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摘要：本文结合电子实验中心在教学改革中取得的经验，介绍了计算机仿真教学、开放性实验教学和阶梯式教学等新方法在控制理论实验教学上的成功应用。文中对改革前后的的教学方法进行了比较，既从理论上分析了新方法的优势和特点，又从实际教学实践的角度，论述了新的教学方法在提高学生学习的兴趣的同时，更好的培养了学生的创新和探究能力。
关键词：MATLAB仿真教学；开放性实验教学；阶梯式教学
Discussion and Practice of New Method about Control Theory Experiment Teaching
Lü Hong-shi
(Electronic Experiment Center ,Yanshan Univ.,Qinghuangdao 066004,China)
Abstract: Based on the effective reformationin the experiment teaching in Electronic Experiment Center,this paper introduced the computer simulating teaching, opening Experiment teaching,and scalariform teaching.Compare with traditional teaching method,this paper not only analysed the predominance and the characteristic of new method in theory,but also discussd new method can improve students’s leaning interest and innovation ability in practice, improve teaching quality.
Key word：MATLAB simulating teaching；opening Experiment teaching；scalariform teaching
引言
当代社会对电子自动化专业人才的需求呈现出多样化、个性化的趋势。学生除了要掌握专业的自动控制理论，更要具有创新能力，具有将所学到的理论知识与解决实际问题相结合的能力。在这种大趋势下，实验教师亦要与时俱进，积极改进实验教学方法，培养高素质人才。近几年，燕山大学电子实验中心控制理论实验室，积极进行教育改革，探索并实施新的教学方法，采用多媒体教学，实施实验室开放，以阶梯式教育模式调动学生学习的主动性，培养学生的创新性，实验教学质量明显提高，现将经验总结如下。
一、采用多媒体实验教学，增加上机设计实验，培养学生设计实践能力
1． 采用多媒体实验教学，提高教学质量
控制理论实验室在实验讲解说明时，改革了教学方法，采用多媒体教学。传统的板式教学，枯燥的论述和费时费力书写方式，已经不适合现代的实验教学。而控制理论实验采用的多媒体教学，图文并茂的讲解配合生动的教学例子，在吸引学生兴趣的同时，大大提高了实验教学质量。
2．采用MATLAB软件教学，增强实验的延展性
传统的控制理论实验大部分都是在模拟机上进行，学生在控理实验箱上连接好模拟电路，通过示波器或者计算机辅助软件，观测各种状态输出响应。这种方法虽然可以让学生对具体的电路有直接的感性认识，但是控制理论部分实验在模拟机上难以开展，如采样系统、线性系统根轨迹的绘制、奈氏图和波特图的绘制等，即使采用专门研制的CAE实验系统来完成这些实验，但由于其功能固定，缺乏延展性，难以达到较好的教学效果。为进一步提高教学质量，增强实验的灵活性和延展性，实验教师配合教学大纲，采用MATLAB软件，设计更多的上机实验，教学质量明显提高，同时为学生进一步研究控制理论奠定了良好的基础。
MATLAB是美国MathWorks公司开发的科学与工程计算软件。在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、动态系统仿真等课程的教科书，都有MATLAB内容，MATLAB 是攻读学位的大学生、硕士生、博土生必须掌握的基本工具。在设计研究单位和工业部门，MATLAB 被认作进行高效研究和开发的首选软件工具。在控制理论实验中尤为重要的是，MATLAB 中提供了可视化动态仿真环境—Simulink，可实现动态系统的直观建模、仿真与分析，并支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，因此使一个复杂系统的输入和仿真变得相当简单。例如采样系统分析这个实验，控理实验箱上没有连续正弦信号源，实验时除了实验箱和示波器，还要附加正弦信号源。实验时，不能同时显示不同采样周期的波形，对比性较差。如果采用MATLAB软件中的—Simulink来进行实验，只需拖动信号源、零阶采样保持电路、示波器等小模块，进行简单的参数设置后，一个采样系统就可以构成了。实验简明直观，学生很容易就理解了实验目的。
通过将软件仿真与模拟实验有机地结合起来，可以优势互补。通过理论仿真与模拟实验的结果进行对比分析，不仅能让学生发现模拟实验中的问题，而且可以锻炼学生的动手能力，也能让学生掌握MATLAB 在控制系统仿真中的运用,增强学生的学习兴趣，并为以后从事相关研究工作打下良好基础。
