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（一）提炼课程内容的总体逻辑关系
自动控制原理课程系统地讲述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，涵盖了自动控制技术从系统建模到系统设计的各种思想和方法，内容十分丰富。作为授课教师，首先应该沥青这些内容间的逻辑关系。经典控制理论的基本理论包含反馈控制系统的分析和设计方法两方面的内容，具体的包含关系如图1所示。为了让学生更好地理解各部分知识的有机联系，对上述经典控制理论体系建立“三纵”和“三横”两条知识主线。控制系统分析与设计的主要内容是研究系统的特性，即稳定性、动态特性、静态特性。又称控制系统“三要素”。从性能指标是看，就是俗称的“稳，快，准”。把这三方面的性能指标称为“三横”。所谓“三纵”是指在不同的域内进行系统的分析与设计，即时域、复域、频域。掌握系统在不同域中的数学模型表达，即可进行系统的特性分析与设计，因为所有问题的分析和求解都是建立在数学模型基础上进行的。加强对这两条线的理解，可以使学生统观全局，把握研究方向。
（二）采用提纲挈领的碎片化原则
要将自动控制原理的授课内容碎片化为一些短的相对完整的知识单元，需要采用提纲挈领的组织方法。首先介绍每个知识模块的内容要点，然后交代每个知识点的关联性，精炼举例推导过程。贯彻“少而精”的原则。对于所讲的内容要分清主次，突出重点，精讲内容，同时要注意有较高的系统性、逻辑性，保证知识的质量，难点精心组织，一定要讲懂。精讲内容不是少讲内容，有些内容反而要加强。例如，在讲解经典控制理论中的数学模型时就可以按照如下思路处理。首先将数学模型分为三个内容要点：微分方程模型、传递函数模型和图形方式的数学模型。其中微分方程是时间域的模型，传递函数是复数域的模型，图形方式的模型是数学模型的图形化语言描述。当推导系统的微分方程描述时，精选两个相似系统作为例子来说明系统的建模过程。这样，由于有目的地选择有启发性、可延伸性与典型性的问题，使每一节、每一章的内容都具有明确概念、传授方法、启发思维、培养能力的作用。这种提纲挈领的组织方法，层次清楚关联性强，容易将碎片化内容联系起来。
（三）结合学科发展，适时更新
基于MOOC模式的教学过程由于安排了较多的课程讨论环节，教师单独的讲授环节要比传统课堂压缩。这样在教学内容就需要有所取舍。根据学科发展趋势，新的发展方向和应用工具应该增加介绍；已经被其他方法取代的方法可以忽略介绍。无论是理论家还是工程师，人们总是把最先进最有效的理念和技术用于控制工程。如：控制与管理的结合、信息流与物质能量流的互动、复杂系统研究与应用等均表现出很强的时代特征。在当今这个信息时代诞生了网络控制、基于数据的驱动控制等新的控制概念。而传统的手工绘图方法已经可以由计算机辅助软件完成。经典控制理论在上个世纪四、五十年代已经形成了比较完整的理论体系，频率特性法、根轨迹法等直到现在仍然是系统分析和设计的主要方法。经典控制理论的一个重要特色就是采用简便直观的图解方法，因此也得到工程技术人员广泛欢迎。在讲授这些内容的时候，几乎有一半的学时是在学习这些图形的画法。例如，频率特性图就有伯德图、乃奎斯特图和尼柯尔斯图等几种，学生需要记住每种图形的坐标要求及计算方法。随着计算机辅助分析技术的发展，目前已有像MATLAB这样的成熟的软件可以帮助画图。所以在授课时就减少介绍手工做图的内容，而将分析和设计的方法作为重点内容，从而训练学生作为控制工程师的高级思维能力。当然，在这种碎片式的教学过程中也要注意逻辑的连续性。学生在分析思维之前，往往需要直观思维，在演绎之前要有归纳，在联想之前要有类比，在获得正确的认识之前要有辨析。在进行单元章节复习时，一定要求学生自己去发现知识的内在联系，然后再重新组合材料，进行知识归类、延伸与扩展。在整个教学过程中，教师要引导学生经常反复复习，循环螺旋上升，从整体上掌握知识的脉络，保证学习者长期的学习积极性。
二、课程教研组的建设
关键词:自动控制原理课程;考试改革;方案
Key words: automatic control theory;examination reform;program
中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0177-01
1自动控制原理课程考试改革的目的和意义
自动控制原理作为自动化及相关专业的一门重要的专业基础课,是一门理论性很强的课程。同时,该门课所研究的领域也是学生从未接触过的知识。为了使得学生能够在学好理论的同时将其运用到实际中,激发兴趣,强调过程考核,并且提高考试成绩和及格率,突出教学重点,对这门课实施考试改革以配合教学改革[1]。通过考试改革可以带动教学改革进程,构建融会贯通、紧密配合、有机联系的课程体系。
2自动控制原理课程考试改革的内容
2.1 课程内容的整合与优化。为了培养学生的学习能力和实践能力,同时检查教学效果,在一些章节后组织编排综合型的题目,让学生以小论文的形式提交,将其成绩记录到期末总成绩的平时成绩中。这门课的教学内容可以分成两大部分内容的研究:前三章为控制系统的时域分析,偏重经典理论的研究;后两章为控制系统的频域分析,偏重工程实际应用。针对这样的内容特点,安排两次大作业,让学生对一个生产生活中的实例从时域分析和频域分析方法入手分析系统的稳态过程和暂态过程。针对这样的能力考核,在平时教学中,从基本概念、基本分析方法入手,结合生产和生活中的实例,以时域分析方法为主线,时域分析和频域分析并进,利用直观的物理概念,使学生充分理解系统参数与系统指标之间的内在联系,由浅入深地引导学生理解和掌握古典控制理论的精髓。把知识能力的考核放在首位。
2.2 由考试改革决定的教学方法和手段的改进措施。实践环节中改变以往由教师命题的一贯做法,在学期末,安排一次综合性实验,题目学生可自选,也可从教师提供的试题库中抽题,所选题目需具有一定的综合性,采取自愿参加考试的方式。该部分的成绩由五个等级构成,即不及格不加分,及格、中、良好、优秀会分别在在期末总成绩中加相应的分数,建立一个具体的评价指标体系。这样的考核方式可以给一部分在及格线边缘的学生一次到达及格线的机会,给一部分要提高成绩绩点的学生一次提高总成绩的机会,给一部分争取奖学金的学生一次到达优秀成绩的机会,给分布在每一个分数段的学生一次积极改进的机会,激发他们的学习热情,同时能够有效的提高及格率。
2.3 知识点的考核。笔试考试由全闭卷改为半开卷:改变原有的纯粹的理论考试,把笔试试卷分成两部分:试卷一,基本理论知识的考核,闭卷,占试卷成绩的50%;试卷二,综合能力运用的考核,开卷,可以带查阅过的相关资料占试卷成绩的50%。基本理论知识的考核包括:①基本知识模块;②数学模型的建立与求解模块;③线性连续系统的时域分析模块;④线性连续系统的频域分析与设计。
3 考试改革的进程安排
3.1 进行自动控制原理课程考试改革的调研。
3.2 制定出自动控制原理课程综合应用能力考核的评价指标体系。
3.3 编制自动控制原理课程综合性实验试题库。
3.4 在2007级自动控制原理期末考试中进行考试改革方案的试验。
3.5 进行课程考试改革方案实施的初步总结,写出课程考试改革方案实施的初步总结报告。
3.6 修改课程综合应用能力考核的评价标准。
3.7 修改自动控制原理课程综合性实验试题库。
3.8 撰写自动控制原理课程考试改革的探索的论文。
3.9 在2008级自动控制原理教学中实施课程考试改革方案。
3.10 进行自动控制原理课程考试改革方案实施的总结,写出课程考试改革方案实施的总结报告。
3.11 写出自动控制原理课程考试改革方案的结题报告。
4自动控制原理课程考试改革的预期成果
4.1 学生学习的主动性得到增强,通过设置选做实验,学生学习会更加主动,鼓励学生提高综合知识运用能力,不再像以前期末考试前几天死记硬背,造成学的好不如背的好的怪现象。
