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摘要：
為突出“控制系統仿真與cad”課程培養學生實踐動手能力的目的，本文對該課程的教學方式進行改革探索，主要涉及教材選用、啟發式教學、實踐教學、考核方式等方面。通過教學改革，取得了較好的教學效果。
關鍵詞：
控制系統仿真與CAD；教學改革；啟發式教學
引言
為了提高自動化類本科專業的教學質量，培養和提高學生的實踐動手能力“，控制系統仿真與CAD”作為一門專業平臺課程，主要以MATLAB語言為基礎，介紹自動控制系統的建模方法、時頻域分析方法、可控可觀性分析以及控制器與觀測器設計方法等。以培養應用型人才為目標，如何上好本課程一直是任課老師一直思考和探索的問題。作者結合“控制系統仿真與CAD”課程的實際教學情況，從以下幾方面進行教學改革與探索。
一、教材的選擇
隨著自動化學科與控制系統仿真技術的不斷發展，與“控制系統仿真與CAD”課程相關的教材很多，主要有：王燕平教授主編的《控制系統仿真與CAD》[1]，薛定宇教授著的《控制系統仿真與計算機輔助設計》[2]，張曉華教授主編的《控制系統數字仿真與CAD》[3]等。教材的選用應該以教學大綱為準繩，以便于學生理解、掌握知識為準繩。教學大綱從學生本科學習的整個過程對學生所需掌握的知識進行指導，是課程教學的綱領。許多相近的專業平臺類課程會涉及相同的知識點，同一知識點在哪門課程進行學習，學習的深度如何，都會在教學大綱中得以體現。教材的選用還應該遵循以學生為本的原則，選擇難易度恰當、體系結構合理、的教材作為學生學習和老師施教的助手。通過比較，我們在課堂教學過程中選用了機械工業出版社出版的由王燕平教授主編的《控制系統仿真與CAD》，該教材是普通高等教育電氣工程與自動化應用型“十二五”規劃教材。“控制系統仿真與CAD”課程內容較多，教學大綱安排的課時有限，在教學過程中，我們著重介紹MATLAB基礎，控制系統的數學描述方法、控制系統的時頻域響應分析、控制系統的校正、控制系統的穩定性、可觀性和可控性分析、狀態反饋控制與觀測器設計等內容。
二、課堂教學改革
（一）利用多媒體教學
與黑板板書加講授的傳統教學方法相比，多媒體教學能夠將教學內容以更加豐富多彩的形式、更加直觀生動的方式展示給學生，使得學生能夠更清楚、更直觀地理解知識點；同時還能夠節省大量的板書時間，將部分教學內容的板書工作轉移到備課階段，能夠有效提高課堂效率，將更多的時間用來師生互動、分組討論等，讓課堂教學變得更加豐富多彩。例如，在介紹Matlab基礎時，需要給學生演示大量的程序案例，我們可以在備課階段，將程序編寫好，然后在課堂上通過Matlab軟件調用編寫好的程序，現場給學生演示，以節省程序的板書時間，提高課堂利用效率；同時，也能活躍課堂氛圍、吸引學生的注意力，增強學生的積極性，在潛移默化中提高學生的動手能力。例如，在Matlab基礎部分，講述選擇式結構的if語句部分時，我們會介紹if語句的三種基本機構，由簡單到復雜依次是：單分支if語句結構、雙分支if語句結構和多分支if語句結構。在介紹每種if語句結構時，我們就可以借助多媒體豐富的表現形式，利用設計好的動畫來給出其流程圖，展示每次遇到if這個語句標記時應該如何判斷條件是否成立，然后選擇語句組是否執行，并強調if語句一個重要的組成部分就是最后的end，沒有end語句標記就不知道if語句什么時候結束，也就沒辦法執行其后面的程序。在學習每種if語句結構之后，我們還通過例題分析不同if語句結構之間的異同點。多媒體教學在提高學生學習興趣方面具有明顯的優勢，同時這也要求我們要花費大量的時間去精心準備，從借鑒精品課程到聯系課堂實際效果，從課件內容到排版格式，從圖片選取到動畫制作，都應該切合學生的實際需要、符合控制類課程的自身要求。與其他介紹Matlab語言的課程不同“，控制系統仿真與CAD”課程需要結合控制類專業的基礎理論知識，所列舉的案例也應該以控制工程中遇到的問題為主。
（二）啟發式教學
