摘要：
为突出“控制系统仿真与CAD”课程培养学生实践动手能力的目的，本文对该课程的教学方式进行改革探索，主要涉及教材选用、启发式教学、实践教学、考核方式等方面。通过教学改革，取得了较好的教学效果。
关键词：
控制系统仿真与CAD；教学改革；启发式教学
引言
为了提高自动化类本科专业的教学质量，培养和提高学生的实践动手能力“，控制系统仿真与CAD”作为一门专业平台课程，主要以MATLAB语言为基础，介绍自动控制系统的建模方法、时频域分析方法、可控可观性分析以及控制器与观测器设计方法等。以培养应用型人才为目标，如何上好本课程一直是任课老师一直思考和探索的问题。作者结合“控制系统仿真与CAD”课程的实际教学情况，从以下几方面进行教学改革与探索。
一、教材的选择
随着自动化学科与控制系统仿真技术的不断发展，与“控制系统仿真与CAD”课程相关的教材很多，主要有：王燕平教授主编的《控制系统仿真与CAD》[1]，薛定宇教授著的《控制系统仿真与计算机辅助设计》[2]，张晓华教授主编的《控制系统数字仿真与CAD》[3]等。教材的选用应该以教学大纲为准绳，以便于学生理解、掌握知识为准绳。教学大纲从学生本科学习的整个过程对学生所需掌握的知识进行指导，是课程教学的纲领。许多相近的专业平台类课程会涉及相同的知识点，同一知识点在哪门课程进行学习，学习的深度如何，都会在教学大纲中得以体现。教材的选用还应该遵循以学生为本的原则，选择难易度恰当、体系结构合理、的教材作为学生学习和老师施教的助手。通过比较，我们在课堂教学过程中选用了机械工业出版社出版的由王燕平教授主编的《控制系统仿真与CAD》，该教材是普通高等教育电气工程与自动化应用型“十二五”规划教材。“控制系统仿真与CAD”课程内容较多，教学大纲安排的课时有限，在教学过程中，我们着重介绍MATLAB基础，控制系统的数学描述方法、控制系统的时频域响应分析、控制系统的校正、控制系统的稳定性、可观性和可控性分析、状态反馈控制与观测器设计等内容。
二、课堂教学改革
（一）利用多媒体教学
与黑板板书加讲授的传统教学方法相比，多媒体教学能够将教学内容以更加丰富多彩的形式、更加直观生动的方式展示给学生，使得学生能够更清楚、更直观地理解知识点；同时还能够节省大量的板书时间，将部分教学内容的板书工作转移到备课阶段，能够有效提高课堂效率，将更多的时间用来师生互动、分组讨论等，让课堂教学变得更加丰富多彩。例如，在介绍Matlab基础时，需要给学生演示大量的程序案例，我们可以在备课阶段，将程序编写好，然后在课堂上通过Matlab软件调用编写好的程序，现场给学生演示，以节省程序的板书时间，提高课堂利用效率；同时，也能活跃课堂氛围、吸引学生的注意力，增强学生的积极性，在潜移默化中提高学生的动手能力。例如，在Matlab基础部分，讲述选择式结构的if语句部分时，我们会介绍if语句的三种基本机构，由简单到复杂依次是：单分支if语句结构、双分支if语句结构和多分支if语句结构。在介绍每种if语句结构时，我们就可以借助多媒体丰富的表现形式，利用设计好的动画来给出其流程图，展示每次遇到if这个语句标记时应该如何判断条件是否成立，然后选择语句组是否执行，并强调if语句一个重要的组成部分就是最后的end，没有end语句标记就不知道if语句什么时候结束，也就没办法执行其后面的程序。在学习每种if语句结构之后，我们还通过例题分析不同if语句结构之间的异同点。多媒体教学在提高学生学习兴趣方面具有明显的优势，同时这也要求我们要花费大量的时间去精心准备，从借鉴精品课程到联系课堂实际效果，从课件内容到排版格式，从图片选取到动画制作，都应该切合学生的实际需要、符合控制类课程的自身要求。与其他介绍Matlab语言的课程不同“，控制系统仿真与CAD”课程需要结合控制类专业的基础理论知识，所列举的案例也应该以控制工程中遇到的问题为主。
（二）启发式教学
