摘要：针对“自动控制原理”课程理论性强、学习难度大的特点，结合在地方应用型本科院校自动化专业的教学实践，对课程内容、教学手段、教学思路、实践环节进行了一系列的改革：淡化推导，注重实际分析；重视板书，辅助多媒体；加强练习，主动学习；理论融入实践，增强实用性。教学实践表明，通过这些改革，提高了学生学习的积极性，培养了学生实践应用和创新的能力。
关键词：应用型地方院校；自动控制原理；教学改革
作者简介：高玉凯（1970-），男，山东东平人，大庆师范学院物理与电气信息工程学院，副教授；崔峰（1983-），男，黑龙江大庆人，大庆师范学院物理与电气信息工程学院，助教。（黑龙江 大庆 163712）
基金项目：本文系大庆师范学院校教改项目、黑龙江省教育科学规划课题资助项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）05-0050-02
2004年5月，经教育部批准，在大庆高等专科学校的基础上建立大庆师范学院，同时为适应黑龙江省基础教育改革发展、大庆市城市转型和大庆油田创建百年油田的需求，增设了油田和地方需要的相关工科专业，2008年自动化由专科专业升为本科专业，2010年大庆师范学院被确定为黑龙江省特色应用型本科高校培育单位。
“自动控制原理”是自动化专业的专业基础课程，全面地向学生介绍自动控制的基本原理及其工程分析与设计方法，使学生清晰地建立起反馈控制的基本原理和基本概念，学会经典控制理论的分析方法和设计自动控制系统的方法，是自动化专业的方法论，是研究控制系统的普遍规律。该课程不仅要求学生具有扎实的高等数学、矩阵理论、复变函数与积分变换、电路分析、电子技术等基础知识，而且还要有很强的工程分析能力。课程学习的效果直接影响到后续专业课程的学习，是后续“现代控制理论”、“运动控制系统”、“过程控制系统”、“计算机控制”等课程的重要基础。大庆师范学院（以下简称“我校”）自动化专业的培养目标是以自控理论和控制系统为主线，依托学科发展，结合与自动控制相关的学科进行课程教学改革，培养适应油田发展建设、适应地方新型工业化进程、适应我国经济建设需要，具有扎实的自动化专业基础知识、基本理论和基本技能，能在石油石化行业和地方工业过程控制、检测与自动化仪表等领域从事系统分析、设计、运行与维护等方面工作，具有创新精神和实践能力的应用型人才。
我校自动化专业始终坚持依托并发挥大庆油田区域优势，坚持立足大庆，融入油化，面向基层，服务龙江，为石油石化行业和地方经济社会发展服务的服务面向定位。“自动控制原理”是自动化专业的专业基础课，起着将基础知识运用于专业问题的纽带作用，为专业课程的学习打好坚实的基础，并应用于工程实践，解决生产实际问题。结合多年来的工程和教学实践，笔者在该课程教学中主要采取了以下改革措施。
一、教学内容的改革
“自动控制原理”课程理论性强，含有大量的数学公式推导，而我校很多学生数学基础较差，学习较为吃力。为了深化概念和原理，在授课过程中淡化数学推导，在保证控制理论内容的严谨性和系统性前提下，不刻意追求定理证明中数学上的严密性，而是增加系统实例分析。在“绘制根轨迹的基本法则中”，直接给出九条法则的结论，用简单易懂的语言阐明其对于闭环系统特征根的影响及绘制方法，而忽略证明的过程。联系闭环零极点与系统响应的关系，重点强调根轨迹方法的特点和在工程分析中的作用。学生一旦体会到数学抽象的丰富工程含义后，再不会感到枯燥无味，就会沿着逻辑思路，逐步深入理解。
在讲“数学建模及传递函数”时，安排学生对学过的微分、导数、拉氏变换、电路图等有关知识进行预习，课堂上占用一部分时间进行复习，帮助学生把相关的知识联系起来，让学生做到“心中有数”。
该课程在大三第一学期开设，此时“信号与系统分析”、“线性代数”、“复变函数与积分变换”和“传感器”等课程已结课，学生具备了学习自动控制原理的基础知识，还需要对书中的“拉普拉斯变换解决电路分析及微分方程求解”原理性法则和结论有深程度理解，又要善于应用测量传感器实现反馈控制的原理并用于工程实践。讲授时一定要正确处理好理论分析与工程实践二者之间的关系，使学生做到学以致用，用以助学。
二、教学思路的改革
重视习题讨论课。在教学过程中经常出现的问题是，学生课上能听懂，课下却不会做习题。因为多数习题不是理解基本内容、简单套用公式就能解出来的，还必须深刻理解概念和定理，掌握解题的基本思路和方法。为此，每一章都专门设立了习题讨论课，以教材中典型习题为例，进行分析讨论和归纳总结，使学生对题目类型和基本求解过程形成初步认识，然后组织学生对章中习题进行练习，把答案写在黑板上，让其他同学挑错。充分发挥学生自身的主动性和思维能力，让学生自己分析解题思路，自己求解、总结。经过这样的习题课训练，绝大多数学生对各章节的习题都有比较完整、清晰的认识，思维能力和解题速度迅速提高，基本解决了课后不会做习题的问题。
