2011年理工大教学改革研究项目申请书(李国勇)（王芳改）

教育教学改革研究项目 申 请 书 项目名称: MATLAB在自动化专业主干课程中应用的研究与实践 项目主持人: _____________________________ 工作单位: _____________________________ 电 话: _____________________________ 电子信箱: _____________________________ 申请日期: _____________________________ 太原理工大学 二0一一年制 填 报 说 明 1、​ 申请立项的具体项目，根据各自的基础、条件与优势自行确定。 2、​ 申请书要逐条认真填写，表达明确、严谨。要求用A4纸打印，于左侧装订成册，一式三份，由所在学院（系）、研究所审查并签署意见后提交教务处教研科。 三、在“学院（系）、研究所意见”一栏中，应明确各单位在人员、经费、时间、条件、政策等方面的保证措施。 MATLAB在自动化专业主干课程中应用的研究与实践 MATLAB在自动化专业控制理论系列课程中应用的研究 自动化专业主干课程综合改革的研究与实践 一、基本情况 项目类别 项目名称 MATLAB在自动化专业主干课程（控制理论系列课程）中应用的研究与实践 所需经费 2万元 经费来源 学校 2万元 起止 年月 2011年8月至 2013年7月 其他 万元 项目申请人 姓名 李国勇 性别 男 民族 汉 出生 年月 1963.5 专业技术职务/行政职务 教 授 最终学位/授予单位 博士/太原理工大学 主要教学工作经历（近三年） 时间 课程名称 授课对象 学时 课程性质（理论/实践） 2011 自动控制理论A 自动化09 72 理 论 2011 数字仿真及MATLAB 自动化08 32 实 践 2010 过程控制系统 自动化07 48 理 论 2010 过程控制系统课程设计 自动化07 1周 实 践 2010 自动控制理论A 自动化08 72 理 论 2010 数字仿真及MATLAB 自动化07 32 实 践 2009 过程控制系统 自动化06 48 理 论 主要教学改革和教学研究工作 简历 个人简历下载免费下载简历模版总经理简历下载资料员简历下载资料员简历下载 时间 项目名称 获奖情况（级别） 2005 面向应用型自动化专业人才培养的控制理论系列课程建设 2010年获山西省教学成果一等奖 2009 《自动控制理论》课程 2009年获山西省精品课程 2007 《现代控制理论》教材 2009年获国家级精品教材 项目组主要成员 不含申请人 总人数 参加单位数 高级 中级 初级 本科 硕士 博士 姓名 性别 出生年月 专业技术职务 是否双师 工作单位 项目中的分工 阎高伟 男 副教授 太原理工大学 理论研究 二、立项依据（项目的现实意义、研究现状、自身条件） 自动化专业是工程技术专业,培养的学生应具有较强的解决实际工程问题的能力，能较好地分析和处理实际工作中遇到的相关技术问题。然而我们发现学生在学习中存在两个问题，首先是经过四年的学习学生掌握的知识大都是孤立的 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 ，缺少综合各门知识解决问题的能力；其次是学生实际动手能力较弱。根本原因在于现阶段的教学过程中缺少实践性训练内容。 自动化专业的主干课程如《自动控制理论》、《现代控制理论》和《过程控制系统》等，普遍存在基本概念多、推导繁琐、图表繁多、基本公式罗列复杂等特点，传统的“课堂讲授+实验检验”的教学模式，不仅给老师的“教”和学生的“学”都带来了很大的困难，而且极大地打击了学生学习的积极性。 近年来，随着计算机软、硬件性能与质量的提高，计算机的应用越来越普及，计算机仿真技术也越来越广泛地应用于控制系统的分析与设计过程中。在国内外各高校中，MATLAB是目前最流行的计算机仿真软件，特别是在自动化专业主干课程的教学中，每个章节都有仿真内容，帮助学生理解所学的内容。作为自动化专业类学生，同样应该学会使用先进的计算机技术来分析和设计控制系统。通过MATLAB/Simulink仿真来验证所学过的理论知识，更能提高自身的竞争能力，适应当前人才市场的需求。但是以往学生学习了《MATLAB仿真》课程后，并没有及时与相关课程进行联合思考和训练，造成了理论和实践的脱节。 因此课题组提出在自动化专业的主干课程中引入生动的MATLAB/Simulink计算机辅助教学，把理论讲解和MATLAB编程实践深层次的结合起来，可将把抽象的理论知识以可视化的具体形式进行展示，对激发学生的学习兴趣和提高教学效果是十分必要的，而且能够锻炼和提高学生编程和解决实际问题的实践能力。 