二、以学生为中心，实施开放性实验教学模式，为学生营造更好的实验环境
传统的实验教学是以教师为中心采用填鸭式来教导学生，老师和学生缺乏互动，忽略了学生的个性培养。改革后的教学模式则是以学生为中心、教师为主导，采用以学生自主学习实验为基础的开放式实验教学模式。所谓开放性实验教学，即将实验室全天开放，学生根据自己的实际情况，灵活的选择时间、选择项目，通过自己的设计，独立完成实验。开放性实验教学虽然加大了指导教师的工作量，但是给学生带来了很大的便利。学生可以选择方便的时间，自行安排各个的实验项目。
现代的实验教学不仅要使学生掌握基本的实验技能,更要立足于培养学生树立严肃认真的科学实验作风、提高独立实验能力、加深对理论知识的理解、综合运用知识、开拓创新等方面。采用开放性实验教学，学生的独立创新精神和实践能力在自由的空间中得到更好的发挥，对于培养具有创造性应用型人才具有重要的现实意义。
三、采用阶梯式教学模式，培养学生的独立创新能力
控理实验室在采用开放式教学同时，把阶梯式实验教学模式融合到实际的实验教学中。阶梯式实验教学即把教学任务分为三个层次的教学内容，由简单到综合，使学生由感性认识到具有一定的设计能力。
第一层次为基础层。目的是让学生掌握控制理论基础性实验，培养学生学习电子技术兴趣。按不同专业和不同类别学生的教学大纲要求，设置不同的实验项目和教学内容。在课堂教学中，采用多媒体课件，介绍控制理论在各个领域的应用，以增强学生学习兴趣，以图片的形式向学生展示各种常用电子器件，使学生对控制理论由感性认识到具有浓厚的学习兴趣。在注重验证理论的同时，更注重学生自己设计实验，尽量减少验证性内容，增多设计性内容以开发学生设计能力和综合分析问题的能力。
第二层次为综合层。综合性实验教学就是进一步训练学生实践能力，实验选题必须结合课程设置,面向社会需求。其目的就是让学生感受、理解知识产生和应用的过程，培养学生的科学精神和创新思维习惯，重视培养学生收集处理信息的能力、获取新知的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力、应激能力以及团结协作和社会活动的能力。控制理论实验室采取在教师指导下，学生独立设计实验方案，鼓励创新和团队协作，使学生的综合设计能力和合作意识显著地提高。
第三层次为提高层。在学生掌握了较强的实验技能后，让他们独立完成实验课题，教师只给出实验题目和要求，学生自己设计实验方案，并在教师指导下进行实验研究。设计性实验的开放将学习的主动权交给了学生自己，学生成了实验的主体，在没有详细讲义、只有设计要求的前提下，学生要从查阅相关资料开始，设计实验方案，测试、分析数据，得出实验结果及结论，并写出小论文式的实验报告。在整个过程中学生把实验中遇到的难点、疑点进行归纳、整理、分析和总结。这有助于进一步提高学生分析问题和解决问题的能力，也培养了学生高度概括实验的能力，促使学生用简洁、准确的语言来表达自己的观点，为毕业论文的撰写和将来的科研工作打下良好的基础。
这种阶梯式教学模式由于把学生放在学习的主体地位，方案的讨论、实验过程和内容的实施、实验报告的书写等都主要由学生来完成。教师要注重帮助学生自主学习、独立思考,培养学生的探索精神、创新思维，为学生天赋和潜能的充分开发创造宽松的环境。教师的角色从传统的信息提供者变为学生求知过程中的合作者与参与者，由“教师”变为“导师”，提高学生学习的兴趣，提高教学质量。
四、结束语
控制理论实验教学应顺应电子技术高速发展的趋势，不断的求新求好，在传授实验知识和技能、巩固学生基础知识的同时，更应致力于培养学生独立创新能力，培养研究型的复合人才，对现有实验及新开实验进行优化组合，使控制理论实验课形成一个从浅到深、从基础到前沿逐步提高的先进实验课程教学体系。
关键词：MATLAB仿真教学；开放性实验教学；阶梯式教学
Discussion and Practice of New Method about Control Theory Experiment Teaching
Lü Hong-shi
(Electronic Experiment Center ,Yanshan Univ.,Qinghuangdao 066004,China)
Abstract: Based on the effective reformationin the experiment teaching in Electronic Experiment Center,this paper introduced the computer simulating teaching, opening Experiment teaching,and scalariform teaching.Compare with traditional teaching method,this paper not only analysed the predominance and the characteristic of new method in theory,but also discussd new method can improve students’s leaning interest and innovation ability in practice, improve teaching quality.
