杨晓红 徐亮 赵丹丹 刘成旭

摘要：基于飞行员能力培养要求，探讨如何提高《自动控制原理》平台课程的教学水平，从课程建设的高度，在教材、教学内容、课题设计等方面进行探索和研究。教学改革实践表明：达到了预期的教学目的，培养了学员的实战能力、应用能力和创新能力[1]。

关键词：自动控制原理；飞行员能力培养；课程建设；改革研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）39-0099-02

一、引言

随着现代空战环境的日趋恶化，对战斗机的技战术性能提出了更高的要求。飞行控制系统是决定飞机性能的核心技术，而飞行控制技术的基础就是《自动控制原理》课程所讲授的主要内容。

2015年以来，《自动控制原理》课程成为我校飞行学员共同开设的专业基础平台课，体现了该课程在飞行员能力培养中的地位和重要性。与原有课程相比，教学对象发生了变化，由地面工程学员变成空中飞行学员；教学学时也发生了变化，由50学时缩减为30学时，而对课程标准的要求却更高了。如何在新形势下，基于飞行员的专业核心能力培养，提高《自动控制原理》课程的教学水平，实现瞄准目标军队优质课程，极大地有赖于《自动控制原理》新课程体系的建设、完善和改革，这就给《自动控制原理》学科组提出了艰巨的任务。

二、优化课程结构，整合教学内容

作为我校专业平台基础课程的《自动控制原理》，不论从教学方法还是实验内容和手段上都沿用几十年前的方式。目前《自动控制原理》课程的建设成果，主要是基于地面工程学员的人才培养模式和相应课程标准。在教学内容上，大都以机械、电路控制系统及其元部件为分析对象，飞机自动控制系统所占比重不高，应逐步转变实例分析对象，适应授课对象转变需要[2]。

1.精选教材教学内容，理论联系實际。结合飞行实例讲解自动控制的原理、概念、应用、分析和综合设计，适当弱化一些数学推导[3]。比如说，绘制根轨迹的8条法则，没有必要逐条推导，注重于如何应用MATLAB绘制精确根轨迹，利用根轨迹分析系统的性能。对于飞行员来说，学会利用MATLAB编程语言解决飞行训练中的实际问题显得尤为重要，课程内容当中这部分内容强调不够，只是结合实验内容讲述，新的课程教学内容应该主要关注于如何应用MATLAB进行时域、复域和频域的曲线绘制和性能分析比较。有些章节内容没有必要引入，比如非线性系统的线性化等。系统闭环传递函数这一节，没有必要单独列出，可以结合习题讲解。原教材章节编排有一些重复的内容需要删减，比如第一章“系统的性能分析”和第三章第一节“系统的时域性能指标”内容有交叉重复的地方，可以合并到第一章讲解。原课程内容缺少一些必要的数学知识铺垫，学员的数学水平和前导知识水平参差不齐，影响了学习效果，比如拉式变换、复变函数、航空电机学的相关知识需要适当补充。拉普拉斯变换的内容虽然有，但重难点不突出，没有列写如何应用拉式变换求解微分方程的方法和例题。书中内容对于这些数学方法的物理意义强调不够，而这些通常是学员为什么学了这门课程之后还不知道怎么用的主要原因。原课程教学内容只注重对控制系统的分析，缺少控制系统的设计这部分内容，应该在第六章相应增加PID控制的内容。上课时重点强调飞行员为什么要开这门课程，飞行员通过这门课程的学习应该掌握什么内容？具备什么能力？解决飞行训练中的什么问题？怎样才能学好这门课程？等等。

2.以一个飞机自动控制系统实例贯穿《自动控制原理》授课的全过程。《自动控制原理》课程比较抽象，看不见摸不着实际的系统。上课过程中学员经常跟教员提到的一个问题就是这门课程难学、枯燥、单调，学这门课程有什么用？怎么用它解决实际问题？目前，学科组已经形成初步的想法，就是选择一个合适的飞机自动控制系统贯穿始终，由设计指标层层递进，从而自然而然地引出自动控制的基本概念和理论，方便学员领会和理解课程理念，培养学员的工程应用意识，强化实践动手能力[4]。

飞行工程实例式教学法采用由浅入深的方式，提出问题、分析问题到最后解决问题的方法。举一个适当的飞机自动控制系统实例，先根据控制系统性能要求，建立系统数学模型，分析控制方案，设计控制器，选取PID参数，性能指标计算，如果不符合系统设计要求，需要进行校正[4]。

实例式教学法的应用，重视自控问题的背景研究，培养学员的实践思维习惯。教学过程层层推进，教学目标明晰。通过一个例子使学员明白什么是控制，怎么用控制方法解决实际问题，使学员可以活学活用知识，最终可以创造性的解决问题[4]。

应用实例式教学法，教学内容需要进行相应调整。依据原则是：主线工程，两翼数理和软件，目标活用，宗旨创新。对实践中较少用到的内容进行删减，对随着时代出现的新知识及时增加，对现代分析辅助手段MATLAB强调其应用，对涉及到的数学推导不追求全面的细节，注重推导的思路，体验数学的美。

