一、课程基本情况
课程名称 |
自动控制原理 |
课程类型 |
○综合教育课程 ●专业教育课程 ○实践类课程 |
课程性质 |
●必修 ○选修 |
学 时 |
70 |
学 分 |
4 |
教学方式 |
○线下 ○线上 ●线上线下混合式 |
《自动控制原理》课程是具有一般方法论特点的专业基础课,重点在于学习反馈控制系统的基本理论及基本分析方法,是一门直接为解决实际控制系统提供理论和方法的课程。随着计算机技术的迅速发展，自动控制技术已成为一门涉及几乎所有工程学科并逐渐向政治、经济等领域渗透的具有多学科应用背景的科学技术，是目前国内外工程教学的核心课程,同时也是许多专业的考研科目之一,在后续课程中发挥着重要的理论基础作用,其理论思想贯穿于整个专业领域,因而具有极其重要的作用。在对控制系统的分析和设计中,始终贯穿着方法论的科学思想,如反馈的方法、系统的方法和稳定性概念、分层分级控制的思想等,使学习自动控制理论的学生潜移默化地受到科学方法、科学思想的熏陶。
二、课程思政育人理念与目标
课程坚持“以学生发展为中心，教书与育人相融合”的教学理念，依据课程所归属的专业挖掘课程思政元素，结合自动化专业的如何形成、如何发展、现实状况和未来发展趋势，结合自动控制在我们的家居生活、城市规划等的应用，使学生对所学专业接受与认可,并以积极的态度和主动的行为去学习与探究，增强专业自豪感，建立了职业归属感，进一步产生社会责任感；结合学生未来的职业素养要求挖掘课程思政元素：工程师价值观和工程伦理道德，规范操作意识、工匠精神、创新意识、严谨细致的科学精神；结合祖国举世瞩目的伟大成就挖掘课程思政元素：新中国工业控制领域的成就，比如航天、钢铁、机器人制造等领域；结合时事、社会热点问题挖掘课程思政元素：通过对中美贸易战、中兴事件等时事热点问题的分析，深刻阐释科技发展对我国的战略意义，有利于增强学生的责任感和使命感，树立科技兴则民族兴、科技强则国家强的信念；结合马克思主义立场、观点、方法指导学习，培养学生理论联系实际、实事求是、与时俱进、在实践中检验真理和发展真理的科学素养。
三、课程思政元素与融入点
借鉴《自动控制原理》的控制系统设计理论，在专业知识的教学环境中，内嵌入一个思政知识反馈闭环，教师感知教学大纲内要求的思政内涵学生的理解状态，积极调解专业知识点和思政知识点的讲授深度与速度，将思政知识根植于学生的核心知识领域，做好立德树人的根本任务。同时，课程组利用现代信息技术，线上利用融入隐性思政的电子资源库，借助超星网络教学平台、学习通APP等信息化教学手段，开辟学生的自学空间。
表1 线上隐性思政资源
对应章节 |
资源内容 |
思政元素 |
2.1.2 线上自测 |
选择题，判断题 |
自主学习能力 |
2.1.5 线上讨论 |
生活中的自动控制系统 |
理论联系实际 |
2.2.1 人物励志 |
人物励志：中国著名自动控制专家---黄纬禄 |
社会责任感 |
2.2.2 精读 |
精读：人工智能视域下思想政治教育人文关怀论析 |
科技发展对我国的战略意义 |
2.2.3 了解 |
了解：人工智能加速能源转型的建议与启示 |
科技发展对我国的战略意义 |
3.2.6.1 引发思考 |
思考：在对控制系统的分析和设计中,始终贯穿着方法论的科学思想,如反馈的方法、系统的方法和稳定性概念、分层分级控制的思想。 |
马克思主义立场、观点、方法指导学习 |
3.2.6.2 拓展阅读 |
拓展阅读：中国的工业4.0和两化（自动化和信息化）融合的中国制造2025 |
专业归属感 |
3.4.6.1 学习强国链接 |
人工智能井喷专业选择不必只奔“钱途” |
科技发展对我国的战略意义 |
4.1.6.1 人物励志 |
人物励志：中国著名惯性导航及自动控制专家---陆元九 |
工程伦理 |
4.1.6.2 精读 |
精读：一阶倒立摆系统建模与仿真研究 |
方法论的科学思想 |
4.1.6.3 了解 |
了解：EPS板薄抹灰外保温系统一阶模态仿真分析 |
学术前言 |
4.4.7.1 人物励志 |
人物励志：中国科学院院士、空间自动控制学家---杨嘉墀 |
专业自豪感 |
6.3.6.2 学术论文 |
阅读链接：全数字直流调速系统在型材辊压生产线自动控制系统中的应用 |
科技发展对我国的战略意义 |