4.2 学生的创造性思维能力得到了培养,通过完成大作业网上查阅资料的能力明显提高,大量查阅资料后会超出教师布置的题目范围,大部分学生会对教师的题目给出多种分析结果,甚至会超出所学的范围,突破了思维定势,即教师告诉什么就知道什么的现象。
4.3 学生撰写科技论文的能力得到提高,为以后做毕业设计撰写毕业论文打好基础。
4.4 学生独立分析问题的能力将得到提高。通过采取半开卷的模式,学生不但需要掌握基本理论,还要学会更好的利用基本理论解决实际问题,强调提高学生的分析,设计能力,及寻求一题多解的发散性思维,强调工程应用背景,立意考查灵活运用所学知识解决实际问题和创新思维的能力,改善了以往学生认为“学了也没有用”的想法。
4.5 制定出课程考核能力与技能的评价指标体系。
4.6 撰写课程考试改革实施效果的调研报告。
4.7 撰写教改论文:自动控制原理课程考试改革的探索。
4.8 提交自动控制原理课程考试改革的结题报告。
“自动控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为自动控制系统的分析和综合提供基本理论和基本方法的一门专业基础课[1]。该课程是一门重要的测控类专业的基础课，具有较强的理论性，与前续课程联系紧密，知识面广，学生不易理解掌握[2-3]。学好这门课程不仅可以为后续专业课的掌握打下良好的理论基础，而且能在今后从事专业工作时，直接运用它去分析和解决实际技术问题。对于工程实践具有重要的指导作用，受到人们的广泛重视。在本课程的教学中，实验教学对理论知识的理解、掌握、巩固具有重要的作用。
1 当前实验教学的不足
长期以来，传统的实验教学被一种固定的模式所束缚，教学内容陈旧，教学方法呆板，在一定程度上限制了学生的主动性和积极性，难以激发他们独立分析问题、解决问题的兴趣和激情，没有体验过从失败中自己寻找成功之路的经历，抑制了学生个性的发展，这样不利于对学生创新能力的培养[4]。
1.1 实验内容固定
传统的实验主要是按章节进行验证性实验，实验仪器功能固定，实验只能按照实验指导书设计好的步骤进行, 学生被束缚在验证性实验中，对出现的相关问题缺少系统、多角度的分析，不利于学生创新能力的培养。
1.2 实验时间限制
一般的实验都要求在实验室2个学时内完成，学生很难全面深入地把握实验主要内容和方法，对实验的目的、实验原理无法理性地理解，更别提实验中出现故障的排解分析，限制了学生的设计和创新，不利于锻炼学生的综合能力。
1.3 实验仪器制约
实验仪器过于固化，仪器设置上未给学生留下设计性和探究问题的空间。仪器组成以理论验证为主，缺少实际控制系统各环节，特别是反馈部分的传感部分，更不具备跟随学科发展而开拓新实验的延伸性。
1.4 实验方法落后
实验技术水平和内容更多地满足于基础性实践环节，缺乏系统的综合性、设计性和研究性实验环节，以及缺少在利用多种现代实验手段、方法和工具对实验过程中的结果和现象进行深入分析研究方面对学生的引导。实验过程主要完成连线操作、数据记录等简单的工作。
2 实验教学改进
针对目前实验教学的现状，摒弃以往按部就班完成指定实验步骤操作验证形式，按照学生对科学的自然认知进度设置灵活变换的实验内容。对实验设置按多层次，从简到难，逐步引导学生自主学习、合作学习、研究性学习，逐步走向从问题出发的探究、创新。同时，研究新的实验教学仪器，开发配套软件，保证实验硬件满足新环境下的要求。结合灵活的教学仪器改变教学方法，充分调动学生动手的积极性，引导其创新。
2.1 实验内容设置
开设不同层次的实验内容，既要满足实验教学的验证、演示等基本功能，又要激发学生的兴趣。
基础实验：根据给定实验任务、方案和步骤，选择并完成一定数量基本实验；同时，通过调整实验参数得到不同结果，增加思考空间。
综合实验：将各个基础实验环节有机结合在一起，各课程之间关联内容综合。
设计实验：以任务的形式，给定实验题目，允许学生按照自己思路选择设计性实验内容，引导学生学会设计和研究的方法。
创新实验：自行命题实验，将学生的构想通过仪器现有功能模块来实现，在探究式学习中培养学生创新能力。
2.2 实验仪器的改进
根据实验内容的要求，开发适合本专业的教学仪器。仪器具有控制系统需要验证的各种典型环节模块、信号发生器模块等基本功能，还结合工程实际将传感器引入反馈环节，增加执行器件，构成完整的闭环系统。避免教学仪器箱只能完成信号源作为激励，控制环节构成系统的不足。同时，仪器上的控制效果通过便于观看的形式展示出来，让控制过程可视化。仪器要预留出扩展接口，便于在实验中添加新的模块。仪器在结合计算机完成实验的同时，又能独立完成实验内容，实验配套软件要能对硬件平台对的实验内容进行仿真和虚拟实验。学生可以根据测试参量的不同选择相应的传感器，完成非电量到电量的转换，对信号进行处理，结合控制理论完成创新性、设计性的实验。
2.3 实验方法的转变
1）以学生为主体，开辟新知识领域，重视实践能力的锻炼；2）培养学生的综合能力；3）科学知识和实验能力培养上，建立系统、科学且开放的实验教学体系，注重课程之间纵向和横向的联系。
结合开发的教学仪器，在实验方法上除了基本的验证性实验，其他实验按任务的形式给出，不对学生做过多的限制，留出学生思考、动手、创新的空间。充分利用计算机的计算、分析功能以及仪器配套软件（采用数学工具matlab编写的程序）在实验前完成必要的仿真分析，让实验有的放矢，理论指导实践。实验既做到软硬精密结合，又能相互独立，两者相辅相成。克服当前实验中仪器平台不能脱离计算机，配套软件不能独立工作，学生只能在实验课中有限的时间内完成实验的不足，让实验内容通过软件可以在任意计算机上完成。
3 总结
对当前实验教学过程中存在的问题进行分析和总结，从实验内容设置、实验仪器、实验方法3个方面提出改进方法。自动控制理论来源于实践，反过来指导实践[5]。结合当前人才培养的趋势，理论联系实际，提高学生实践能力，在实践中发现问题、解决问题进而培养创新能力。
参考文献
[1]葛锁良.自动控制理论教学内容与教学方法的探讨[c]//2001年中国自动化教育学术年会论文集,2001:72
[2]杜永贵,谢克明,李国勇,谢刚.“自动控制理论”课程教学改革与实践[j].太原理工大学学报:社会科学版,2009, 27(1):77-79
倒立摆系统的最初分析开始于二十世纪五十年代，其控制方法和思路在处理一般工业过程中有广泛的用途，此外，其相关的研究成果也在航天科技和机器人学习方面得到了大量的应用，如机器人行走过程中的平衡控制，火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等，因此对倒立摆控制机理的研究具有非常重要的理论和实践意义。但同时是一个比较复杂的不稳定,多变量，带有强耦合特性的高阶机械系统。倒立摆系统存在严重的不确定性，一方面是系统的参数不确定性，一方面是系统受到不确定因素的干扰。倒立摆系统具有成本低廉，结构简单，参数和结构易于调整的优点。作为控制理论研究中一种比较理想的实验手段，倒立摆系统为自动控制理论的教学、实验和科研构建了一个良好的实验平台，以用来检验某控制理论或方法的典型案例，促进了控制系统新理论和新思想的发展。为解决倒立摆控制系统的超调和快速性之间的矛盾，各种干扰对其的影响，进而对控制器进行了设计，自抗扰控制方法可以克服这些缺点，因此要用ADRC来控制直线倒立摆系统。
2、研究现状及发展趋势
鉴于倒立摆的稳定控制研究的重要意义，国内外学者对此给予了广泛关注。国外在60年代就开始了对一级倒立摆系统的研究，在60年代后期，作为一个典型的不稳定、严重非线性例证提出了倒立摆的概念，并用其检验控制方法对不稳定、非线性和快速性系统的控制能力。
近年来，随着智能控制方法的研究逐渐受到人们的重视，模糊控制、神经网络、拟人智能控制、遗传算法和专家系统等越来越多的智能控制算法应用到倒立摆动系统的控制上。Charies W.Andorson在1988年应用自学习模糊神经网络成功控制一级摆；周建波等用基于B网络的规则控制也解决了单摆的稳定性控制问题；徐红兵等提出了基于变结构的模糊神经网络控制算法，实现了二级倒立摆系统的稳定性控制；1995年，张明廉等人应用拟人智能控制理论成功的解决了三级倒立摆这一控制界的世界性难题；2001年9月19日，北京师范大学李洪兴教授领导的复杂系统实时智能控制实验室采用变论域自适应模糊控制成功地实现了三级倒立摆实物系统控制，又于2002年8月11日在国际上首次成功实现了四级倒立摆实物控制系统。