Key word：MATLAB simulating teaching；opening Experiment teaching；scalariform teaching
引言
当代社会对电子自动化专业人才的需求呈现出多样化、个性化的趋势。学生除了要掌握专业的自动控制理论，更要具有创新能力，具有将所学到的理论知识与解决实际问题相结合的能力。在这种大趋势下，实验教师亦要与时俱进，积极改进实验教学方法，培养高素质人才。近几年，燕山大学电子实验中心控制理论实验室，积极进行教育改革，探索并实施新的教学方法，采用多媒体教学，实施实验室开放，以阶梯式教育模式调动学生学习的主动性，培养学生的创新性，实验教学质量明显提高，现将经验总结如下。
一、采用多媒体实验教学，增加上机设计实验，培养学生设计实践能力
1． 采用多媒体实验教学，提高教学质量
控制理论实验室在实验讲解说明时，改革了教学方法，采用多媒体教学。传统的板式教学，枯燥的论述和费时费力书写方式，已经不适合现代的实验教学。而控制理论实验采用的多媒体教学，图文并茂的讲解配合生动的教学例子，在吸引学生兴趣的同时，大大提高了实验教学质量。
2．采用MATLAB软件教学，增强实验的延展性
传统的控制理论实验大部分都是在模拟机上进行，学生在控理实验箱上连接好模拟电路，通过示波器或者计算机辅助软件，观测各种状态输出响应。这种方法虽然可以让学生对具体的电路有直接的感性认识，但是控制理论部分实验在模拟机上难以开展，如采样系统、线性系统根轨迹的绘制、奈氏图和波特图的绘制等，即使采用专门研制的CAE实验系统来完成这些实验，但由于其功能固定，缺乏延展性，难以达到较好的教学效果。为进一步提高教学质量，增强实验的灵活性和延展性，实验教师配合教学大纲，采用MATLAB软件，设计更多的上机实验，教学质量明显提高，同时为学生进一步研究控制理论奠定了良好的基础。
MATLAB是美国MathWorks公司开发的科学与工程计算软件。在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、动态系统仿真等课程的教科书，都有MATLAB内容，MATLAB 是攻读学位的大学生、硕士生、博土生必须掌握的基本工具。在设计研究单位和工业部门，MATLAB 被认作进行高效研究和开发的首选软件工具。在控制理论实验中尤为重要的是，MATLAB 中提供了可视化动态仿真环境—Simulink，可实现动态系统的直观建模、仿真与分析，并支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，因此使一个复杂系统的输入和仿真变得相当简单。例如采样系统分析这个实验，控理实验箱上没有连续正弦信号源，实验时除了实验箱和示波器，还要附加正弦信号源。实验时，不能同时显示不同采样周期的波形，对比性较差。如果采用MATLAB软件中的—Simulink来进行实验，只需拖动信号源、零阶采样保持电路、示波器等小模块，进行简单的参数设置后，一个采样系统就可以构成了。实验简明直观，学生很容易就理解了实验目的。
通过将软件仿真与模拟实验有机地结合起来，可以优势互补。通过理论仿真与模拟实验的结果进行对比分析，不仅能让学生发现模拟实验中的问题，而且可以锻炼学生的动手能力，也能让学生掌握MATLAB 在控制系统仿真中的运用,增强学生的学习兴趣，并为以后从事相关研究工作打下良好基础。
二、以学生为中心，实施开放性实验教学模式，为学生营造更好的实验环境