《自动控制理论》、《现代控制理论》和《过程控制系统》作为自动化专业的重要专业和专业基础课程，其内容涵盖了控制系统的基本原理、基本概念和方法。目的在于使学生掌握自动控制理论的基本原理和方法，并具备对自动控制系统进行分析、计算和设计的能力，为专业课的学习和参加控制工程实践打好必要的理论基础。它们具有较强的系统性、理论性和实践性，对后续专业课程的学习和应用起着承上启下的作用。因此，如何教好和学好这些课程对学生专业素养的形成具有至关重要的影响。但这些课程由于理论性强、原理抽象，对数学及专业基础课程的应用能力要求较高，容易使学生感到难以理解和接受。尤其随着控制系统规模和复杂程度的不断增加，传统的教学方式和实验方法已经不能适应课程发展的需要。 在课堂教学中，由于这些主干课程在其教学过程中涉及很多控制系统的性能指标分析内容，传统的教学方法板书费力费时，修改参数要重新绘制系统的输出响应，非常不方便。学生在等待老师画图的过程中容易分心，影响学习效果。因此，黑板教学的单一模式严重影响和制约了课程的教学效果。即使在采用多媒体教学以后，教师通常也只是把课本内容搬到移屏幕上，没有从根本上解决直观性差、趣味性低的问题。在计算机技术高度发达的今天，学生都希望能借助计算机辅助教学的方法或手段，形象而直观地学习课程的基础理论及其应用，并能在课程的学习过程中掌握计算机辅助分析问题和解决问题的方法，尤其是一些较为抽象的理论或设计应用。在自动控制领域，系统仿真技术是对控制系统进行分析和设计的重要手段。 MATLAB ( Matrix Laboratory）是MathWorks 公司提供的一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。早期的MATLAB 主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。经过不断更新和扩充，现已成为一个功能强、效率高、有着完善的数值分析、强大的矩阵运算、复杂的信息处理和完善的图形显示等多种功能的工具软件。Simulink是MATLAB 提供的一个图形化的建模仿真工具，提供了多种实用工具箱(如控制系统工具箱、通信模块工具箱、数字信号处理模块工具箱、非线性控制模块工具箱、系统辨识工具箱、神经网络模块工具箱、模糊工具箱等)， 广泛地应用于自动控制、图像信号处理、语音处理、雷达工程、信号分析、优化设计等领域，非常适合用于以方框图描述的控制系统的建模、分析和设计。 在自动化专业各主干课程理论教学中采用MATLAB仿真辅助教学，将抽象的理论转化为可观化展示，有利于提高课堂效率及增强教学效果。若在教学中采用MATLAB/Simulink对控制系统进行仿真，并通过虚拟仪器观察控制系统各部分的响应曲线在不同参数下的变化，将有助于学生对复杂理论知识的理解。利用MATLAB/Simulink完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化，吸引了学生学习的兴趣，让学生能够直观地了解改变关键参数或环节对整个系统响应过程的影响，解决了传统教学方法中的授课难点。此外还可以让同学自己动手修改参数，分析仿真结果，提高他们学习理论知识的积极性，培养学生主动获取知识和独立解决问题的能力，并帮助学生学会如何使用计算机辅助分析、设计控制系统，为以后的工作和学习打下良好的基础。 另外，目前我校自动化实验室承担《自动控制理论》课程实验装置的硬件实验设备仅32台，该实验设备不仅用于承担自动化系《自动控制理论》课程的实验，而且也承担信息系《自动控制理论》课程的实验，同时也承担自动化系《计算机控制技术》课程的实验。也就是说，这32台设备，在同一个学期内就要承担我校三、四十个班级的实验，再加上这些设备普遍存在，设备老化，技术落后等现象，这些课程的实验现在完全利用这些硬件实验设备，已经不能满足实验教学的要求了。因此，也需要在实验教学中采用MATLAB/Simulink辅助代替部分或全部硬件实验。 为此，在课堂教学及实验教学中引入MATLAB/Simulink，不仅是适应现代科技发展和社会的需要，同时也是强化培养学生的主动获取知识、独立解决问题和创新能力的需要。 