二、研究内容
本课题的主要研究内容集中基于ADRC的倒立摆控制系统研究，并针对其动态响应和运行稳定性，主要。主要内容简述如下：
（1）建立倒立摆控制系统的数学模型；
（2）设计自抗扰控制器，包括：TD，NLSEF，ESO。然后对各部分的参数进行设计和调整；
在Simulink 环境下建立系统仿真模型，验证基于自抗扰控制技术的倒立摆控制系统控制策略的有效性。
三、研究方法
（1）查阅相关国内外文献资料（包括相关规范等），了解与该课题相关的理论知识，分析研究当前相关设计的优秀方案，在学习的基础上添加在自己的创新元素。
（2）建立在所学知识的基础上，分步骤的完成各项设计任务，在工作计划内按时完成相应的工作，包括自动配料系统的硬件框图、程序框图、设计仿真等。
（3）各元器件的选型及设计内容的整理，开始进行设计说明书的撰写。
（4）完成对设计内容的进一步修改，完善设计方案。整理、打印、装订设计说明书。完成答辩的准备工作。
四、国内外文献综述
倒立摆系统本身为多变量、非线性、强耦合的不稳定系统，由于以上特性，其精确控制对实现工业生产中复杂对象的控制有着重要的应用价值。主要的控制方法有线性控制、预测和变结构控制、智能控制等。智能控制是目前应用较为广泛的控制方法，研究的热点，其主要理论来自于人的实践经验，不需要精确的数学模型。模糊控制有两种典型算法，其Mamdani算法最为常用，Sugeno型适合应用在动态非线性系统中。Mamdani算法中，分别对小车位置和摆杆角度进行控制，两个控制器形成串联结构，每个控制器只有二维，避开了四输入变量，这样免去了多输入变量时模糊规则爆炸的问题。这样免去了多输入变量时模糊规则爆炸的问题中PID控制的单级直线倒立摆,虽然能很好控制摆杆角度,但是对于小车位置控制存在一定的偏差,文中模糊控制的倒立摆系统虽然具有一定的抗扰能力,但是加入稍强的干扰就无法达到稳定的控制效果,而自抗扰控制(Active Disturbance Re-jection Control,ADRC)的主动抗扰特性可以削减和解决这些外扰因素,而达到稳定的控制效果。但是传统的自抗扰控制器只能稳定控制摆杆角度,并不能兼顾小车位置的控制,这就使倒立摆控制在现实中的运用上受到限制。
目前ADRC的应用领域广泛。包括纸幅张力控制，硬盘驱动控制，DC-DC变换器。它也可以解决执行机构的非线性问题，如压电陶瓷执行器的滞环问题。基于ADRC算法，一些多输入多输出系统可以获得解耦控制，如微型机电系统(micro-electro-mechanical system），和连续搅拌槽式反应器(continuous stirred tank reactor)。ADRC的应用不只局限于控制领域，他也可以用来执行健康监视和故障诊断等任务。当下的ADRC理论基础相对完善，理论上所需要的仅是一些特殊情况下的稳定性证明。而未来的发展趋势是简化ADRC算法，完善单参数ADRC算法调节策略，将ADRC算法逐步替代PID算法，应用到工业界的各个领域，提高控制性能和效率。由于ADRC算法是一种基于控制的控制算法，因此其应用时也应遵循下图所示的过程，即理论>技术>应用>理论三者的循环补充。
五、研究方案及工作计划
1、研究方案
（1）查阅相关国内外文献资料（包括相关规范等），了解与该课题相关的理论知识，分析研究当前相关设计的优秀方案，在学习的基础上添加在自己的创新元素。
（2）建立在所学知识的基础上，分步骤的完成各项设计任务，在工作计划内按时完成相应的工作，包括自动配料系统的设计框图、程序框图、仿真设计等。
（3）各元器件的选型及设计内容的整理，开始进行设计说明书的撰写。
（4）完成对设计内容的进一步修改，完善设计方案。整理、打印、装订设计说明书。完成答辩的准备工作。
2、工作计划
第1周：根据设计任务书要求选择合适合理的方案设计直线倒立摆控制系统系统的课题。
第2周：根据确定方案，比较、选择设计适合的研究方案等。
第3周：根据题目要求，设计软件框图，并进一步优化改进。
第4-5周：完成整体电路设计，画出原理图并验证其可行性。
第6-8周：根据课题要求和电路原理图编写程序。
第9周：对软件进行仿真调试，优化软件设计使之符合要求。
第10周：结合软件进行调试、修改，并使最终方案满足设计要求。
第11-12周：撰写毕业论文。
第13周：修订毕业设计论文、完善毕业设计。
第14周：提交正式设计论文。
第15周：准备参加毕业答辩。
第16周：参加答辩，整理毕业设计材料提交。
六、参考文献
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[2]孙德宝.自动控制原理[M].北京:化学工业出版社,2002.
[3]胡寿松.自动控制原理(第四版)[M].北京:科学出版社,2001.
[4]周伯敏.自动控制理论[M].北京:机械工业出版社,1999.
[5]夏德钤,翁贻芳.自动控制理论[M].北京:机械工业出版社,2004.
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[9]陶永华.新型PID控制及其应用[M].北京:机械工业出版社,2002.
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[15]韩京清.自抗扰控制器及其应用[J].控制与决策,1998(001):19-23.
指导教师审核意见
该论文《基于ADRC的一级直线倒立摆控制系统设计与仿真》选题与专业结合较紧密，选题的范围比较适中。该选题的研究具有一定的实践指导意义。内容安排合理，逻辑关系清晰，紧扣论文主题。
拟采取的研究方法具有一定的合理性。整个论文按时完成的可行性较大。该开题报告符合要求，同意该同学开题，并进入下一阶段的论文写作。
指 导 教 师(签名)：年 月日
一、影响自动控制原理课程教学效果的因素
1．学生学习目的不明确，导致失去学习兴趣和动力。
自动控制原理是学生从基础课到专业课过渡的首开专业基础课之一。由于课程本身理论性较强，学生在学习过程中普遍不知道学习这门课程的目的及用途，甚至感到该课程与后续专业课程没什么关系。由此导致学生学习目的不明确，从而丧失学习积极性，失去学习动力。
2．课程内容概念抽象，在传统教学模式中多媒体教学的优势难以发挥。
自动控制原理课程涉及较多的理论逻辑推导和抽象思维过程，这就使学生在课堂上需要更多的时间对教学内容进行慢慢地消化、领悟。另外，自动控制原理教学内容的掌握是建立在用数学的抽象语言描述实际控制过程的基础上的，但是学生对于这种抽象思维的理解是一个艰难、缓慢的过程，一般直观的展示对于这种逻辑思维过程难以有所帮助。而传统多媒体教学的优势在于能够在较短的时间内提供较大的信息量，可以直观形象地展示教学内容，因此，传统教学模式中现有的多媒体课件教学并不适合自动控制原理课程。
3．大量的数学推导计算使学生产生厌学情绪
自动控制原理教材中有许多枯燥的公式推导和大量的数学计算，这让很多学生望而生畏，而一些数学基础较差的学生往往没有能力完成推导过程，这在一定程度上可使一部分学生产生厌学情绪，以致严重影响教学效果。
4．传统的理论教学和考核方式缺乏实用性，难以达到培养学生创新能力的目的。
在传统模式理论教学和考核方式下，很多学生学习后就被复杂的数学公式和抽象的理论概念搞得摸不着头脑；有的学生也只是机械性的记住若干公式定理，只求能够应付考试，面对具体问题时不知如何运用所学知识去解决；更有甚者，学完了也不知所学课程的目的及用途。这种传统的应试教学不但使学生难以明白其实用性，也在一定程度上限制了学生学习能动性的发挥，束缚了学生的创新意识和创新能力。
二、提高课程教学效果的创新思路
1．引入案例法教学，结合科研和生活实例，激发学习兴趣。