Matlab語言包含的命令與工具箱數不勝數，而且涉及到控制系統的各方各面（從系統建模到時頻分析，從穩定性分析到控制器設計，等等），我們能在課堂上教授學生的只能是有限的方法。學生在以后的學習和研究中還會遇到各式各樣新的問題。我們需要培養的是學生分析問題、解決問題的能力。因而，我們應該積極探索和實踐能夠培養學生積極性、創造力的啟發式教學方法。在啟發式教學過程中，我們要由教給學生知識轉變為教會學生學習，在教學過程中以啟發式為主，培養學生參與教學、積極思考、大膽存疑、主動學習的能力[4]。啟發式教學的方法很多，可以嘗試如下方法：（1）在課堂上制造懸念，拋出問題來引導課堂的發展，以引導學生解決問題作為主線。例如，講解矩陣運算時，可以從提問同學們以下問題逐步引導課堂：矩陣運算有哪些？在Mat－lab中如何實現？完成統一運算的不同實現命令之間有何區別？（2）很多教師都頭疼于學生上課帶手機，其實我們完全可以引導利用這一工具，遇到問題時，讓學生通過自己思考，上網查找，最終解決問題。這樣不僅能夠引起學生的興趣，還能增強學生對知識點的記憶。例如，我們在講解控制系統的數學描述方法時，會講到系統的傳遞函數模型可以與其狀態空間模型之間相互轉化，我們首先講述將系統從傳遞函數模型轉化為狀態空間模型時，使用tf2ss的命令，那么如何將一個系統從狀態空間模型轉化為傳遞函數模型呢？這時，我們就可以讓學生通過手機來查找對應的命令。學生通過自己動手查到的命令不但記憶深刻，而且可以激發學生的學習欲望，既達到授人以魚的目的，還兼有授人以漁的效果，逐漸培養學生掌握思考問題、解決問題的能力。
三、強化實踐教學
“控制系統仿真與CAD”是一門培養學生實踐動手能力的專業課。學生在課堂上學習的知識點如果不通過實踐，很快就會生疏遺忘。我們就需要通過安排上級實驗來促使學生理解、消化和掌握所學習的命令、工具箱等，并在實驗中總結和實踐一些編程技巧來提高程序的運行效率。所以我們在重視理論教學的同時，也有必要開展實踐教學。我們用總課時量的1/3時間來指導學生上機實驗，通過實驗項目的開展，有效地提高了學生的實踐動手能力。學生在理論知識學習后，還可以根據學生的興趣，對學生進行分組，安排他們針對一些簡單的控制系統進行時頻域響應分析、穩定性、可觀性和可控性分析以及控制器、觀測器設計等。實踐證明，通過這些分組討論式學習能夠較好地鍛煉學生分析問題、思考問題、解決問題的能力以及團隊合作能力，調動學生的主動性、積極性。
四、考試改革
利用期末考試卷來衡量學生學習水平的考核方式不適用于“控制系統仿真與CAD”課程。該課程是以培養和提高學生實踐動手能力為主要目標。我們采用大作業的方式讓學生針對經典的控制工程案例進行分析和處理，并利用Matlab實現自己的想法。在考核時，不僅參考大作業的完成情況，還綜合考慮學生的平時表現、實驗表現、出勤情況等。
五、結束語
選擇“控制系統仿真與CAD”課程進行教學改革探索是因為這門課程具有較強的工程實踐性，既可以鞏固學生在“自動控制原理課程”等專業基礎課程學習的控制理論知識，同時培養和提高學生的實踐動手能力。選擇恰當的教材；在課前精心準備；在課堂教學過程中利用好多媒體教學的優勢，并貫穿啟發式教學模式于課堂始終；在實踐教學環節能夠針對學生出現的不同問題有針對性、有區別地給予指導。教學改革和探索，學生的動手能力、學習主動性、思考問題能力都明顯提高，而且具備解決分析工程實際問題的能力。我們在以后的教學過程中還將不斷實踐和探索，爭取對本次教學改革的成果進一步深化和完善。
作者：馮肖亮 宋強 閆晶晶 單位：河南工業大學電氣工程學院
參考文獻
[1]王燕平.控制系統仿真與CAD[M].北京：機械工業出版社，2011.
[2]薛定宇，陳陽泉.基于Matlab/Simulink的系統仿真技術與應用[M].北京：清華大學出版社，2011.
[3]張曉華.控制系統數字仿真與CAD[M].北京：機械工業出版社，2005.
[4]周浩森，宣立明，趙吉祥“.數學物理方法”啟發式教學探索[J].中國電力教育，2010，30：87-88.