基于应用型本科教育和专业认证的《自动控制原理》课程实验教学改革

梁春辉

(长春工程学院 电气与信息工程学院，长春 130012)

一、引言

《自动控制原理》课程是我校电气工程及其自动化专业的重要专业基础课。本课程主要阐述以线性定常单输入单输出负反馈控制系统为主的经典控制理论及其分析方法。教学内容主要包括数学模型的建立，时域、复域、频域内的系统的稳定性、稳态性能及动态性能分析，控制系统的设计，并辅以计算机辅助分析。通过本课程的学习，使学生具备初步的理论联系实际的能力以及解决工程实际问题的能力，逐步提高学生的设计和创新能力。

学好该门课程，需要将理论与实际相结合，所以实验教学成为理论教学的有力支撑，实验环节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。

二、自动控制原理课程实验教学现状及存在的问题

从实验条件方面看，由于受到客观条件的限制，导致实验器材比较落后，实验教学的作用难以发挥。所以需要结合计算机仿真工具进行完善。

从实验内容方面看，基本上还是对基本理论的验证和复现，结构比较单一，没有一个完整的体系，综合性、设计性及创新性的实验比较少，学生很少有发挥主观能动性的余地。所以需要对现有的实验内容进行研究、改革和更新。

从实验教学方法方面看，尽管已有不少改革成果，但仍有相当多的实验还局限于验证原理和训练操作技术，而对实验思路、实验设计和实验综合分析能力重视不足，所以需要对现有的实验教学方法进行研究和改革。

结合我校电气工程及其自动化专业工程教育认证标准与课程目标，根据自动控制原理课程实验教学现状及问题，课程组成员对该课程实验教学进行一系列研究与改革，提高自动控制原理课程教学水平，增强学生的学习兴趣，培养学生综合能力、动手能力和创新能力。

三、实验教学内容的改革

结合我校“培养应用型人才”的办学定位，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，明确基于学生毕业要求的课程目标。通过对本课程的实验教学，使学生具备下列四项能力：

目标1：能够根据系统的性能指标要求制定实验方案并选择相应的元器件及匹配参数来构建实验系统。

目标2：能够根据实验方案正确搭建实验系统，安全进行实验，获取实验数据。

目标3：能够正确筛选、处理和分析实验数据，得出合理有效的结论，并提出控制系统的改进方案。

目标4：能够利用计算机仿真软件构建控制系统仿真模型，进行仿真实验，对系统性能进行模拟预估。

每一个课程目标对应一项毕业要求指标点，比如课程目标1对应毕业要求4-2，即能够基于科学原理并采用科学方法对电气电子器件、电路、装置以及复杂电气工程系统，选择研究路线，设计可行的实验方案。

在教学内容方面，增加设计性、综合性实验的比重。在实验台原有的验证性实验基础上，新增了综合设计性实验 “二阶控制系统设计”，将二阶控制系统的数学模型、动态性能指标计算、模拟电路设计与MATLAB仿真结合，能够选用现代工程工具和信息技术工具，对复杂工程问题进行预测和模拟。并将原有的验证性实验“控制系统的稳定性分析”调整为综合性实验，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。

四、实验教学方法的改革

教学方式多样化：在互联网信息时代，把Authorware、Photoshop、PowerPoint 等多媒体技术和网络技术等应用到自动控制原理实验教学课件中，通过课件来演示实际控制系统的工作过程，易于学生理解，同时可以激发学生的学习兴趣。将实验室安排信息发布在学校网络平台上，方便学生信息查询及使用，提高实验室使用效率。

增加计算机仿真的比重：随着计算机技术的日益发展，在自动控制原理实验教学增加MATLAB软件应用的比重，每个模拟实验都要求学生在预习阶段使用MATLAB软件对系统进行辅助设计和仿真，绘制出系统的伯德图、根轨迹图和阶跃响应曲线。这样可以将抽象的问题具体化，加深学生对课程内容的理解和掌握，并且为以后的科研工作奠定良好的基础。

开放实验室：本学期开始实验室实行开放制度，可以扩大学生的发展空间，并能增加学生的发展机会。实验室开放无论从实验预习、实验操作过程还是计算机仿真等方面都增加了学生对实际控制系统的动手操作机会。学生可以在掌握了自动控制原理课程的理论知识前提下，随时进行实践，这样便进一步加深了对该课程和实践的理解。并且实验室开放过程可以让学生不受固定模式约束地发挥想象力和创造力，由基础实验逐渐过渡到综合性、设计性实验，训练学生掌握扎实的基本技能，培养学生的综合应用能力和设计能力。

五、优化实验考核，建立持续改进机制

针对当前考核模式的单一性，不光单纯依靠实验报告来评定学生实验成绩的考核模式，增加对学生预习环节和实验操作环节的考核，使实验评分机制更趋合理和科学。课内实验评分细则如下：

表1 课内实验评分细则

其中实验方案环节主要考察学生对实验的预习情况，包括理论计算和电路设计等。将实验预习的成绩按照30%的比重归入实验评分标准中，可以提高学生对预习环节的重视程度和执行力度。实验系统搭建环节主要反映学生操作技能和实验素养，按照40%的比重归入实验评分标准中，使学生更安全、熟练、规范地操作实验设备，提高学生的动手能力以及独立解决问题的能力。数据处理与分析这一项主要是对学生实验报告细节的考核，按照30%的比重归入实验评分标准中，在实验报告中增加“思考题”和“实验心得”，让学生真正做到理论联系实际，通过实验报告数据结果的正确性来评价学生的“实验能力”。以上三个考核项目也分别对应大纲要求学生具备的课程目标。

以工程教育认证体系的“持续改进”为原则，根据本学期自动控制原理课程达成度进行分析，成立课程持续改进组，由课程负责人组织执行并监督持续改进过程，制定持续改进措施。在实验课结束后，教师综合学生的课前预习、实验操作、实验表现和实验报告等情况进行教学小结，调整并改进实验教案，主要包括对实验预习内容、实验内容的重点和难点的调整，从而形成一个良好的教学闭环模式，保证实验教学效果的持续改进。

六、结论

以我校电气工程及其自动化专业工程教育专业认证为契机，结合应用型本科教育的理念，开展自动控制原理课程实验教学改革和研究。首先基于学生毕业要求明确课程目标，针对实验教学内容和教学方式进行改革和优化，通过改革考核方式加强持续改进。实践证明提高了教学质量，并能培养学生的创新能力和工程实践能力。