在自动控制原理的教学过程中引入案例法教学，结合科研和生活中的实例，将抽象的概念具体化，介绍自动控制原理在实际中的应用，如何运用所学控制技术去解决实际问题。同时，对于引入的控制系统采取引导式、启发式教学，在讲解工程实例时适当引入一些控制领域的前沿技术，激发学生的学习兴趣，增强其独立思考的能力，扩大学生的视野和知识面，让学生可以运用所学的专业知识去分析、改进和提高实际的控制系统。
2．创新技术形式，丰富多媒体教学手段。
课堂教学进行过程中，在运用传统多媒体课件的同时，适时地穿插使用动画演示教学，将教学内容用逼真的动画以及声音形象直观地呈现在学生面前。同时，充分利用目前控制和工程领域流行的Matlab语言，让学生在Matlab/Simulink环境中对控制系统进行建模、仿真，使学生对控制系统的组成和运动情况有更加直观的认识。通过对计算机辅助教学手段的创新，使学生对较抽象的概念更容易理解和掌握，从而取得良好的教学效果。
3．强化系统建模，淡化数学计算，加强课程的应用性。
在自动控制原理的教学过程中，要充分分析学生的思维方式，以学生为主体，淡化一些数学推导和计算，同时，为了使学生对课程知识体系框架结构有一个整体认识与理解，加强系统建模的教学形式。强化系统建模需要在教学过程中要求学生全面系统掌握自动控制理论，避免将知识点孤立，并且在建立系统数学模型的微分方程、传递函数以及动态结构图过程中，要以分析和设计一个控制系统为主体思想，反复强调所学知识在控制理论中的具置和作用，从而增强学生系统意识的培养。
4．改革考核形式，加大实验和能力考核内容。
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）11-0125-03
为充分挖掘学生学习的主动性，激发其自觉学习、发现问题和探索问题的能动意识，江南大学借鉴苏格兰卓越课程改革经验[1] [2]，结合自身特色，传承卓越理念，于2012年6月开始启动了卓越课程的建设工程。第一期入选的有12门课程，自动控制原理是其中之一，从2012年9月份开始实施。3年的实践证明，卓越课程深受学生欢迎，能够调动起所有学生主动思考、提问和学习的积极性，把之前学生的被动应付性学习转化为主动的创造性学习，使学生真正成为学习和创造的主体。
一、建设理念和目标
课堂教学是构成整体教学活动的基本单元，课程建设是教学改革的突破口，也是提高教育质量的关键环节。[3]“问题驱动+能力提升”的卓越课程改革，目的在于创新高校课程改革和建设理念，其突出特色是基于真实问题情境下的探索和求知过程，是从教学架构、实施过程、考核体系等全方位解决实际问题的过程。[4]所谓“问题驱动+能力提升”，就是促使学生不断提出问题、解决问题，让学生产生悬念般的学习期待和迫切的学习动机，从而激发学生的创新意识。[5]江南大学卓越课程的建设宗旨，就是支撑和实践国家人才培养的卓越计划和课程本身的价值标准，通过不同的教学方式充分发挥学生的潜力，提升其学习期望，帮助其储备基础知识和实践经验，使之成为能为社会做贡献，博学而有责任心的现代人才。[6]自动控制原理卓越课程以启发性、主动性、实践性为原则，以追求高素质、创新型和工程型人才为培养目标。本课程能够使学生掌握基础知识、追踪科技前沿，开发学生的创新思维，让学生学会把课本、课堂的知识用于实践和工程设计。[7] [8]以课内、外结合，师生换位互动和能力提升为驱动力，以理论基础、实际应用为基本点，能使教学过程真正发挥引导和启发作用，把被动灌输性学习转化为主动探索性学习，以增强课程魅力，提高教学效果。
二、教学架构
卓越课程教学要求精讲多练，增加课外学习训练任务，为学生提供更多自主思考和探索的空间，营造开放、协作、自主的学习氛围和批判性的学习环境。具体要求主要有几个方面。一是采取30人左右的小班上课。二是成立卓越课程建设小组，负责研究和制定教学内容的模块化设计和课程管理，由教学经验丰富的副教授及以上职称教师担任主讲教师，每个班级配备优秀研究生助教1名。三是教学过程由“教师精讲+学生讨论+基本实践+课外实训+课外辅导”等5大模块组成，且有明确的课时比例要求，即在课程计划课时内，学生讨论：教师精讲≥1∶2，课外训练：课堂精讲≥2∶1，课外辅导：课堂精讲≥1∶1。这样下来，学生实际学习的时间将远超过计划内学时。
以自动控制原理课程为例，该课程计划内72学时，其中理论讲授64学时，基本实验8学时。[9] [10]其卓越课程的教学架构，具体安排如图1所示。
教师精讲模块：由主讲教师对课程的重点和难点进行精讲，重在使学生掌握扎实的理论基础。
学生讨论模块：以学生为主，实行分组讨论（每组3～4人）。首先由教师布置任务，课下学生分组讨论，提出问题、研究答案、制作课件。其次，在讨论课上，由一组同学提出问题并解答，其他组同学质疑，全班自由讨论。最后由教师答疑解惑、点评归纳。
课外实训模块：学生利用晚上时间在开放的实验室完成，一周两次（3学时 / 次）。在助教或教师的指导下，学生利用所学知识完成一些课外科技活动，包括作业仿真验证、自主设计题目、大学生创新项目、各种竞赛项目和其他自己感兴趣的内容和课题，进行分析、研究、制作和调试。
课外辅导模块：由助教或教师对每一位学生进行面对面、有针对性的课外辅导，以帮助学生在提高学习能力的同时，扩大知识面。
三、实施过程
卓越课程的实施过程如图2所示。[11]首先，根据教学目标要求对教学内容进行模块化设计，包括制定模块化的教学大纲、教学任务书和教学日历;其次，由师生共同完成课程的教学和学习任务;最后，根据学生反馈、督导评价、综合考核、后续课程反应等情况对教学效果进行评估，并对照目标查找问题，对模块设计和执行过程不断进行修改和完善。
四、考核体系
卓越课程的考核，主要由课堂考核、实验实训、作业答疑、期末考试等4种形式组成[12] [13]，以全面评价学生的学习过程、对知识的掌握程度和运用能力。每种形式的具体内容、分值分配及责任人见表1所示。
表1 自动控制原理卓越课程考核体系
■
注：讨论课表现和课外答疑实行5分制，根据学生参与度和回答问题的质量即时打分。
五、实施成效
自动控制原理卓越课程实施3年来，效果明显，主要表现在以下3个方面。
1.学生学习主动性大大提高，自主学习和分析解决问题的能力明显增强。图3是对实行自动控制原理卓越课程教学的两个小班共62人进行问卷调查的统计结果，可见卓越课程效果明显。
2.教师上课积极性明显提高，对课堂设计和掌控能力显著增强，教学团队的团结协作能力和整体教学水平明显提高。3年来课题组取得了丰硕的教学成果，主要有：获得轻工业部优秀教材二等奖（2015年）、江苏省教学成果一等奖（2013年）、江苏省精品教材奖（2011年）、江南大学教学成果一等奖（2011年）和二等奖（2013年），3年共发表高质量教学研究论文15篇。
3.经3年的改革与建设，创建了一套动静交融，软硬结合，丰富完善的课程资源，具体内容见图4。
六、结束语
自动控制原理卓越课程的建设与实施，是高等学校教学模式的一种新尝试和新体验。3年的实施效果显示，卓越课程教学能使学生充分发挥自我，能大大激发和提高学生主动学习和研究的兴趣和能力，使学生懂得了学习什么和为什么学习的问题[14]，对后续课程的学习是一个极大的促进。当然，它需要学校和教师花大力气做好充分的准备，包括各环节的内容设计和组织形式，以尽力展现课程的价值和魅力，为培养创新人才做出积极贡献。
目前，随着“互联网+”的发展，国内外推崇的现代化教学模式比较多，典型的如视频公开课、翻转课堂、微课、慕课等，都取得了较好的效果，但这些现代模式的实施，取决于学生主动学习的意识和兴趣。江南大学卓越课程的建设与实施，其核心就是以问题为驱动，激发学习兴趣，提高学习主动性和创新意识与能力，使学生能够真正“活”起来，为逐步向新型教学模式迈进奠定了必要的基础。
[ 参 考 文 献 ]
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关键词： 自动控制原理；卓越课程；动态；教学改革
Key words： automatic control principle；excellence course；dynamic；teaching reform