7.1.4 线上讨论 |
线上讨论：什么样的系统需要进行校正？ |
方法论的科学思想 |
四、代表性课程思政教学案例
案例名称 |
开环控制与闭环控制 |
对应章节 |
2.1自动控制的基本原理与方式 |
课程思政案例设计的整体理念和主要思路 |
将人生比作一个自动控制系统，如果只是勇往直前，而不回头反省，那就如同开环控制一样，无法对行进过程中的偏差进行修正。不忘奋发图强的初心，牢记科学报国的梦想，为祖国的科研事业贡献力量，这是新时代大学生的使命与责任，也是该系统的“给定量”，如图3所示。将扪心自问、反躬自省作为系统的“反馈环节”，当理想信念因为外界诱惑偏离初心时形成“反馈”通道，做到实时修正，不断减小偏差，这样才能去除杂质、坚定信念，实现初心不改。古人云：“古之欲明德于天下者，先治其国；欲治其国者，先齐其家；欲齐其家者，先修其身”，在工作与学习过程中我们要善于使用“反馈控制”方式，及时校正思想上的偏差，抵抗诱惑与干扰，提高个人修养，在反思中砥砺前行，成为建设中国特色社会主义的合格人才。 |
案例教学目标 |
1.知识目标 （1）理解关于逆变的基本概念 （2）掌握有源逆变产生所需的条件 2.能力目标 （1）学会辨识有源逆变电路 （2）掌握有源逆变电路的分析 3.素质目标 （1）通过任务驱动培养学生的团队协作和创新精神，养成科学思维习惯。 （2）引入我国高压直流输电工程案例，激发学生的爱国热情，培养学生的专业情怀。 |
案例教学设计 |
（一）学情分析 学生通过对“自动控制的基本概念及发展历程”的学习，已经对自动控制以及自动控制系统有了初步的认识，能够联系生活，在实践中去体验控制的重要。本节课学习控制的含义，人工控制与自动控制的区别，开环控制系统与闭环控制系统的特点及辨识。所以在上课过程中老师要注意启发学生的学习兴趣，多采用一些实际生活中的案例，多组织一些与学生的互动活动，让学生在参与中学习知识。 （二）教学目标 1.低阶目标：理解控制的含义及其在生产生活中的应用； 2.知识目标：了解开环控制和闭环控制并理解他们的区别，学生学会用简易的方框图简单的开环、闭环控制系统的基本组成和简单工作过程； 3.能力目标： （1）能正确判断生产、生活中常见控制实例的类别； （2）熟练掌握分析闭环控制系统的一般方法，学会使用逆推法分析问题。 4.素质目标： （1）通过“游戏中的控制”，使学生保持探究控制系统的兴趣与热情； （2）通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索敢于创造优良品质； （3）通过学生小组讨论、合作学习中培养团队协作的能力。 （4）通过“不忘初心、牢记使命”反馈示意图，将思政融入课堂教学，使学生在潜移默化中达到立德树人的目标。 （三）教学过程与方法 教学过程中采用“线上+线下”混合式教学模式，将教学过程分为课前、课中、课后三部分，课前同学们根据老师所给的教学目标进行预习，课中，经过情景导入法、案例教学法、观察、思考、分组讨论，发展学生归纳、综合、比较等思维能力，课后通过练习进一步巩固课堂所学知识。 （四）智慧教学工具的使用 在课程的教学过程中，教师将学习通、雨课堂这两种智慧教学工具应用到《自动控制原理》课程教学过程中，初步取得一定的成效，但后期还需进一步挖掘智慧教学工具中未使用的功能，完善教学方法和教学设计，将“学习通+雨课堂”应用到该课程的混合式教学中，更好地发挥智慧教学工具在“线上+线下”混合教学模式中的作用。 （五）教学过程安排
教学环节 |
教师活动 |
学生活动 |
设计意图 |
情景导入 |
提问：大家玩过投掷飞镖吗？有没有同学想试一试呢？ 刚才那位同学投掷飞镖的过程实际上就是我们对飞镖进行了控制。 |
通过学习通“抢答”环节选出一位同学，并请该同学上讲台投掷飞镖。 |
通过学生熟悉投掷飞镖的小游戏，引入控制，激发学生的学习兴趣 |
课堂探究一： 控制的含义 |
介绍控制是无处不在的，让同学们举例身边熟悉的控制实例，然后老师再结合PPT介绍控制在生活、工业，航空航天方面的应用,让学生知道学习控制很有必要，从而进入控制的定义的学习。 |
听讲并思考回答 选一位同学举例说明身边熟悉的控制 |
通过学生回答自己熟悉 控制实例，再结合教师介绍控制的应用，加深对控制的理解。 |