三、项目实施 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及实施 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 1、本项目的研究内容、预期目标和拟解决教学过程中的关键问题 研究内容： （1）​ 在《自动控制理论》、《现代控制理论》和、《过程控制系统》和《计算机控制技术》课程的课堂教学中，如何有效地利用MATLAB/Simulink形象而直观地讲好这些课程； （2）​ 在《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机控制技术》和《过程控制系统》课程的实验教学中，如何有效地利用MATLAB/Simulink， （3）​ 如何利用MATLAB/Simulink，求解《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机控制技术》和《过程控制系统》的习题作业。 预期目标： （1）​ 在《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机控制技术》和《过程控制系统》课程的课堂教学中，采用MATLAB/Simulink把抽象的理论知识以可视化的具体形式进行展示，激发学生的学习兴趣和提高教学效果； （2）​ 在《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机控制技术》和《过程控制系统》课程的实验教学中，使学生掌握利用MATLAB/Simulink，对控制系统进行分析和设计的方法，尤其是一些较为抽象的理论或设计应用。 （3）​ 会利用MATLAB/Simulink，求解《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机控制技术》和《过程控制系统》课程中的习题。 拟解决教学过程中的关键问题： （1）​ 在《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机控制技术》和《过程控制系统》课程的课堂教学中，把多媒体演示技术和MATLAB仿真技术有机融合建立一套综合性的CAI课件。验证理论的正确性，同时加强学生掌握MATLAB的实践技能培养。 （2）​ 在《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机控制技术》和《过程控制系统》课程的实验教学中，如何将MATLAB平台与现有实验装置进行有机结合，建立仿真、实验、分析的信息共享平台，能够利用MATLAB对实验进行与设计和仿真，并可将实验数据导出，利用MATLAB强大的数据分析功能对实验结果进行分析。已得到理论实践相统一的结果。 （3）​ 将MATLAB/Simulink与传统的理论求解方法相结合，用于《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机控制技术》的习题作业。 （4）​ 求解《自动控制理论》、《现代控制理论》和《过程控制系统》的习题作业。 （5）​  2、实施方案、实施方法、进度安排与保障措施 在课堂教学中，利用互动性好的多媒体课件，借助于MATLAB/Simulink的特点，以美观、生动和可重现等方式展现课程内容，给学生更直观的感受。使抽象的概念形象化，加深学生对理论和方法的理解。另外，引入互动式、启发式和案例式的教学方法，充分激发学生求知的潜能和学习的主体作用，注重基本理论和工程实际意义的分析，加深学生对难点的理解，促使知识内化。 MATLAB/Simulink还可起到辅助代替部分或全部实验的作用，一些设计型实验。比如系统分析、系统校正和极点配置等可通过仿真观察设计结果。 建立教学资源丰富的课程教学网站，本课程网站提供控制理论课程丰富的教辅资源，网络多媒体课件及学术论坛为学生提供交互式学习平台，在线练习，自己考试，在线答疑等，解决难点学习问题。 《自动控制理论》、《现代控制理论》和《过程控制系统》和《计算机控制技术》课程各章都安排了有较典型的、有助于理解理论的利用MATLAB/Simulink求解的例题、习题和实验，在选题上力求理论结合工程实践，调动学生的学习积极性。 这些课程除在每个教学单元都安排了MATLAB外，还在《数字仿真及MATLAB》课程中系统讲述了利用MATLAB对控制系统进行分析、综合和应用设计的方法。 结合科研成果和最新进展的实例讲解理论知识，并结合实际应用的要求讨论如何改进系统性能，促使知识内化。 加强实践教学内容，分为基础能力培养、自主创新能力培养两部分。基础能力培养重于训练学生熟练应用MATLAB软件以及物理实验平台进行控制系统的分析、仿真与设计，强调软硬结合；利用专业课程设计和课外创新活动培养学生自主创新能力。 