3.加大对PID控制器的介绍与应用。PID控制比较成熟，目前飞机上的飞控系统多采用PID控制实现对飞机的操控。PID控制实现容易、原理简单、鲁棒性强，因此在自动控制系统中得到了广泛应用。目前，我校课程内容中没有系统设计实现部分的内容，是自动控制原理知识的严重缺失，因此应加大PID控制的内容，加强PID工程实践内容的讲解。利用飞机自动控制系统的综合性实验过程让学员亲手搭建PID控制器，调节控制器参数，最后用MATLAB编程实现，培养工程意识，为课题设计、毕业设计及后续专业课程学习打好基础[3]。

4.结合控制理论的发展，更新教学内容。控制理论在非线性控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等方向上应用十分广泛。授课过程中可以把一些最新的前沿知识补充给学员，组织专题讨论，探讨本学科专业发展动态，扩大学员的知识面，培养科研素质[3]。

三、优化课题设计，突出创新能力培养

巩固专业课教学的重要抓手是以实验为手段，以课题设计为核心[3]，以飞行员专业能力培养目标为主线构建与理论教学相辅相成的课题设计，突出创新能力的培养。

1.课题设计内容突出航空背景，提高学员解决实际问题的能力[3]。《自动控制原理》课题设计必须以飞机自动控制系统为背景，通过一个有针对性的实际系统的课题设计，学员容易产生共鸣，感兴趣，激发学习的兴趣。从解决切身关心的实际问题出发，根据性能指标的要求，建立对象的数学模型，分析控制系统性能，如果性能指标偏离要求，需要对系统进行校正。这样通过一个实际问题的提出，培养学员的分析、综合和创新能力。

2.通过课题设计，提高学员的合作能力。课题本身是综合性的问题，每个人的知识都是有限的，只靠个人的力量要想解决实际问题是不现实的。大家必须齐心合力、互相协作、互相配合，发挥个人实力，才能解决综合性的问题。可以采用分组的方式，根据自身能力选择设计课题。组员之间协作分工，先分析性能指标要求，分析和设计控制系统。分解控制任务，商讨解决方案，分配任务，画电路图，焊板，购买元器件，软件编程，软硬件仿真，到最后问题实现解决，都需要学员共同协作完成。学员通过上述过程，达到理论和实际的结合，更有利于这门课程理论的理解和扩展延伸。

课终考试时，摒弃了原来只靠一张试卷评定学员学习水平的弊端，通过课题设计，综合考察学员能力，课程掌握情况，运用自动控制理论解决实际问题的能力，培养协作意识[5]。

3.课题设计融入科研，鼓励学员创新。以科研促教学，每一个优秀的教员手头都有一些科研项目。把课题设计融入科研当中，这样通过使学员参与到一个实际课题的解决过程当中，实现教与学的完美结合，激发出学员的科学创造力和兴趣，获得科学实践的机会。教员科研实际和学员课题设计相互结合，容易扩展学员思路，避免死读书、读死书的现象，学完就会用。在教员的精心指导下，了解科学研究的全部过程，收集資料，确定方案，系统软硬件实现和最终调试过程，等等，以科研促教学。

4.结合毕业设计，锻炼实际能力。从大二开始，结合课题设计为毕业设计做准备。结合当前我校的本科学员导师制，可以对本系学员确定毕业设计的方向，使课题设计中进行的诸如收集资料、方案论证、飞机自动控制系统设计、实现、调试等过程在毕业设计中延伸[3]。

依据人才培养方案，制定课程标准，规划教学内容，课堂教学结合实践教学（课程实验、课题设计、毕业设计等），培养综合素质高、创新能力强的飞行学员[3]。

四、结语

随着武器装备的更新，教学对象的转变，课程学时的缩减，作为我校专业平台基础的《自动控制原理》课程的教学不能停留在传统的教学模式上，应该基于飞行员的能力培养，跟踪科技发展的步伐，与时俱进，不断地更新陈旧的教育思想和理念，并赋予新的内容和创新发展，满足国家对航空军事人才培养的要求[6]。

参考文献：

[1]汤三.应用型本科“自动控制原理”课程的教学研究[J].科技信息，2011，（31）：157.

[2]鲁峰.具有航空特色的自动控制原理课程教学中的启示[J].科技信息，2013，（4）：141.

[3]何琳琳，刘顺新.“自动控制原理”课程教学改革的理论与实践[J].郑州航空工业管理学院学报（社会科学版），2010，（2）：149-151.

[4]赵肖宇，刘坤，梁清梅.一个工程实例贯穿“自动控制原理”教学过程[J].牡丹江大学学报，2012，（2）：180-181.

[5]佟棱.利用生活中的课程资源开展高中物理探究式教学的实践研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学硕士论文，2013，（6）.

[6]刘慧英，卢京潮，李俨.精品课程教学改革与人才培养模式研究[J].西北工业大学学报（社会科学版），2011，（3）：73-76.