中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）29-0213-02
0 引言
为较好地发挥学生学习的主动性，激发其自觉学习、主动发现问题和积极探索问题的能动意识。江南大学借鉴苏格兰经验[1]，设计并启动了“卓越课程”的建设工程，《自动控制原理》作为专业核心课，被列入第一批卓越课程的建设项目。一年的实践证明，卓越课程深受学生欢迎，能够调动起所有学生的学习积极性，把输入型的学习转换为输出型的应用，把被动应付性学习转化为主动创造性学习，使学生真正成为学习和创造的主体。
1 目标要求
课程建设是教学改革的突破口，也是提高教育质量的关键环节。江南大学卓越课程的建设宗旨，就是支撑和实践国家人才培养的卓越计划和课程本身的价值标准，通过不同的教学方式充分发挥学生的潜力，提升其学习期望，帮助其储备基础知识和实践经验，使之成为能为社会做贡献，博学而有责任心的现代人才。《自动控制原理》卓越课程的建设目标就是，以启发性、主动性、趣味性、实践性为原则，结合本课程特色，追求高素质、创新型和工程型人才培养目标。通过本课程的全部教学过程，使学生能够掌握基础知识、追踪科技前沿，开发创新思维，学会把课本、课堂的知识用于实践和工程设计。以课内、外结合，师生换位互动和产生问题为驱动力，以理论基础、实例分析、实际应用为基本点，使教学过程能真正发挥引导和启发作用，把被动灌输性学习转化为主动探索性学习，以增强课程魅力，提高教学效果。
2 实施办法
《自动控制原理》卓越课程的实施过程，在遵循江南大学卓越课程建设要求的基础上，结合本课程特色设计实现方法。具体如下：
2.1 组织措施 成立卓越课程建设小组，由教学经验丰富的副教授及以上职称教师承担，采取30人左右的小班授课，每个班级又分成5～6个学习讨论小组。我校自动化专业的5个班级同时开设卓越课程，教学队伍由7位教师和5位研究生助教组成。7位教师中，5位分别为5个班的主讲教师，负责课程内容的组织、课堂教学和答疑，1位教师负责网络课程建设和网络答疑，1位教师负责实验和实践活动的内容组织和指导；要求5位助教参与讨论课的学习，同时负责批改学生课外作业，协助教师分别负责5个班学生实践活动的指辅导、检查和督促。每个班级的教学活动由主讲教师统一负责管理。
2.2 教学方法 为做到以学生为本，加强能力培养，提高学生自主学习能力和积极性，卓越课程的教学活动采用专题式和探究式教学相结合的教学方法[2]。专题式教学法是基于自动控制原理课程自身特点而设计的。其特点是将课程内容糅合编制成几个专题，由主讲教师精讲。每个专题包括：一个或几个核心内容（观点、难点）目前国内外发展及研究热点在实践中的应用提出需思考的问题和学习奋斗的目标。在教学时注重每个专题的完整性和各专题之间的紧密联系，使整个课程内容紧密衔接，增强了控制理论的系统性。探究式教学是基于反馈控制的基本思想设计的。其特点是师生双方共同参与的一种“双主式”教学，教学研究的重心从知识传授转向能力培养，从重视结果转向重视过程。方法是在教师的启发引导下，针对每个章节中的重点和难点问题及其在工程实际中的应用问题，以学生独立思考和合作讨论为主，在“发现提出问题—思考分析问题—初步解决问题—反馈解决情况—完整解决问题”的闭环探究过程中，通过师生之间的合作与互动，使学生能从不同的角度理解和掌握自动控制系统的共同规律，并学会用控制理论的思想方法解决工程实际问题；同时，能从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观念等方面培养与提高学生的科学兴趣和主动探究能力。
2.3 考核形式 卓越课程的考核注重过程，考核成绩由课堂互动、随堂作业和测试、期末考试等多元化形式组成，以全面评价学生对知识的掌握程度和运用能力。上课听讲和主动发言（10%）；随堂作业和测试（10%）；讨论探究（10%），以讨论小组为单位由学生自主打分，教师把关；自主学习（10%）：包括自主学习的笔记、答辩记录、心得报告或小论文等；实验与操作（10%），由实验指导教师打分；课外实训（10%）：包括参加实训的次数、仿真过程的积极主动性，对仿真软件使用的熟练程度、系统设计情况、系统仿真结果、仿真分析能力等，由负责课外辅导的助教打分；课后作业与答疑（10%）：包括完成课后作业的数量和质量，以及学生参与答疑的次数和所问问题情况；期末考试（30%）。
3 内容组织
卓越课程的教学要求精讲多练，增加课外学习训练任务，为学生提供更多自主思考和探索的空间。为此《自动控制原理》卓越课程的整个教学过程共由课堂学习、讨论探究、自主学习、课外实践、课外辅导、课后作业等6大模块组成，以营造开放、协作、自主的学习氛围和批判性的学习环境。按教学计划，本课程共72学时，其中理论教学64学时，实验8学时。另外，按照与课堂教学时数不低于1：1的比例安排课外辅导内容和实践训练活动。每部分的具体内容和所占时数由课程组共同设计，由主讲教师和辅导教师具体负责实施，详见表1所示[3]。
3.1 教师精讲模块 课程的重点和难点由主讲教师精讲，重在使学生掌握扎实的理论基础。目前，这部分内容占课程总学时的60%，将逐步过渡到30%。
3.2 讨论探究模块 以学生为主，实行分组讨论，学生自主讲解、自主提问，或者教师启发式提问，学生间互相讨论，老师参与，重在引导和解答，以提高学生自主学习、发现问题和解决问题的能力。这部分内容占总课时的30%，将逐步过渡到60%。
3.3 课外实践模块 这部分内容主要在开放的实验室完成，是指在教师或助教的指导下，学生利用所学知识完成一些课外科技活动，包括基本实验教学、项目教学、系统仿真和科技兴趣活动等。实验教学是以学生为主，通过各类实验电路板、试验箱，完成对所学理论的试验验证，以加强对课堂所学基础理论的理解；项目教学是学生参与教师的科研项目，或者教师指导学生完成大学生创新训练和创新基地项目，或者由教师指导学生参加各类创新设计大赛，以锻炼和提高学生科学研究的兴趣和动手操作的能力；系统仿真是在老师或助教的指导下，由学生自我完成自动控制系统的设计与模拟仿真，以提高使用控制系统应用软件分析问题、查找问题和解决问题的能力；科技兴趣活动是专门针对基础较弱、学习动力不足的同学而设计的。凡没有参加以上科技活动的同学自由分小组组成科技兴趣活动小组，对自己感兴趣的内容和课题，进行分析、研究和制作，激发学习兴趣。
3.4 课外辅导模块 由教师或助教对每一位学生进行有针对性、面对面的课外辅导，以帮助学生在提高学习能力的同时，扩充知识面。
4 结束语
自动控制原理卓越课程的建设与实施，是一种新的尝试和体验，大大激发和提高了学生自主学习的兴趣和能力，使学生不但深刻领会了本课程的理论知识和实践应用，而且充分认识了专业基础课的学习价值，掌握了专业课的学习方法，懂得了学习什么和为什么学习的问题，对后续课程的学习是一个极大的促进，因此，有着深远的意义。当然，它需要学校和教师花大力气做好充分的准备，包括各环节的内容设计和组织形式，以尽力展现课程的价值和魅力，为培养创新人才做出积极贡献。
参考文献：
引言
自动控制理论发展的历史并不长，从二十世纪三十年代开始，不过几十年的发展，而真正进入高等学校课程还是二十世纪五六十年代。它的出现给高等教育注入了新的活力，目前这门理论课程已是控制类和电子信息类专业的主要专业基础课之一，是一门知识覆盖面广、课程内容多、更新发展快且应用性很强的课程，该课程对学生建立系统和工程的概念具有十分重要的意义。
1改革教学内容，提高教学质量
随着控制理论的发展和计算机技术的应用，新的控制方法和控制手段也越来越多，为了适应时代要求，根据本科专业培养目标和专业特点，我们对自动控制课程的内容进行了重新整合，选用优秀教材，制定了新的教学大纲、实验大纲和考核大纲。适时地把一些新内容、新的教学成果、应用实例融合到教学内容中，做到课程内容的基础性和先进性相结合，把握经典与现代、本课程与其他相关课程内容的关系处理。大幅度减少了学时数，将经典控制理论与现代控制理论结合起来讲授，重点讲解控制理论的基本知识及应用，理清思路，了解方法，增强系统性。
