电气工程及其自动化的起源
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇电气工程及其自动化的起源范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
电气工程及其自动化的起源范文第1篇
中图分类号：G650 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）08-0037-02
随着广东省电力工业的快速发展，对电气工程及其自动化专业的人才需求增加，因此专业的建设与发展具有很好的前景。作为一所独立院校，我院以服务地方经济社会发展为出发点，为广东经济社会发展培养自动化专业的高素质应用型人才。同时，我们需要看到自我国高校实行扩招以来，大学生数量大幅度增加，毕业生数也随之增加，因此未来本专业大学毕业生就业形势也不容乐观。在这种形式下，如何正确定位本专业的培养目标和培养规格，把本专业建设成为具有自己鲜明特色的专业就需要我们思考与探索。本文在广东技术师范学院天河学院的基础上，主要针对独立院校的电气工程及其自动化专业的人才培养模式进行探讨。
一、专业建设定位
电气工程及其自动化专业是通用性强的“宽口径大专业”，是由原电工类的电机电器及其控制、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电气技术等专业合并而成[1]。各高校根据社会经济发展对本专业人才的需求，依据各自的实际情况、办学条件，确定了彼此不同的、体现各校办学特色的专业方向、人才培养的方案和模式[2]。独立学院不同于重点高校与职业技术学院，他以培养介于研究型人才和具有某一职业技能人才之间的应用型人才。他们既要有一定的理论做基础，又要有一定的实际动手能力。因此我院电气工程及其自动化专业以培养基础扎实、知识面宽，具备自动控制理论、控制系统、信息处理、PLC和单片机控制技术、供配电及其自动化等方面的基本理论和专业知识，能在工业过程控制和电气系统等领域从事系统分析、系统运行与维护、开发与设计、管理与决策等工作的应用型工程技术人才
二、课程体系建设
电气工程及其自动化专业具有多学科交叉、内涵丰富、外延宽广等鲜明的特点，作为电类本科专业来说培养的人才应是宽口径、高素质的工程应用型人才[3]。为此在专业的理论教学体系构建中，按照“大平台+小模块”构建知识体系。大平台指公共基础课平台、专业基础课平台和专业必修课平台，小模块指按市场需求而灵活设置的专业方向课程群。
①公共基础课平台由公共基础、相关知识、专业拓展等系列课程构成，意在培养学生的基本素质，为学生后续学习打基础，全面提高学生综合素质和多角度的科学思维方法。②专业基础主要由数学、电路、数电、自动控制理论、电气控制技术等专业基础课程构成，教授学生专业相关基本知识，同时考虑将来专业口径的拓宽，为后续专业学习打下扎实的基础。③专业必修课平台主要由电力系统分析、继电保护原理、发电厂电气部分、工厂供配电、电力系统调度自动化、电力电子技术等专业课、限选课、任选课等组成。使学生掌握专业系统知识，着重培养学生分析和解决实际问题的能力。④结合我院现有资源及市场需求情况分析，专业方向课程群设置了两个专业方向，一是电力系统及其自动化专业方向，主要课程有电力设备运行与维护、电力系统程序设计、电力系统规划设计、变电站设计与运行等，注重培养电力系统、电气装备领域的系统设计、系统运行、研制开发、试验分析、工程建设与管理的高级工程应用型人才。二是电气控制方向，主要课程有单片机原理及应用、PLC原理及应用、DSP原理及应用、计算机控制技术等，培养掌握电机及电气控制、自控原理及系统、微机控制、掌握现代控制技术等理论知识，以及具有全面的电气自动化应用实务能力的应用型人才。
三、实践环节建设
应用型人才培养模式主要是以能力为中心，以培养技术应用型专门人才为目标[4]。我院的实践教学体系以工程实践为主，通过理论联系际，培养学生独立分析问题、解决实际问题的能力。在实践教学中针对应用型人才培养的要求，遵循技能与能力训练培养的教学规律，按照系统性、层次性和循序渐进的教学原则，将实践教学体系划为以下三种层次：
①基本技能层：包含各基础课程实验、专业基础课程实验，进行基本技能训练，培养学生的实践能力。②专业技能与工程实践层：包含专业课程实验、工程实训、课程设计、进行专业相关的技能和工程实践能力的训练。③综合应用能力与创新能力培养层：包含毕业设计、专业实训，认识实习、毕业实习、科技创新等进行综合应用能力和创新能力培养。