Matlab语言包含的命令与工具箱数不胜数，而且涉及到控制系统的各方各面（从系统建模到时频分析，从稳定性分析到控制器设计，等等），我们能在课堂上教授学生的只能是有限的方法。学生在以后的学习和研究中还会遇到各式各样新的问题。我们需要培养的是学生分析问题、解决问题的能力。因而，我们应该积极探索和实践能够培养学生积极性、创造力的启发式教学方法。在启发式教学过程中，我们要由教给学生知识转变为教会学生学习，在教学过程中以启发式为主，培养学生参与教学、积极思考、大胆存疑、主动学习的能力[4]。启发式教学的方法很多，可以尝试如下方法：（1）在课堂上制造悬念，抛出问题来引导课堂的发展，以引导学生解决问题作为主线。例如，讲解矩阵运算时，可以从提问同学们以下问题逐步引导课堂：矩阵运算有哪些？在Mat－lab中如何实现？完成统一运算的不同实现命令之间有何区别？（2）很多教师都头疼于学生上课带手机，其实我们完全可以引导利用这一工具，遇到问题时，让学生通过自己思考，上网查找，最终解决问题。这样不仅能够引起学生的兴趣，还能增强学生对知识点的记忆。例如，我们在讲解控制系统的数学描述方法时，会讲到系统的传递函数模型可以与其状态空间模型之间相互转化，我们首先讲述将系统从传递函数模型转化为状态空间模型时，使用tf2ss的命令，那么如何将一个系统从状态空间模型转化为传递函数模型呢？这时，我们就可以让学生通过手机来查找对应的命令。学生通过自己动手查到的命令不但记忆深刻，而且可以激发学生的学习欲望，既达到授人以鱼的目的，还兼有授人以渔的效果，逐渐培养学生掌握思考问题、解决问题的能力。
三、强化实践教学
“控制系统仿真与CAD”是一门培养学生实践动手能力的专业课。学生在课堂上学习的知识点如果不通过实践，很快就会生疏遗忘。我们就需要通过安排上级实验来促使学生理解、消化和掌握所学习的命令、工具箱等，并在实验中总结和实践一些编程技巧来提高程序的运行效率。所以我们在重视理论教学的同时，也有必要开展实践教学。我们用总课时量的1/3时间来指导学生上机实验，通过实验项目的开展，有效地提高了学生的实践动手能力。学生在理论知识学习后，还可以根据学生的兴趣，对学生进行分组，安排他们针对一些简单的控制系统进行时频域响应分析、稳定性、可观性和可控性分析以及控制器、观测器设计等。实践证明，通过这些分组讨论式学习能够较好地锻炼学生分析问题、思考问题、解决问题的能力以及团队合作能力，调动学生的主动性、积极性。
四、考试改革
利用期末考试卷来衡量学生学习水平的考核方式不适用于“控制系统仿真与CAD”课程。该课程是以培养和提高学生实践动手能力为主要目标。我们采用大作业的方式让学生针对经典的控制工程案例进行分析和处理，并利用Matlab实现自己的想法。在考核时，不仅参考大作业的完成情况，还综合考虑学生的平时表现、实验表现、出勤情况等。
五、结束语
选择“控制系统仿真与CAD”课程进行教学改革探索是因为这门课程具有较强的工程实践性，既可以巩固学生在“自动控制原理课程”等专业基础课程学习的控制理论知识，同时培养和提高学生的实践动手能力。选择恰当的教材；在课前精心准备；在课堂教学过程中利用好多媒体教学的优势，并贯穿启发式教学模式于课堂始终；在实践教学环节能够针对学生出现的不同问题有针对性、有区别地给予指导。教学改革和探索，学生的动手能力、学习主动性、思考问题能力都明显提高，而且具备解决分析工程实际问题的能力。我们在以后的教学过程中还将不断实践和探索，争取对本次教学改革的成果进一步深化和完善。
作者：冯肖亮 宋强 闫晶晶 单位：河南工业大学电气工程学院
参考文献
[1]王燕平.控制系统仿真与CAD[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2]薛定宇，陈阳泉.基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京：清华大学出版社，2011.
[3]张晓华.控制系统数字仿真与CAD[M].北京：机械工业出版社，2005.
[4]周浩森，宣立明，赵吉祥“.数学物理方法”启发式教学探索[J].中国电力教育，2010，30：87-88.