自动控制原理的教学内容有一条主线：系统分析和系统设计。围绕这条主线，把教学内容划分为六大块：自动控制的一般概念、数学基础与数学模型、系统的分析、系统的设计、采样控制系统的分析和非线性系统的分析。对于系统分析是重点讲解部分，介绍了各种分析方法：时域分析法、根轨迹法、频域分析法，状态空间法等，进行有关系统的动态、静态分析，以及能控性和能观性分析；在系统设计这一重点部分的讲解中，介绍了根轨迹设计法、频域设计法和状态控制设计法，与系统分析相呼应，使学生在整个学习过程中，围绕“系统分析和设计”这条主线进行，做到举一反三，从而对自动控制理论有一个完整清晰的理解。
在分析设计这个主线下，以稳定性指标为辅线。在各个有关章节的小结中对稳定性都予以重点讨论，通过对各种稳定性判断方法的分析，把前后的知识点加以衔接联系，并综合应用。
在讲清系统物理概念的基础上，结合课程内容，引入先进的计算机辅助教学手段。将Matlab软件在控制系统中的应用引人课堂教学，在诸多课堂教学环节中实现了Matlab仿真演示，增强了学生对抽象理论的感性认识，收到了良好的教学效果。
为体现教学内容的先进性、科学性和前沿性，引导学生进一步学习的兴趣，对目前控制理路研究的热点和发展趋势作一些简要介绍，如模糊控制、智能控制等。
2改革教学方法，提升教学手段
自动控制原理对学生的定性分析能力、定量估算能力、综合运用能力、数—形结合能力有一定的要求，并需具有扎实的数学基础，学生在学习中经常会感到困难而产生畏难情绪，影响学习效果。因此，改革传统教学方法和教学手段，进而提高教学质量，是课程改革的重中之重
2．1采用现代教育技术与手段提高教学效果
在以信息、知识爆炸为特征的今天，传统的教学手段以不能适应时代的需要，教学手段的改革势在必行。在《自动控制原理》课的多媒体教学实践中，我们努力探索如何使多媒体这一先进的教学手段更好地服务于课堂教学。开发了《自动控制原理多媒体课件》、(Mat—lab仿真软件包》等CAI课件，．采样了多媒体与板书相结合的教学方法，既充分利用了多媒体教学的生动、逼真、容量大的优点，又充分利用了板书教学的严谨性、逻辑性强的优点。实践证明，这一方法取得了良好的教学效果，受到了学生的认可，对教学质量的提高起了一定的积极作用。
2．2加强实践教学环节，增强学生的动手能力
注重实践能力的培养，坚持理论联系实际的原则，加强学生动手训练，培养学生的创新能力。学生对新知识的理解，仅仅通过课堂讲解还很不够，必须通过实践教学这一环节，使学生对知识有一个感性认识。
实践教学是提高学生创新精神和能力的重要途径，在教改过程中，我们加强实验室建设，彻底改造了原有的实验内容，开发了综合设计实验及课程设计，目的在于通过实践教学，培养学生应用控制理论的方法解决实际问题、将实际问题抽象为理论问题的能力。实验只提目标和要求，没有详细的实验步骤和实验电路图。学生根据个人情况自主选择难度等级不同的实验，根据系统的性能要求，独立完成系统设计，系统搭建和调试，记录原始数据和图形，写出实验报告。所有这些都极大地调动了学生学习的主动性和积极性，巩固了课程理论，激发了学生学习的热情，培养了学生的动手能力和独立思考的能力，使其观察、分析和解决问题的能力都有很大的提高。
为了加强学生理论联系实际的能力，在教学过程中还增加了课程设计这一教学环节，通过课程设计，使学生了解到了Matlab软件在自动控制系统中的应用，拓宽学生的知识面，加深学生对(lf动控制原理》这门课程的基本概念，基本的分析方法及设计方法的理解。
3以教学推动科研，以科研促进教学
对于普通高等教育来说，教学固然重要。科研也不可以忽视。教学和科研是相辅相成的两个方面，两者不可分割。从自动控制理论来讲，它近几十年才建立起来，与工程实际联系较广，特别是在发展过程中，数学和计算机起了很大的作用，成为控制理论的重要工具。因此可以说，控制理论是工程与数学、计算机科学相互作用的前沿。在教学中讲授理论知识的同时，可以增加一些与科研结合的内容，如在同学中选一些成绩较好，对科研又有一定兴趣的同学，参加有关教师的科研项目，也可为学生科技活动中心提供一些课题，指导学生参与科研。这样，一方面调动了学生的积极性，培养了学生的动手能力，另方面，也可为科研活动的开展打好基础。学生通过参与科研，学习兴趣更加浓厚了，求知的欲望更强了。
4下一步改革设想
该课程的教学改革已在我校实施。取得了良好的教学效果，学生的基本知识、专业能力、实践技能乃至学习兴趣等。都较以往有较大的提高。教学改革的路子还很长。尚需继续探索和实践，使之不断完善，下一步改革的设想有四点：
我国幅员辽阔，各地气温差异性较大，在冬季，我国的北方由于气温较低，都需要进行采暖，采暖的能耗量较大，更加重了能源紧张的局面，在目前居民住宅的集中供热系统结构中采用自动控制系统进行节能取得了较好的成效。伴随着我国科技的不断进步和经济发展，自动控制技术被应用在集中供热节能方面，并且取得了一定的效果。但是，从最近几年来我国自动控制技术在集中供热节能应用的成果来看，尚不理想，存在一定的问题。就此，针对自动控制技术在集中供热节能方面的应用提出了相关的建议。
1.换热站自动控制系统设计的原则
为了能够在保证供热质量的基础上，降低经济成本降低水电消耗，提出了科学合理的自动化控制系统。根据供热系统的复杂程度和规模，采用高性价比的自动控制系统设备。利用热网RTU系统的期间采用施耐德品牌的PLC。换热站自动系统因为供热形式和机组设备呈现出不同的方式，因此需要制定具有针对性的控制策略。在选择控制系统和配套仪表的过程中，应该从可靠性、简单性、实用性、便于维护性进行考虑。在进行自动控制系统设计的过程中，要充分考虑到整个系统的兼容性、开放性、稳定性、通用性和可扩展性。
2.换热站自控系统的组成
我公司的供热形式是通过换热器针对集中供热一次网和用户二次网进行热能的交换，通过二次网络将热能传输给用户。换热站的RUT系统是通过PLC、现象仪表电器、通讯接口、人机接口触屏等组合而成。通过流量、温度、压力等参数，将现场仪表传感器转换成标准的电流信号，变频器将电机电流、转速等信号送入到PLC当中，通过PLC控制变频器的启停和调速。触屏作为现象的人机接口，显示换热站的主要参数和设备状态，并且现场的指令操作也可以通过触屏的方式下达
3.换热站供热控制策略
当热水网络在稳定状态下运行过程中，在不考虑网管沿途损失的情况下，网路的供热量应该等同于供暖用户用来采暖设备的散热量，也应该等于供暖用户的热负荷，被称之为热量平衡。
所谓的供暖热用户的热负荷，是建筑物的体积供热指标与建筑物外部体积的积，再乘上室内稳定减去室外温度。
供暖用户采暖设备的散热量指的是，散热器的传热系数×散热器的散热面积×散热器热媒的平均温度。
供热量指的是，循环水流量×热水的质量比热×供水温度与回水温度的差，除以3600等于1.163×循环水流量×供水温度和回水温度的差。
也就是说，供暖热用户的热负荷，等于供暖用户采暖设备的散热量，等于供热量。这是供热调节理论根本，从以上内容的的描述中能够发现，系数建筑物的体积供热指标和建筑物的外部体积变化并不明显。在这里我们将其作为常数。因此，当我们将建筑物的室内温度控制到一定的时候，那么变量就只是室外温度。简单来说，室外温度能够在一定程度上影响到建筑物供暖热负荷的唯一变化。因此，在换热站自控系统中，室外温度的变化是系统产生扰动的决定性因素。控制的主要目的在于抵消室外温度变化所造成的扰动影响，达到维持系统平衡和稳定的目的。
4.节能效果分析。
4.1.降低单位的热能消耗
通过实施自动控制防范，减小管网水力失调的程度，达到用户系统热能分布均匀的目的。从另外一个角度进行分析，通过网流量调节阀开度分时自动控制和换热站水泵合理、及时的调节配合，避免人工调节在时间上的滞后性和对经验的依赖性。
4.2.降低单位降耗
在针对换热站进行增设水泵变频设备的过程中，要针对水泵电机频率进行自动控制，通过改变电动机电流和频率，达到节能的效果。在进行变频的过程中，它的调节范围较宽，并且能够保持较高的效率，实现精度化运行。它能够有效的消除电动机启动过程中的大电流，延长水泵的使用寿命。从另外一个角度进行分析，在热用户用热负荷较小的时候，能够通过减小流量的策略降低水泵对能源的总体消耗。