传统的实验教学是以教师为中心采用填鸭式来教导学生，老师和学生缺乏互动，忽略了学生的个性培养。改革后的教学模式则是以学生为中心、教师为主导，采用以学生自主学习实验为基础的开放式实验教学模式。所谓开放性实验教学，即将实验室全天开放，学生根据自己的实际情况，灵活的选择时间、选择项目，通过自己的设计，独立完成实验。开放性实验教学虽然加大了指导教师的工作量，但是给学生带来了很大的便利。学生可以选择方便的时间，自行安排各个的实验项目。
现代的实验教学不仅要使学生掌握基本的实验技能,更要立足于培养学生树立严肃认真的科学实验作风、提高独立实验能力、加深对理论知识的理解、综合运用知识、开拓创新等方面。采用开放性实验教学，学生的独立创新精神和实践能力在自由的空间中得到更好的发挥，对于培养具有创造性应用型人才具有重要的现实意义。
三、采用阶梯式教学模式，培养学生的独立创新能力
控理实验室在采用开放式教学同时，把阶梯式实验教学模式融合到实际的实验教学中。阶梯式实验教学即把教学任务分为三个层次的教学内容，由简单到综合，使学生由感性认识到具有一定的设计能力。
第一层次为基础层。目的是让学生掌握控制理论基础性实验，培养学生学习电子技术兴趣。按不同专业和不同类别学生的教学大纲要求，设置不同的实验项目和教学内容。在课堂教学中，采用多媒体课件，介绍控制理论在各个领域的应用，以增强学生学习兴趣，以图片的形式向学生展示各种常用电子器件，使学生对控制理论由感性认识到具有浓厚的学习兴趣。在注重验证理论的同时，更注重学生自己设计实验，尽量减少验证性内容，增多设计性内容以开发学生设计能力和综合分析问题的能力。
第二层次为综合层。综合性实验教学就是进一步训练学生实践能力，实验选题必须结合课程设置,面向社会需求。其目的就是让学生感受、理解知识产生和应用的过程，培养学生的科学精神和创新思维习惯，重视培养学生收集处理信息的能力、获取新知的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力、应激能力以及团结协作和社会活动的能力。控制理论实验室采取在教师指导下，学生独立设计实验方案，鼓励创新和团队协作，使学生的综合设计能力和合作意识显著地提高。
第三层次为提高层。在学生掌握了较强的实验技能后，让他们独立完成实验课题，教师只给出实验题目和要求，学生自己设计实验方案，并在教师指导下进行实验研究。设计性实验的开放将学习的主动权交给了学生自己，学生成了实验的主体，在没有详细讲义、只有设计要求的前提下，学生要从查阅相关资料开始，设计实验方案，测试、分析数据，得出实验结果及结论，并写出小论文式的实验报告。在整个过程中学生把实验中遇到的难点、疑点进行归纳、整理、分析和总结。这有助于进一步提高学生分析问题和解决问题的能力，也培养了学生高度概括实验的能力，促使学生用简洁、准确的语言来表达自己的观点，为毕业论文的撰写和将来的科研工作打下良好的基础。
这种阶梯式教学模式由于把学生放在学习的主体地位，方案的讨论、实验过程和内容的实施、实验报告的书写等都主要由学生来完成。教师要注重帮助学生自主学习、独立思考,培养学生的探索精神、创新思维，为学生天赋和潜能的充分开发创造宽松的环境。教师的角色从传统的信息提供者变为学生求知过程中的合作者与参与者，由“教师”变为“导师”，提高学生学习的兴趣，提高教学质量。
四、结束语
控制理论实验教学应顺应电子技术高速发展的趋势，不断的求新求好，在传授实验知识和技能、巩固学生基础知识的同时，更应致力于培养学生独立创新能力，培养研究型的复合人才，对现有实验及新开实验进行优化组合，使控制理论实验课形成一个从浅到深、从基础到前沿逐步提高的先进实验课程教学体系。