“自动控制元件”课程改革思路与实践
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摘要：针对“自动控制元件”课程的特点和存在的问题，对课程进行了整体设计，从教学方案、教学内容、教学手段、实验平台、教员队伍等多方面对课程进行了全面建设，取得了较好的效果。
关键词：自动控制元件；模块教学；启发式教学
作者简介：周鑫（1979-），男，湖南益阳人，第二炮兵工程大学控制工程系，讲师；郑玉航（1974-），男，山东莱芜人，第二炮兵工程大学控制工程系，副教授。（陕西?西安?710025）
基金项目：本文系第二炮兵工程大学“自动控制元件”课程建设的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0054-02
一、课程简介
“自动控制元件”是控制工程专业一门重要的专业基础课程。课程通过对自动控制系统中常用的执行元件、测量元件、放大元件等的分析、设计和实验，使学员掌握控制工程中常用自动控制元件的基本结构、工作原理、静态特性和动态特性以及选择和使用方法，为后续专业课程的学习奠定基础。因此，“自动控制元件”是一门承上启下的课程，也是一门与工程实际联系非常紧密的课程。
二、存在的主要问题
由于自动控制元件种类繁多，结构、原理、特性迥异，更新换代速度快，加上部分控制元件结构复杂、原理抽象，难以理解，给教学工作中带来较大的困难。[1]在教学过程中主要存在的问题如下：
1.工作原理抽象
电磁式控制元件的工作均基于电磁学原理，各结构部件之间存在较为复杂的电磁耦合关系，这种关系看不见，摸不着，非常抽象，不利于学员掌握和理解。
2.授课内容陈旧
随着科学技术的不断进步，自动控制元件的发展日新月异，新型控制元件不断出现并广泛应用在工程实际中，而课程的授课内容却更新缓慢，停滞不前。
3.授课模式单一
传统的教学模式以课堂理论授课为主，由于大部分自动控制元件原理抽象、结构复杂，因此学员普遍产生畏难、厌学情绪。
4.实验环节薄弱
自动控制元件实验室实验设备陈旧，功能单一，实验组数少，且大部分实验项目为验证性和演示性实验，学员在实验过程中无法提高分析、设计能力以及创新思维能力。
要想解决上述问题，达到人才培养目标的要求，仅仅依靠改进教学方法是不够的，应该依据人才培养目标的定位，按照学员知识、素质、能力整体发展的基本要求，整体设计、优化组合，在教学方案、教学内容、教学手段、实验平台、教员队伍等多方面通过“分块实施、并行展开、交叉进行”的方式进行全面建设。
1.确立模块化立体式教学方案
依据“理论与实践相结合、经典与现代相结合”的理念，对课程进行整体设计，确立了模块化立体式的教学方案。根据控制工程专业人才培养目标的要求，结合“自动控制元件”课程本身的特点，以“理论授课”、“实验验证”为支撑，将“数字仿真”和“应用实例”融入“自动控制元件”课程教学过程中，建立了“理论与实践相结合、经典与现代相结合”的模块化的教学方案，如图1所示。
通过理论授课与实验验证相结合、理论授课与基于MATLAB等数字仿真软件对控制元件的静动态特性或控制线路进行数字仿真分析相结合，同时利用教学模型、参观见习以及在理论授课中引入工程应用实例，实现教学内容和手段的“理论与实践相结合”。在传统的执行元件、测量元件、放大元件、补偿元件以及常用控制电器五大模块知识体系的基础上，与时俱进地引入新型控制元件，实现教学内容的“经典与现代相结合”。同时，MATLAB等数字仿真软件在教学实施过程中的应用，也实现了教学手段的“经典与现代相结合”。
实践表明，该教学方案能够有效减少“自动控制元件”课程内部五大模块教学内容的交叉，同时有效减少与先修课程比如“自动控制原理”等课程教学内容的交叉与重复，并为后续课程的教学打下良好的知识基础，易于从人才培养目标层次上整体优化课程内容、设计课程标准和模块/课程内容衔接，有利于教学内容和方法的改革，有利于教学效率和质量的提高。
2.建设与时俱进的教学内容
（1）优化整合教学内容。
1）在内容安排上，首先按照“执行元件”、“测量元件”、“放大元件”、“补偿元件”、“常用控制电器”的主线，将传统教学内容分为五大模块，以便实施模块化教学。在此基础上，增加“新型元件”模块，使教学内容与时俱进，跟上时展的步伐。
2）根据先修和后续课程的内容体系的调整以及“自动控制元件”课程本身的特点，调整五大模块的教学内容，在避免重复的同时突出工程应用特色。比如：由于先修课程“自动控制原理”已经介绍了控制系统的动态性能分析方法，因此对执行元件模块的教学内容进行调整，在分析直流伺服电动机、步进电动机等执行元件的动态性能时，不再把重点放在传递函数的推导过程或者动态性能指标的计算方法上，而注重于根据传递函数和动态性能指标指导工程实际的方法和思路，分析工程应用时采用近似方法得到的实用的直流伺服电动机的传递函数可简化为一个惯性环节的原因，注重工程意识的培养。
3）根据课程体系和五大模块的相互联系，对各模块教学内容进行合理调整。减少与工程实际联系较少的内容，比如对于控制系统中只用来提供动力的三相异步电动机，对其工作特性只进行简单介绍；加强与工程实际联系紧密的内容，如直流伺服电动机、步进电动机等在控制系统中经常使用的元件则作为重点介绍；同时对应用前景较广的控制元件则主要介绍其发展趋势、应用前景，比如两相伺服电动机，随着调速方法的改进，它有可能取代直流伺服电动机在控制系统中的位置，故重点介绍其调速方法。
4）在各模块教学内容的设计上，删减陈旧内容，增加新型或改进型控制元件或新型元件控制技术的介绍。
（2）建立内容丰富的教材体系。建立了“基本教材、特色教材和辅助教材相结合”的教材体系，内容丰富，优势互补。理论课的“基本教材”采用了科学出版社2007年出版的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《自动控制元件及线路》（第四版）。该套教材侧重于自动控制元件的基本概念和基本方法的介绍，是国内高校自动控制元件课程的主流教材。在内容上既包括元件又包括线路，既包括经典的控制电机又反映流行的元件和线路。既讲原理又讲应用，既讲静态特性又讲动态特性；既注意科学性、严密性，又避免深奥的数学论证；既强调物理概念，又提供实用的计算公式和电子线路。[1]