例如，以一个20万平方米供热面积换电站为例子，在08年的时候换热站水泵一共消耗电量为23.5万度，也就是电消耗为1.85度每平方米供热面积，在09年实施自动控制方案之后，电消耗变成1.12度每平米供热面积，20万平方米的供热面积总节电量为4.89万度。如果按照1.1单价进行计算，节省电费总数为4.26万元。这一数字意味着在使用自动控制系统之后，我国的在一定程度上节约了电成本，在对于我国未来的发展具有积极影响。
4.3.降低人工成本
通过自动控制设备的增加，改变了传统换电站需要人员留守的现象，从而节省了这部门的费用。因此，通过自控添加手段和变频器的合理配置，能够达到良好的节能效果。与此同时，对降低公司的资金成本具有一定的意义。
5.结语
综上所述，为了能够在保证供热质量的基础上，降低经济成本降低水电消耗，应科学合理的制定相应自动化控制系统，在进行控制系统和配套仪表选择时应从设备可靠性和设备简单性以及设备实用性等几个方面进行考虑与分析。本论文着重针对自动控制技术在集中供热节能方面的应用进行了分析，并针对自动化控制技术的原理、优势进行了分述，认为自动化控制系统对降低供热成本、提高供热效率有积极影响。
参考文献：
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中图分类号：TN921-4 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-02
电气工程和自动化专业的发展由来已久，但是为了适应21世纪的社会需求和国家教育模式的改革，需要对高等学校的教育模式改革，培养出具有全面的知识体系和创新能力以及高素质的综合性人才。电子技术和计算机控制技术以及改造的能力等是电气工程及自动化专业的学生必须具备的能力，为其以后从事与电气工程专业相关的工作和研究打下基础。为了培养出全面的高素质综合性人才，就需要对现有的教学模式进行改革。
一、课程难度剖析
在学习电力拖动自动控制系统时，学生必须了解直流电动机的工作原理和直流电动机系统中的电磁量以及机械量之间的相互转换关系；了解可控直流电源的产生方法，知道在控制系统中，可以根据控制对象来控制某一控制量的算法和衡量控制系统性能的基本指标；掌握单片机的原理等。而要实现学生对上面的知识的掌握，就要学习很多的知识，如自动控制理论和电机以及计算机控制技术等多门学科，所以，电力拖动自动化控制系统的知识面很广，要求的专业基础背景高。而这对于学生来说，都是很难的课程，且要在学校这段有限的时间学会，学透是很不容易的。
二、教学内容的改革，加强工程的应用
电气工程和自动化专业的课程教学内容主要是课程教学与实验以及课程设计。课程教学的目标是以电机作为对象和电力电子功率变换器为弱电控制强电的媒介，以及自动控制理论为分析和设计的基础来掌控运动控制系统的控制规律和设计方法。把课程的设计和综合实验结合起来，可以巩固课程的理论知识，提高学生的操作能力。为了加强工程的运用，可以通过加强位置控制系统和张力控制系统以及数字控制系统来增加工程的运用。位置控制系统即位置随动系统，在使用这个系统时，可以将应用广泛的伺服电机控制系统和数字控制结合起来介绍驱动器的工作原理和参数设置，为以后参加工作打好基础。张力控制系统在加工带材和线材的过程中，保持卷的进出的张力，使带材卷的整齐和紧致。数字控制系统包括数字控制的硬件电路和软件流程。
三、教学方法的探讨
课程教学的环节包括课堂教授和学生自学以及实验等，在教授理论课时，可以运用多媒体教学在其中加入动态演示的图像，让学生对内容更容易理解；在教授对交流和直流控制的软件系统时，就可以结合仿真软件，通过在课堂上建立起模型和课堂以及课后的仿真，使学生更加了解对系统的控制。而对于培养应用型的人才，由于学生没有真正的参加过工作，所以没有经验，这就使得学生对于课堂学习的知识不够理解或不感兴趣。这些问题教师在备课时都需要考虑到，如为了提高学生的兴趣，可以在教授电力拖动系统时增加其应用背景。在教学过程中逐渐改变学生的态度和思想，使其不在抱着应付考试的心态去学习，而是发自内心的真正喜欢这门学科。
四、加强实验教学中的工程实践能力
（一）理论与实验结合
“电力拖动自动控制系统”是一门在实际生活中运用广泛的课程，所以它的教学方式不应该仅仅局限于理论知识的学习，还应该将理论与实验相结合，增加学生的应用能力。在上实验课程时，应该让学生自己动手操作，根据实验的目的拟定实验的路线和选择合适的仪器仪表以及确定实验的步骤，然后进行数据的测试，并根据得出的数据进行分析。还有就是在上实验课时，可以尽量让学生掌握一些电气测量的方法和实验设计以及工程的运用结合。在学生实验的过程中，可以加深学生对理论知识的理解，对于实验时获得的数据，可以为学生以后写毕业论文时提供依据。
（二）课程设计强化实践能力
课程设计的目的在于培养学生的自主理解能力，将课程上所学到的理论知识与实践技能相结合，解决工程问题。在课程设计课上，可以选择几个与工程运用相关的主题，如变频器控制交流电动机调速的应用和设计PWM控制直流电动机调速系统设计以及无刷直流电动控制器设计等。在这些主题中，由学生选择其中的一个，然后进行分组来完成，并且提出相应的要求，如系统设计方案论证和系统指标测试以及硬件开发等。限定学生完成课程设计的时间在3周以内，而且设计的内容要包括根据题目设计相应的电路和参考文献以及显示输出电路等。在这一系列的过程中，学生及掌握了系统开发设计的流程和方法，也提高了自己的操作能力和创新能力。
五、结束语
专业教学长期探讨的问题包括如何有效的激发学生学习的兴趣和积极性以及引导学生学会自主学习和思考。本文就结合电力拖动自动控制的实际教学情况，通过分析其面临的问题，改革教学内容和教学方法以及实践环节，提高了学生学习的积极性和操作技能以及创新的能力，提高了学生的综合素质。
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THE CULTIVATION MECHANISM WITH PRACTICE ABILITY AND INNOVATION SPIRIT OF AUTOMATION MAJOR
Zhang Tao
（North China Institute of Science & Technology， Sanhe， Hebei， 065201）
Abstract： The application type and innovation type cultivation mechanism of automation major in my university has been improved and matured by construction for several years. The paper summarizes and analyses the constructer， contents， styles and effects of application type and innovation type cultivation mechanism of automation major in my university. The paper especially expounds the cultivation effects， organization relation and mechanism characteristic of the application type and innovation type cultivation mechanism of automation major in my university. The practice teaching system has useful significance for others.
Key words： Automation Major； Practice Ability； Innovation Spirit； Cultivation Mechanism.