3、项目预期的成果和效果（包括成果形式、实施范围、受益学生数等） 成果形式： （1）​ 在《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机仿真技术与CAD》四门课程的课堂教学中增加MATLAB/Simulink的内容；并在国家级出版社正式出版与之配套的这四门课程的教材； （2）​ 利用MATLAB/Simulink开设《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机仿真技术与CAD》四门课程的全部实验，并在国家级出版社正式出版与之配套的实验教程。 实施范围和受益学生数： （1）​ 《自动控制理论》、《现代控制理论》、《过程控制系统》和《计算机仿真技术与CAD》四门课程，在太原理工大学信息工程学院自动化系的2~4年级进行，每门课每年的受益学生数为30（人）＊8（班）=240人 （2）​ 《自动控制理论》课程，在太原理工大学信息工程学院信息系的3年级进行，每年的受益学生数为30（人）＊10（班）=300人 就全国相关专业而言，本教学成果如果能够得到推广将使多达几十万的学生受益。 4、本项目的特色与创新之处 （1）本项目将MATLAB软件贯穿于自动化专业的系列核心课程中，能够在加强理论教学的同时提高学生利用专业工具解决实际问题的工程实践能力和创新能力。符合国家中长期教育规划提出的 “强化培养学生的工程能力和创新能力”的要求。 在《自动控制理论》、《现代控制理论》和《过程控制系统》三门课程的课堂教学中，将学生从烦躁无味的理论推导和学习中解脱出来，增加了学生学习的趣味性和灵活性； （2）利用MATLAB/Simulink求解《自动控制理论》、《现代控制理论》和《过程控制系统》三门课程的习题作业，将学生从繁琐的理论求解和机械化的绘图中解放出来，使学生有更多的时间去学更多的和有用的知识； （342）利用MATLAB/Simulink辅助完成《自动控制理论》、《现代控制理论》和《计算机仿真技术与CAD》四和《过程控制系统》三门课程的全部实验，弥补了学校用于购买硬件实验设备经费不足的现象，完善了实验教学体系； （4）符合新的本科生培养计划的要求； （5）符合“卓越计划”三大特点中的第3个特点“强化培养学生的工程能力和创新能力”。 (23) 以知识融合提高学生工程实践能力为原则，知识内容体系整体优化，突出“理论与实践相结合”能力的培养，使学生实现由知识向能力的转化； (34) 以实际为背景，概念阐述简明、通俗化，形象化和具体化，MATLAB举例联系理论和工程问题，运用多媒体技术使内容可视化、动态化，使学生消除对理论课程的陌生感、抽象感、恐惧感，激活求知欲，增强学好相关理论、用好理论解决工程问题的信心，提高认知能力； (45) 以计算机为工具，传统内容与信息技术应用融为一体，注重基本知识、基本思想、基本能力的培养，对繁、难、抽象的内容，将MATLAB技术整合到学科课程内容中，这样可使学生更加深入理解控制理论基本知识，培养学生“量化——推断——解释”全程应用数学的能力，提高创新能力； (56) 延伸MATLAB教学时间（将MATLAB仿真教学从原来的40学时扩展到152学时），拓展MATLAB应用深度，提高学生的编程能力和解决工程问题的能力 (67) 教育教学资源丰富，配备CAI光盘，习题详解、模拟演示、电子 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 、案例精选、考研导航等项内容，信息量大，可使学生更好地理解、掌握、巩固所学知识，并能及时检测、拓展和提高。 四、教学改革基础 1、与本项目有关的教学改革工作积累和已取得的教学改革工作成绩 （1）教改项目“面向应用型自动化专业人才培养的控制理论系列课程建设”，2010年获山西省教学成果一等奖（李国勇第1名）； （2）本科生课程《自动控制理论》，2009年获山西省精品课程（李国勇第2名）； （3）研究生课程《智能控制基础》，2009年获山西省研究生教育精品课程（李国勇第3名）； （4）由我系教师主编的本科生教材《现代控制理论》，2009年获国家级精品教材（李国勇任副主编）。 2、学院（系）、研究所已具备的教学改革与建设基础和环境，对项目的支持情况（含有关政策、经费及管理机制、保障条件等）。 学院（系）有关政策、经费及管理机制、保障条件 3、申请者和项目组成员已承担的教学改革和科研项目情况 （1） 教改项目“面向应用型自动化专业人才培养的控制理论系列课程建设”（李国勇第2名），2005 （2）省青年科学基金“输入输出受限系统广义预测控制”（李国勇第1名）； （3）国家自然科学基金“改善电液伺服系统动态特性的双自由度回路原理及控制方法”（ 李国勇第2名），2011 五、申请者所在学院（系）、研究所专家组意见 学院（系）、研究所专家组组长签字 年 月 日 六、申请者所在学院（系）、研究所意见 （公 章） 学院（系）、研究所负责人签字 年 月 日 七、学校评审意见 组长签字 年 月 日