工程教育专业认证背景下自动控制原理实验教学改革与实践

初红霞 王希凤 谢忠玉 杜 娟

黑龙江工程学院电气与信息工程学院 黑龙江哈尔滨 150050

自动控制原理课程是我校自动化、电气工程专业的一门重要专业基础课程，在教学体系中占有重要地位[1]。随着计算机技术和控制工程领域技术的发展，自动控制技术的应用日益广泛，该课程在专业课中的地位更加显著[2]。自动控制原理课程具有理论性强、实践性强、难于理解和掌握等特点[3,4]。而实验教学作为理论教学的有效支撑，实验实施效果的好坏是实现课程目标的有力保障，也是实现工程教育专业认证人才培养目标的途径。

1 实验教学内容的改革

1.1 针对工程教育专业认证人才培养目标的实验教学内容的拓展

在工程教育专业认证人才培养的背景下，自动控制原理实验课程在培养学生工程文化素质上有重要的作用，作为课程主要内容的相关实验单元，教学内容的改革也要以工程教育专业认证人才培养目标的要求为导向，拓展现代自动控制的理论知识，为学生向工程技术人员的过渡打好基础，这是工程教育专业认证培养的重要支撑。

1.2 体现现代控制理论发展水平的教学内容设计

课程的教学内容是体现课程价值与意义的核心，也是推进教学改革的重要举措，针对现有教学内容较现代控制理论发展水平相对落后的问题，在分析和完善已有教学方案的基础上，从频率特性分析、系统校正方法等方面扩展相关知识，使整个实践教学内容更系统、更科学、更贴近实际工程环境并且符合现代控制理论发展的水平，这也成为自动控制原理实验教学改革研究的重要部分。

1.3 满足不同专业人才培养方案需求的个性化教学内容的设置

教学内容的设置应根据不同专业人才培养方案的目标要求而设定，控制类专业和电子信息类专业在教学内容的深度和广度上都应有所差别，这是实现以人为本，以学生为中心，因材施教教学理念的基础，也是自动控制原理实验教学改革必须考虑的重要因素。

1.4 修订和完善实验教学大纲

根据工程教育专业认证人才培养目标要求，对自动控制原理实验教学大纲进行修订，2018年后执行新的大纲，主要进行了两方面的改动。

(1)增加了实验学时。将课内实验调整为独立开设的实验课程。实验学时数由原有的8学时增加到16个学时，便于对实验教学内容进行优化和调整，更好地满足专业认证需求。

(2)增加设计性、综合性实验的比重。工程教育专业认证人才培养目标要求学生有独立分析和解决问题能力，因此，对实验内容进行了调整，在THBC-1实验台原有的验证性实验基础上，新增了实验“基于MATLAB的PID控制器设计与研究”“基于MATLAB的控制系统时域分析”，并将原有的验证性实验“控制系统频率特性测试”调整为综合性实验“控制系统频域法串联校正设计”。有效地将控制系统中的控制理论应用于工程实践，日后会使学生对控制系统在工程领域中的应用做到有的放矢。而综合的实验“控制系统频域法串联校正设计”则加深了原有实验的深度，提高了学生对控制系统设计理解和分析。

2 实验教学实施方法改革

2.1 加入课堂演示实验教学 培养创新能力

通过加入智能控制演示实验，让学生对先进的控制理念有所了解，激发学生学习的热情，同时对培养学生的学习能力，分析和思考能力，动手能力，以及创新能力都有重要的作用。因此在实验教学方面，尽可能地设计出具有前沿性和科技性的演示实验，指导学生学会控制理论问题的实验方法，为培养他们的创新能力打下良好的基础。

2.2 开展控制理论课题研究 培养学生综合运用知识的能力

通过应用自动控制技术开展相关的课题研究，培养学生综合运用知识的能力、计算能力、文献综述分析能力，用控制理论解决问题的能力及团结协作的能力。在研究过程中还能培养学生独立思考的能力，提高学生的创新意识。学生主要根据教师下的任务书中提出的技术指标，以小组方式展开研究。需要学生自己查阅文献和相关资料，给出不同的设计方案。如对“PID参数整定”“串联校正方法”等问题的研究，学生给出了不同的实现方案和思路。这项活动扩充的学生的知识结构，激发了他们的研究热情。

2.3 开展相关的学生课外科技活动

借助“全国大学生电子设计大赛”平台，指导学生开展丰富多彩的实训活动，学生可以验证所学到的控制理论知识，也可把在控制理论学习中的新想法、新创意通过自己的努力变成现实，通过创新活动使学生从中不仅深化了对理论知识的理解和掌握，还大大增强了他们的实验能力和创新能力，培育了学生顽强的创造意识和创新精神。通过科技作品制作小组活动和学术报告活动的开展，丰富学生的业余生活。

培养创新型人才是工程教育专业认证培养目标的核心要求，因此，必须让学生将实验指导书上所学的理论知识通过课外活动学习平台实践，施展学生的创造力。目前我院已多次参加了多届“全国大学生电子设计大赛”“全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛”，开阔了学生的眼界，取得了很大的成绩，提高了学生的创新能力。另外，通过学术报告活动的开展，让学生及时了解控制学科的动态。学术报告小组在开展活动时，学生在教师指导下按要求查阅大量文献，将生活中的技术难点与控制理论知识相联系，通过学术报告活动的交流，提高了学生获取知识的能力，又培养了自主学习的能力。

3 实验考核方式改革

在实验考核方式改革中，通过优化考核模式，提升评分机制的科学性。根据专业认证的要求对考核方式进行了调整，改变只拿实验报告评定实验成绩的方式。第一，增设预习环节，可以提高学生对预习环节的认知程度和执行力度，使实验考核机制更趋合理性和科学性。第二，增加对实验报告细节的考核。在实验报告中设计思考题考核学生的“实验知识”掌握情况，真正地做到理论联系实际。在实验进行中通过学生的操作情况以及实验结果的正确性来评价学生的“实验能力”。

4 结语

自动控制原理实验教学以工程教育专业认证为目标，坚持“以学生为本”的理念，立足培养目标，从实验教学内容、实验教学实施方法、实验考核方式三方面对实验课程进行教学改革，能充分调动学生的主观能动性、提高学生分析和解决控制领域复杂问题的能力，培养学生的创新能力和自学能力，更好满足工程教育专业认证的要求。

[1]黄家英,曾晓东,王建,杨晓梅,赵耀.《自动控制原理》新体系的探索与实践[J].电气电子教学学报,2009,31(9):142-146.

[2]周颖,张燕,刘作军.对现阶段自动控制理论教学方法的探讨[J].长春工业大学学报:高教研究版,2011,32(3):57-58．

[3]李斌,黄建明,王斌,马铁东.自动控制原理:下[M].北京:机械工业出版社,2014:3.

[4]卜飞飞,黄文新,王世山.面向工程教育专业认证的非电类专业电工电子课程教学改革[J].中国现代教育装备,2016(1):56-58.