0 引言
华北科技学院是国家安全生产监督管理总局惟一直属的普通高等学校，始建于1984年，其前身是北京煤炭管理干部学院分院，1993年经原国家教委批准改建为华北矿业高等专科学校，2002年初经教育部批准升格为本科院校。学院面向全国招收普通全日制本、专科学生。学校设置有37个本科专业，涉及工学、理学、文学、法学、经济学、管理学、教育学等七大门类学科，已经形成以全日制本科教育为主，专科教育、成人学历教育、安全培训、函授教育并存的多学科、多层次、多形式的办学体系。
我校的自动化（专科）专业成立于1999年，2003年升格为自动化（本科）专业，面向全国招生。目前，自动化（本科）专业包括本科、专接本科、第二学位本科等多种本科办学形式，共有4个年级、20个班级，645名学生。
经过几年的发展，自动化专业的综合实力逐渐增强，教学质量和办学水平逐年提高。2007年，自动化专业被华北科技学院批准成为首批校级重点与特色专业建设点。2009年，自动化专业被教育部批准成为国家级特色专业建设点（编号：TS1Z214）。
本文就自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制的建立、运行、完善等方面进行了阐述，并对具有我校特色的自动化专业实践能力与创新精神培养机制的培养效果进行了总结与分析。
1 自动化专业人才培养计划
1.1 自动化专业简介
自动化专业主要研究的是自动控制的原理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。它以自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。学生在毕业后能够从事自动控制、自动化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作。
1.培养目标
本专业培养的学生要具备电工技术、电子技术、控制理论、自动检测与仪表、信息处理、系统工程、计算机技术与应用和网络技术等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识，能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术、信息处理、管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人才。
2.培养要求
本专业学生主要学习电工技术、电子技术、控制理论、信息处理、系统工程、自动检测与仪表、计算机技术与应用和网络技术等方面的基本理论和基本知识，受到较好的工程实践基本训练；具有系统分析、设计、开发与研究的基本能力。
1.2 自动化专业的课程设置
自动化专业的课程设置应该能够体现自动化专业的培养目标和培养要求，使学生掌握本专业领域必需的、较宽的技术基础理论知识，并受到较好的工程实践基本训练，在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发和组织管理能力，具有较强的工作适应能力。
1.自动化专业的主干课程
自动化专业的主干课程包括电路、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子、电机拖动、直流控制系统、交流控制系统、自动控制原理、过程控制、微机原理、计算机控制系统等课程。自动化专业的学生必须深入理解和掌握这些课程的理论及其实践。
2.自动化专业的课程设置
自动化专业的课程设置包括通识基础教育课程、专业基础教育课程和专业方向教育课程三个方面的课程，每一方面的课程又包括理论教学课程和实践教学课程两大部分。自动化专业课程体系的设置如图1所示。
2 自动化专业人才培养过程中的教学改革
2.1 教学内容改革
为适应21世纪对人才的基本要求，在认真研究和借鉴以前运行的人才培养计划的经验和做法，并结合我校的办学定位和实际情况，我们对自动化专业的教学内容进行了多次研讨论证，主要包括教学课程设置的合理性、开课时间、理论学时与实践学时的分配、实验项目的设置、实践项目等内容。
教学内容改革的具体做法是：
一是根据实际条件的变化，适当增加实验课程的学时，适当调整实验课程的内容。例如《信号与系统分析》课程，因实验条件的改善，将原教学计划理论教学32学时、实验教学0学时，调整为理论教学28学时、实验教学4学时。
二是根据专业发展现状和发展趋势，适当增加专业选修课程的学时，适当调整专业选修课程的内容。例如《自动化仿真技术》、《自动化组态技术》两门专业选修课程，就是考虑到自动化专业技术的发展现状，突出自动控制系统仿真和组态方面的教学而增设的。
2.2 教学方法改革
正确灵活的教学方法将有助于深化提高教学效果，起到事半功倍的作用。教学方法改革的主要内容包括：
一是积极推进课堂讨论教学法，让学生在课外网络上查找资料，然后在课堂教学过程中引导学生对学习内容进行研讨、推理，适时让学生在课堂上进行发言讨论，最后总结得到合理的结论和推理。通过讨论，调动学生学习的积极性，教会学生怎样掌握新知识、探索新知识、获取新知识，并会运用新知识解决新问题，从而培养学生独立的探索精神和独立的创新意识与创新能力，提高综合素质。
二是创造和谐的师生关系，为促进提高教学效果奠定基础。师生关系是对立统一的，教师处于矛盾的主要方面，在运动变化中起着主导作用。因此，构建良好的师生关系关键在于教师，但同样也离不开学生的密切配合和积极响应。关于如何建立良好和谐的师生关系，请参考作者的相关论文《大学和谐师生关系的构建策略研究》（华中师范大学学报（人文社会科学版），2007）。
2.3 教学手段改革
在课堂教学过程中，讲授教学内容时可以采用黑板板书与多媒体相结合的教学手段。应该尽可能地利用多媒体教学这一现代化教学手段，因为多媒体教学可以对抽象的微观结构采用形象生动的动画，生动地展示教学内容，帮助学生理解抽象的概念，扩大教学内容的有效信息量，从而提高教学效果。
在大学教学过程中，采用多媒体教学也存在其有利的一面和不利的一面。对此，作者进行了研究，请参考作者的相关论文《大学中采用多媒体技术对教学的影响》（华北科技学院学报，Vol.4，2007）。同时，该论文获华北科技学院“深化教学改革，提高教学质量”研讨会优秀论文二等奖，并在大会上进行了宣读交流，论文的获奖证书如图2所示。
3 我校自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制
3.1 培养学生实践能力的途径--实践教学体系
为提高学生的实践动手能力以不断适应社会经济发展的要求，我校自动化专业特别重视实践教学方面的投入和改革。目前，在我校自动化专业已经形成多层次开展、多学科综合、并具有安全特色的实践教学体系。
我校自动化专业的实践教学体系的内容丰富、层次合理，主要包括：
（1）实验类：各类课程的附属实验课程。
（2）设计类：各类课程的课程设计。
（3）训练类：各类技能训练。
（4）实习类：认识实习、生产实习。
（5）综合类：毕业实习、毕业设计。
3.2 培养学生工程素质的途径――工程训练平台
为实现高等工程本科教育的培养目标，达到目标所要求的学生应具备的工程素质，我们认为，一是要求具备良好的师资队伍，二是要对学生进行工程素质训练。
师资队伍建设应从以下几个方面着手进行：进一步提高师资队伍成员的职称和学历，加强“双师型”教师的培养；按照“学有所长，利用所长”的原则，使师资队伍成员不断进行专业方向凝练；推出“自动化专业学术论坛”，加强学术交流合作，浓厚团队学术研究氛围。
对学生进行工程素质训练应采取循序渐进的训练策略。首先，立足于河北省高校实验教学示范中心-华北科技学院电工电子实验中心的丰富实验资源，引导学生以严谨务实、认真仔细的态度对待每一个实验环节，在实验当中体验科学研究的全过程。其次，利用实验、实习、科研、毕业设计（论文）、工程实训等各个环节对学生进行工程素质训练，不断提高学生的工程素质和能力。图3为学生正在进行电动机PLC控制系统训练的过程照片。
3.3 培养学生创新精神的途径――科技创新机制
培养学生创新精神是一项长期性、系统性的工程，我们认为，培养学生创新精神一是要有相应的机制保证，二是要有具体的实施措施，这两方面缺一不可。
培养学生科技创新的机制建设包括：分别成立学生科技创新领导小组、学生科技创新指导教师团队、学生科技创新活动小组；学校提供科技创新所必需的活动场地、设备器材、经费支持等。
培养学生科技创新的具体措施包括：一是进行实验室开放，鼓励学生到开放的实验室进行各种教学实验和研究实验；二是设立创新实验室，鼓励和引导学生在创新实验室开展各种科技创新活动，图4为我校设置的学生科技创新实践室。
3.4 自动化专业学生的实践能力与创新精神培养效果
经过自动化专业相关部门和教师的共同努力，自动化专业学生的培养情况良好，在招生、就业、考研、科技创新活动等各方面取得了一系列重要的成绩。
自2003年开始招收自动化专业本科学生以来，自动化专业的办学规模在稳步发展。近几年，每年的自动化专业招生计划均为210人，入学报到在190人以上，编为6个班级。
自动化专业学生的就业情况良好，一次就业率较高。特别地，自动化专业作为华北科技学院煤炭主体专业，着力突出煤矿安全自动化这一行业特色，自动化专业毕业生积极响应号召，投身于煤炭相关企业、为突出我校的安全生产特色方面做出了重要贡献。
自动化专业学生积极进行科技创新活动，取得多项科技创新成果。仅在2011年，获得全国大学生电子设计大赛全国二等奖2项；飞思卡尔杯智能车竞赛全国一等奖1项，全国二等奖2项；全国挑战杯大赛河北省二等奖1项。图5为学生制作的科技创新作品（激光识别智能车），该作品获得2011年全国大学生电子设计大赛全国二等奖。
自动化专业学生的考研情况良好，考研录取率一直位居前列，表1为近几年自动化专业学生考取研究生情况汇总表。
4 总结与建议
作者认为，只有坚持循序渐进的培养策略，才能保证学生培养质量的不断提高。学生能力培养的层次关系应为：实践能力的基本标准，工程素质是最低要求，创新精神是最高追求，三者的层次关系如图6所示。
经过几年的发展，我校自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制已经逐步完善、成熟，其特点可以归纳为以下几点：
（1）在完成教育部规定培养目标的前提下，进行教学内容改革、教学方法改革和教学手段改革，不断提高和强化教学效果。
（2）构建自动化专业的实践教学体系，丰富实践教学内容，合理布局实践教学层次，加强实践基础能力培养。
（3）构建自动化专业的工程训练平台，通过PLC工程实训项目和单片机工程实训项目等途径，使学生掌握自动控制系统的研究、设计、制作、检验等步骤的全部过程。
（4）构建自动化专业的科技创新机制，鼓励和引导学生在开放实验室、创新实验室开展各种科技创新活动，取得科技创新成果。
同时，我校自动化专业学生的实践能力与创新精神的培养机制还应进一步进行改革、充实、提高、完善，以不断满足人才培养的需求和社会经济发展的需要。
例如，训练类实践教学课程是提高自动化专业学生动手能力的重要手段和途径，对培养学生的理论联系实践的能力和实际动手能力有明显的帮助作用。因此，训练类实践教学课程的下一步改革思路是：教师提出更有难度的训练题目，学生可以采用多种方法实现训练题目的目标，进一步提高学生利用自动控制理论来解决实际问题的能力，最大程度地发挥训练类实践教学课程促进教学的良好作用。
参考文献
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