北科自控課程設(shè)計(jì)一、課程目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)：

1.理解自動(dòng)控制的基本概念、原理及分類；

2.掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其建立方法；

3.學(xué)會(huì)分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及其影響因素；

4.了解典型自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理及在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。

技能目標(biāo)：

1.能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)模型描述自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；

2.掌握利用傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方法分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能；

3.能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；

4.培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)：

1.培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)的興趣，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情；

2.增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，培養(yǎng)溝通、交流、合作能力；

3.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的工程素養(yǎng)，注重實(shí)際操作與理論知識(shí)的結(jié)合；

4.引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注我國(guó)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，樹(shù)立民族自信心和自豪感。

本課程旨在幫助學(xué)生掌握自動(dòng)控制的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)際操作和分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力，同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和科學(xué)素養(yǎng)。針對(duì)北科自控課程特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生年級(jí)和認(rèn)知水平，本課程目標(biāo)具體、可衡量，為教學(xué)設(shè)計(jì)和評(píng)估提供明確依據(jù)。

二、教學(xué)內(nèi)容

1.自動(dòng)控制基本概念：控制系統(tǒng)定義、開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制、控制系統(tǒng)的分類；

2.控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間模型；

3.控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析：穩(wěn)定性定義、勞斯-赫爾維茨準(zhǔn)則、奈奎斯特準(zhǔn)則；

4.控制系統(tǒng)性能分析：穩(wěn)態(tài)誤差、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)、頻率響應(yīng)法；

5.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：PID控制、狀態(tài)反饋、觀測(cè)器設(shè)計(jì)；

6.典型控制系統(tǒng)：液位控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)；

7.自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)：MATLAB/Simulink仿真、實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作。

教學(xué)內(nèi)容根據(jù)課程目標(biāo)，結(jié)合教材章節(jié)，以系統(tǒng)性和科學(xué)性為原則進(jìn)行組織。教學(xué)大綱明確以下安排和進(jìn)度：

第一周：自動(dòng)控制基本概念；

第二周：控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；

第三周：控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；

第四周：控制系統(tǒng)性能分析；

第五周：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

第六周：典型控制系統(tǒng)；

第七周：自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)。

教學(xué)內(nèi)容涵蓋自動(dòng)控制理論的基礎(chǔ)知識(shí)、分析方法及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的實(shí)際操作能力。

三、教學(xué)方法

本課程采用以下多樣化的教學(xué)方法，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果：

1.講授法：通過(guò)生動(dòng)的語(yǔ)言、形象的比喻和豐富的案例，講解自動(dòng)控制基本概念、原理和數(shù)學(xué)模型，使抽象的理論具體化、形象化。

2.討論法：針對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、性能分析等難點(diǎn)問(wèn)題，組織學(xué)生進(jìn)行課堂討論，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.案例分析法：結(jié)合典型控制系統(tǒng)案例，如液位控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)等，分析其原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用，使學(xué)生更好地理解自動(dòng)控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

4.實(shí)驗(yàn)法：安排自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，培養(yǎng)實(shí)際操作能力，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

5.小組合作學(xué)習(xí)：分組進(jìn)行課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和案例分析，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通能力。

6.課后作業(yè)與練習(xí)：布置課后作業(yè)，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，并通過(guò)練習(xí)提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

7.翻轉(zhuǎn)課堂：將部分教學(xué)內(nèi)容提前布置給學(xué)生自學(xué)，課堂上進(jìn)行問(wèn)題解答和討論，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

8.情境教學(xué)法：創(chuàng)設(shè)實(shí)際工程情境，讓學(xué)生在解決問(wèn)題中學(xué)習(xí)自動(dòng)控制知識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

9.線上線下相結(jié)合：利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，發(fā)布教學(xué)資源，開(kāi)展在線討論和答疑，實(shí)現(xiàn)線上線下教學(xué)相結(jié)合。

四、教學(xué)評(píng)估

為確保教學(xué)質(zhì)量和全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，本課程采用以下評(píng)估方式：

