基于居民虚实实验平台的自动控制理论教学体系构建

基金项目：

1.浙江省高校实验室工作研究会实验室工作研究重点项目(Z201215)

2.2011年度省教育技术研究规划课题重点项目（JA005）

3.浙江省教育科学规划课题（2014SCG212）

摘要：为提高信电类自动化专业人才培养质量，提升自动控制理论教学效果，依托虚实结合实践教学平台，结合浙江大学城市学院信电分院学科特点和学生情况，大力改革自动控制理论内容体系和课程体系，基于知识应用，借助计算机虚拟仿真工具和实验平台，构建了层次型的虚实结合体系构架，并在实践中进行课程的相关建设和课程教学改革，提升了学生参与度，提升了课程的教学效果。

关键词：虚实结合；自动控制理论；课程体系；层次型

【中国分类法】：TP13

自动控制理论课程是电气信息类自动化专业学生的重要专业基础课程,是自动控制系统、过程控制、智能控制等专业课程的先修课程。该课程理论性、系统性和综合性都很强，涉及到多学科的交叉。通过理论课程的学习，培养学生分析、设计控制系统的能力。为后续专业课程的学习打下坚实的基础。浙江大学城市学院的学生理论基础薄弱，对理论课程的学习有畏难情绪，传统“满堂灌”的教学方法，忽视启发学生的创新思维、分析和解决实际问题能力的培养，使得学生缺乏学习的主动性，教学教过欠佳，影响后续课程的学习。这门课的教学模式有必要进行改革，本课程组老师将贯彻“基于应用知识应用”的教学理念，探索新的教学方法，基于信息与电气学院虚实结合的实验平台在自动控制理论教学中开展虚实结合的课程教学模式，并紧密结合实际应用，希望能够通过模式的探索和实践提高学生的学习兴趣、激发学生积极思维、培养学生能力，大力推动和促进自动控制理论课程的教学质量的提高，并影响和辐射其他课程的教学改革。

一．削枝强干,构架内容体系

课程的教学重点在于如果引导学生对树立控制系统的系统概念、掌握三种数学模型的建立及其相互转换关系、掌握时域、复域、频率的三种分析方法、进行实际系统的性能分析和校正设计。难点在于系统分析和综合设计。以前系统都是介绍理论知识为主，比较注重知识的理论推导和证明，数学推导复杂，手工绘图比较繁琐；从历届学生学习状况看，学生比较被动、课程学习枯燥、兴趣不高。针对以上情况，课程组根据课程特点和自动控制理论体系的特点，梳理了课程的知识体系。

整合与前续课程“电路原理”、“电子技术”、“电机拖动”和后续课程“交直流调速”、“计算机控制”、“智能控制”、“控制系统设计”等课程的内容，遵循与前续课程内容不重复、对后续课程所用的知识点不遗漏的原则；同时根据自动控制理论自身的内在体系，“加强基础、削枝强干”，以系统建模-系统分析-系统综合为总线索，在每章中再以“时域”、“复域”、“频域”等方法为子线索，以“三性（稳定性、稳态特性、动态特性）”为基本框架组织教学内容、实现模块化教学，加强基础、突出主线。

二．构建计算机辅助教学构建“1+1”理论课程体系

基于计算机仿真辅助教学的“1+1”理论课程体系，1门核心理论知识教学课程（自动控制理论课程68学时）配套一门1门计算机仿真工具辅助教学（系统建模与仿真32学时）。随着计算机技术、课程组老师与时俱进，不断地更新陈旧的教育思想和理念，赋予新的内容和创新，近年来，有别于研究型大学，针对应用型本科院校学生，为了辅助该课程的学习，形成一个核心“自动控制理论”、一个辅助工具“系统建模与仿真”的控制理论教学体系。辅助工具也可供学生课外自学，两个模块的知识模块相对应，一个是抽象的理论知识，一个是可视化的MATLAB仿真分析，两者相配套。有效改变传统的单一自动控制理论抽象教学。

三．基于应用的虚实结合的层次型“4+1+3”实践教学体系构建

实验实践是加深学生感性认识、验证所学理论、培养动手能力的重要环节，针对应用型本科院校学生的特点，课程组精心设计了层次型的立体实践教学。纵深方向实时层次递进性的实验实践教学，在时间上，实施，课内与课外结合的方式。

层次型的“4+1+3”课内实验实践教学体系，形成“基础验证实验”――“综合设计实验”――“工程应用实验”――“创新提升应用”4个层次，同时借助1个“虚拟仿真技术”、3个技术手段“计算机控制、单片机控制、PLC控制”技术，实现4个层次的虚拟仿真、虚实结合的实验实践教学特点。

“自动控制理论实验”定位于基础验证实验，课程组织形式为“虚实结合”，教师指导和学生自主学习相结合的形式。教师指导方采用各实验项目过思考题的形式，启发学生的思考和提问，在指导中采用虚实对比的方法。“自动控制课程设计”定位于综合设计，课程组织形式为学生自主设计，采用课内外结合的方式，进行仿真设计及实物调试两种形式进行实践。教师指导方式为教师讲授相关的资料和方法，学生综合应用，并自行完成相关综合性设计，过程中采用研讨式和问题式的方法。“控制系统设计”定位于工程应用，课程组织形式采用实物制作的模式，教师进行方法指导，学生自主设计实现，教师指导方式为工程设计过程由教师引导，具体各环节学生自主实施。“系统建模与仿真实验”定位于计算机辅助工具，课程组织形式采用“教师指导”和“学生自学”结合，“学生自学”和“教师点拨”结合的形式，教师指导方式采用“学生上课式“和”老师总结式“的形式，学生以团队形式自行准备实验内容，完成相关实验内容，教师进行总结、评定和考核。

四.总结

根据学院虚实结合的实验平台，对“自动控制理论”课程的内容体系、理论课程体系和实践课程体系进行梳理，基于知识应用，借助计算机虚拟仿真工具和实验平台，形成了层次型的虚实结合体系构架，并在实践中进行课程的相关建设和课程教学改革，提升了学生参与度，同时感受到知识应用的乐趣。课程组在以后的教学实践中将会在此体系构建的基础上深入开展各项教学改革，深入贯彻虚实结合的应用理念。

作者简介：

杜鹏英（1978－），女，浙江杭州，硕士，副教授，信息与电气学院实验中心副主任、自动化系副主任，研究方向为应用电子、智能控制。