课堂探究二： 人工控制与自动控制 |
通过两张图片引出人工控制与自动控制 |
听讲并思考回答 选一位同学说明图片中的控制属于什么类型？ |
让学生自己去发现人工控制和自动控制的区别 |
【控制种类介绍】由以上图片引出控制的种类，根据人工干预的情形可以分为人工控制系统和自动控制系统。 【练习】让学生思考所给系统：电源开关、机器人拧螺丝、普通水龙头、空调机，哪些系统属于人工控制？哪些属于自动控制？ |
听讲并思考回答 选一位同学说明图片回答所给系统属于什么类型？ |
让学生通过练习自己掌握如何区分人工控制系统和自动控制系统 |
【思考与讨论】 有人说全自动洗衣机在洗衣服的时候，也需要人工打开开关，选择程序，所以也应该属于人工控制。 让学生分析这种说法是否正确？并说出原因。 【教师总结】 自动控制系统判断原则---根据控制的过程是否需要人的干预 |
思考问题，小组展开讨论。 选一位代表阐述他们组讨论的结果 |
使学生通过分组讨论进一步加深对自动控制系统的辨别 |
课堂探究三：开环控制与闭环控制 |
【举例】电阻炉温度控制系统 让学生思考：被控对象？ 控制器？ 被控量？ 给定量？ 【电阻炉温度控制系统方框图】 由以上分析绘制出系统的原理方框图 【研究结论】 开环控制系统的定义及原理方框图 由以上实例让学生总结开环控制的特点是什么？ |
听讲并思考问题 选一位同学回答问题 听讲并思考问题 |
通过学生回答问题，引导学生绘制系统的原理方框图 |
【举例】恒温箱控制系统 让学生思考： 1．与电阻炉温度控制系统的区别？ 2．系统的方框图怎么绘制？ 【电阻炉温度控制系统与恒温箱控制方框图的比较】 分析两个系统原理方框图之间的不同之处，引出闭环控制的定义。 【研究结论】 闭环控制系统的定义及原理方框图 由以上实例让学生总结闭环控制的特点是什么？ |
听讲并思考问题 选一位同学回答问题 |
让学生自己去发现开环控制和自动控制的区别。 |
【课程思政融入点】 将人生比作一个自动控制系统 
引导学生在工作于学习过程中要善于使用“反馈控制”方式，及时校正思想上的偏差，抵抗诱惑与干扰，提高个人修养，在反思中砥砺前行。 |
听讲并思考问题 |
通过“不忘初心、牢记使命”反馈示意图，将思政融入课堂教学，使学生在潜移默化中达到立德树人的目标。 |
【分组讨论】恒温箱控制系统的动态过程 让学生思考恒温箱自动控制系统的动态过程； 通过学生分组讨论总结闭环控制系统的特点。 |
讨论恒温箱自动控制系统的动态过程 |
通过分组讨论，使学生学会对闭环自动控制系统进行分析，引导学生总结闭环控制系统的特点。 |
【研讨】下面哪些是开环控制系统？哪些是闭环控制系统？ 
【结论】判断一个控制系统是否为闭环系统的原则： 1.看有没有“反馈”环节 2.看反馈回来的信息能否进一步影响控制的结果 |
听讲并思考问题 |
使学生通过研讨总结出如何辨识开环控制系统和闭环控制系统。 |
【思考与讨论】 有人说，在前面进行的投掷飞镖游戏中，飞镖飞出后，运动员的眼睛可以将飞镖的飞行路线反馈给大脑，存在反馈环节，所以投掷飞镖过程是一个闭环控制系统。 让学生分析这种说法是否正确？并说出原因。 【教师总结】 |
思考问题，小组展开讨论。 选一位代表阐述他们组讨论的结果 |
使学生通过分组讨论进一步加深对开环控制系统与闭环控制系统的辨识。 |
课后练习 |
找一个身边熟悉的控制系统进行分析，并绘制出它的原理方框图。 |
完成课后练习 |
锻炼学生分析控制系统的能力，使学生掌握系统原理方框图的绘制。 |
课堂练习 |
通过学习通发布与本小节所学知识相关的题目 |
在学习通完成课堂练习 |
通过课堂练习检测学生对本节内容的掌握情况。 |
课堂小结 |
总结本小节所学内容，让学生课后把没有掌握的知识反馈给老师。 |
听讲，课后完成教学反馈。 |
通过课后反馈及时掌握学生的实际学习状况，以便及时调整下一下课堂教学计划。 |
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教学反思 |
本次线下教学针对学生在线视频观看结果，通过课前测验、分组任务展示、讨论和练习，学生能参与到每个活动中，同时对发言积极以及做题准确度高的同学加分表扬，极大地激发了学生的学习兴趣，建立学生的自信心和满足感。 |
