动化省级特色专业控制类课程群建设[J].电气电子教学学报，2016(1)：14-18.

[3] 杜学山，曹文博，王成铎.《材料成形原理》教改初探[J].教育教学论坛，2016(11)：111-112.

[4] 余雷，王富东，杨歆豪，等.控制类课程工程化教学模式的探讨[J].电气电子教学学报，2014(2)：7-8+26.