注重介绍控制学科前沿的最新发展，使课程具有先进性和时代感。结合数字化油田的建设，将无线传感网络的相关知识融入控制环节；结合抽油机智能举升科研课题的开展，拓宽课程的知识层面，加强学生提出问题、分析问题和解决问题的能力；PID调节器理论联系加热罐温度控制系统，强调工程应用。通过这些范例可以使学生感性地了解控制系统的结构、理性分析和工程应用的关系，能更好地学习、掌握自动控制的理论，并具备对系统进行定性分析、定量估算和动态仿真的能力。
三、教学手段的改革
按照人才培养方案的要求，我校“自动控制原理”课程需要讲授八章的内容，概念定义多，公式的推导和分析方法的阐述严谨，所以主要教学手段仍然以传统黑板教学授课为主。这样能方便学生跟上教师的教学思路把笔记做好，有利于课后复习，避免遗忘，同时增加了对问题的思考时间，加深了知识的理解。多媒体教学的优势在于所包容的信息量大，可以用简单的方式把公式推导展现出来，节约了课堂时间，丰富了授课内容。但不足之处在于学生把握不住学习的重点，课堂上听得津津有味，课下不知所以然。同时PPT播放速度太快，学生很难做到边听课的同时把授课笔记做得很好。
因此对于主要公式理论的分析，以板书为主，最终用多媒体以图形或数据表的形式给出演示，特别是实际工程课题如果以图形或动画的形式播放，能形象直观地增强学生对理论和应用问题的理解。
“自动控制原理”是一门与数学结合紧密的学科，强调板书教学，可以引导学生采用数学工具解决自动控制问题，切实提高其逻辑思维能力、工程分析能力和自控知识的综合应用能力。
四、实践教学环节的改革
首先，加大对“比例-积分-微分控制”（PID控制）的介绍和应用。在生产过程自动控制的历史发展中，PID控制是历史最久、实现方式最简单、控制效果最显著的基本控制方式，在工业控制系统中得到了广泛应用。从硬件电路搭建PID调节器到学生结合“单片机原理与应用”课程用C语言去实现数字PID调节，使学生体会PID调节的方法及其对控制系统动态特性的影响，熟悉工业PID调节器与工控机、可编程逻辑控制器件之间的连接及编程，并让学生从知网上寻找PID的相关信息及工程应用实例，通过这些方法让学生了解PID调节器的使用，为学习各类先进控制方法奠定基础。
其次，鼓励学生参加大学生电子设计竞赛，拓展创新教育平台。大学生电子竞赛的控制类选题是“自动控制原理”的典型应用。无论是国赛还是省赛，比赛从方案的制订到器件的选择、调试、制作、报告的书写全部由学生独立完成，教师只起到指导性的作用，这就使学生掌握了学习的主动性，自主独立地分析问题，选择参考资料，结合所学的数学建模、时域分析方法、频域分析方法、采样控制方法等理论知识来解决实际问题。通过电子设计大赛，能极大地发挥学生潜能，培养设计能力、动手能力、创新能力和团队合作能力，因此大学生电子设计竞赛为创新教育的开展提供了良好的平台。我校李荣海和肖玮两位同学参加了2010年黑龙江省大学生电子设计竞赛，在“水温控制系统”题目中，利用所学的数学建模的知识，建立了温控系统的数学模型，利用“PID控制”的相关知识，改善系统的稳定性，提高了设计系统的动态性能指标，最后凭借完美的表现获得了黑龙江省大学生电子设计大赛一等奖。
最后，发挥计算机仿真软件的辅助工具作用，为学习提供直观形象的帮助。MATLAB软件提供了分析控制系统的数学平台，其控制工程工具箱能够对系统进行建模、稳定性分析、绘制系统响应图和根轨迹图、描述频率特性响应等，使抽象问题形象化；其Simulink仿真系统提供了一个虚拟平台，可以将实际的控制系统在计算机平台上付诸实践，从而摆脱了实物的限制，使控制系统的分析和设计过程简单化。
五、结论
新建地方应用型本科院校人才培养模式的研究是当今教育改革的一个重要课题，其自动化专业在“宽口径，厚基础，强素质，重实践”的办学方针指导下如何实现特色办学，为地方社会培养应用型人才是高校教师需要积极思考并努力解决的问题。“自动控制原理”课程作为自动化专业的主干课程，其教学质量直接关系到自动化专业人才素质的培养。经过几年不断改革和实践，结合我校实际情况，笔者在应用型地方本科院校“自动控制原理”课程教学改革中取得了一定的经验和体会，通过教学改革，使学生们加深了对自动化专业的理解，调动了学生学习的积极性，使学生的工程实践能力和创新能力都有了进一步的提高。
参考文献：
[1]白晶,浦铁成.应用型本科院校《自动控制原理》课程教学改革[J].中国科教新导刊,2011,(11):73.
[2]李丽霞,宛波,于宏涛,等.应用型本科院校《自动控制原理》课程教学探讨[J].沈阳工程学报(社会科学版),2008,(3):421-423.
[3]徐维晖.“自动控制原理”课程的教学研究与探索[J].中国电力教育,2010,(9):76-77.
（责任编辑：刘辉）