1.平時(shí)表現(xiàn)：占總評(píng)的30%，包括課堂參與度、提問(wèn)回答、小組討論、實(shí)驗(yàn)操作等。評(píng)估學(xué)生在課堂上的積極性和合作能力，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)。

-課堂參與度：觀察學(xué)生在課堂上的發(fā)言、提問(wèn)和互動(dòng)情況；

-提問(wèn)回答：評(píng)估學(xué)生對(duì)課堂提問(wèn)的回應(yīng)和解答問(wèn)題的能力；

-小組討論：評(píng)價(jià)學(xué)生在小組合作中的貢獻(xiàn)和協(xié)作能力；

-實(shí)驗(yàn)操作：考察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作規(guī)范性和問(wèn)題解決能力。

2.作業(yè)：占總評(píng)的20%，通過(guò)布置課后作業(yè)，評(píng)估學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的掌握程度和應(yīng)用能力。

-作業(yè)完成情況：評(píng)估作業(yè)的完成質(zhì)量、準(zhǔn)確性和按時(shí)提交情況；

-作業(yè)解答過(guò)程：關(guān)注學(xué)生在解題過(guò)程中的思路、方法和技巧。

3.考試：占總評(píng)的50%，包括期中考試和期末考試，全面考察學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握和應(yīng)用能力。

-期中考試：考察學(xué)生對(duì)前半學(xué)期知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用；

-期末考試：綜合評(píng)估學(xué)生對(duì)整個(gè)課程知識(shí)體系的掌握程度。

4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課程設(shè)計(jì)：作為附加評(píng)估，評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)中的綜合運(yùn)用知識(shí)、分析和解決問(wèn)題的能力。

-實(shí)驗(yàn)報(bào)告：評(píng)估實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄和問(wèn)題討論；

-課程設(shè)計(jì)：評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新性、實(shí)施過(guò)程和成果展示。

教學(xué)評(píng)估方式客觀、公正，注重過(guò)程評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合，全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。通過(guò)評(píng)估，教師可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，針對(duì)性地調(diào)整教學(xué)方法和策略，以提高教學(xué)效果。同時(shí)，評(píng)估結(jié)果也為學(xué)生提供反饋，幫助他們認(rèn)識(shí)到自身的學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)和不足，促進(jìn)自我提升。

五、教學(xué)安排

為確保教學(xué)任務(wù)在有限時(shí)間內(nèi)順利完成，同時(shí)考慮到學(xué)生的實(shí)際情況和需求，本課程的教學(xué)安排如下：

1.教學(xué)進(jìn)度：課程共計(jì)14周，每周2課時(shí)，共計(jì)28課時(shí)。具體教學(xué)安排如下：

-第1-6周：自動(dòng)控制基本概念、數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)定性分析；

-第7-10周：控制系統(tǒng)性能分析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

-第11-14周：典型控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)。

2.教學(xué)時(shí)間：根據(jù)學(xué)生的作息時(shí)間，將課程安排在學(xué)生精力充沛的時(shí)段進(jìn)行，確保學(xué)生能夠充分參與課堂學(xué)習(xí)。

3.教學(xué)地點(diǎn)：

-理論課：安排在教室進(jìn)行，配備多媒體設(shè)備，便于展示教學(xué)資料和案例分析；

-實(shí)驗(yàn)課：安排在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，確保學(xué)生能夠親自操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高實(shí)踐能力。

4.課外輔導(dǎo)：針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，安排課外輔導(dǎo)時(shí)間，提供個(gè)性化指導(dǎo)，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)。

5.考試安排：

-期中考試：安排在第6周周末，全面考察學(xué)生對(duì)前半學(xué)期知識(shí)的掌握；

-期末考試：安排在第14周，綜合評(píng)估學(xué)生對(duì)整個(gè)課程知識(shí)體系的掌握程度。

6.作業(yè)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)課程內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度，合理布置作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，為學(xué)生提供充足的完成時(shí)間。

7.課