这种层次渐进的实践教学体系形成了由单一到综合，按照先基础、后综合、再创新的思路，循序渐进地安排实验教学计划。目前我院电气工程及其自动化专业建立了基础实验室、专业实验室、实训基地等校内外实习实践教学基地，专业实践的教学条件已有较好的基础，给学生提供了更先进的实践硬件条件和环境。
四、突出特色
①完善校内实训中心，发展校外实训基地。要培养高素质的高级工程应用型人才，除了完善的理论教学外，还必须有较好的实验和实习环境，以提高学生的实践能力[1]。通过资源整合、学校投入，已经完成电工电子等基础实验室、电力系统综合自动化等专业实验室的建设。这些实验室的设备在质量和数量上都能够满足实践教学的需要，并具有开放性、功能先进性，允许学生在此从事科技实验、技术革新等创造性活动。学生可以根据自身特长和兴趣到实训中心进行操作和技能训练，应用型人才的培养是建立在大量实践的基础上的，在学校外的职业环境中进行实习是形成优秀职业能力的重要环节[3]。我校鼓励学生走向社会，培养适应社会的能力。根据课程设置和培养方案，每年都会有学生到校外进行认识实习、毕业实习，让学生较早地接触工程实践环境，培养学生运用所学理论知识分析解决实际工程问题的理念，提高学生的工程意识和工程能力，为学生走上工作岗位打下良好的基础。同时，我们积极建立自己的校外实习基地，已经与广东民建实业有限公司等十多个企业进行产学合作，走“产学研”的人才培养模式。②积极开辟第二课堂，开展课外学术科技活动。学生参加学科竞赛和科技文化活动有利于学生运用理论知识和实践能力解决实际问题。我院有计划地引导、鼓励、组织学生参加各种课外科技文化活动，成立了专门的专业兴趣小组、专业特色作品设计大赛等课外科技活动委员会，积极引导学生参与其中；鼓励学生参加各种校外学科比赛，以扩大视野、启发科学思维，他们可以参加数学建模比赛、智能汽车大赛、电子设计大赛等。在理论与实际相结合的各种学术活动中，增长学生的见识，让学生充分施展自己的才华和兴趣，提高实践能力和综合素质。开展课外学术科技活动以来，先后有9人次在全国大学生电子设计比赛中获奖。
五、总结
作为一所独立院校，我们始终以应用型人才培养为目标，服务于地方经济。我们将根据学科发展的要求，结合独立学院的办学特色，不断地探索研究，相信通过我们的不懈努力，一定能将我院的电气工程及其自动化专业办成独具特色的专业，培养出更多具有创新能力、受社会欢迎的高素质应用型人才，为地方经济建设作出更大的贡献。
参考文献：
[1]王晰.独立学院应用型人才培养模式研究[J].大连理工大学，2010.
[2]李明伟，李建月.我院电气工程及其自动化专业建设的思考与探索[J].洛阳理工学院学报(自然科学版)，2009，（12）.
[3]谢卫才，黄绍平，李靖，彭晓.应用型电气工程及其自动化本科专业教学模式探索[J].电气电子教学学报，2008，（8）.
电气工程及其自动化的起源范文第2篇
关键词：电气工程；自动化；意义；发展难题；解决措施
1电气工程及自动化的发展过程
电气工程及其自动化作为我国近代工业发展的促进剂，是伴随着我国工业的发展而不断发展的。在改革开放以后，中国大力发展工业，以求获得快速的经济发展，提高国民的生活水平，在不断发展前进的过程中，电气工程及其自动化经历过三个主要的发展阶段，其内容如下：
（1）第一阶段：随着机械工程和物理学的发展，科学工作者便考虑到将二者结合起来，寻求一种能够为电器制造也服务的科学，于是便诞生了电气工程。
（2）第二阶段：随着微波和无线通讯技术的兴起和发展，科学工作者又将这一学科的优势有机结合到电气工程上面，通过微波和无线通讯技术对机械的控制，来使机器完成生产工作并满足生产要求，这便将电气工程及其自动化带进了机电一体化的时代。
（3）第三阶段：随着计算机和信息技术的发展和应用，它的优势也被利用到电气工程及其自动化中来，于是便出现了通过计算机编程并远程控制机器完成生产工作的新一代机电一体化工业生产流程。
2电气工程及自动化的发展意义
电气工程及其自动化的发展过程是一个不断吸纳并融合全球最新科技的过程，电气工程及其自动化的可以应用到各行各业，无论是一个断路器的设计，还是整架航空航天器的研究，都少不了电气工程及其自动化的身影。电气工程及其自动化的发展，使得机械制造业的生产车间空间得到节省，也减少了车间内人力物力的配置，很多机械产品的加工不再需要工人来动用原始的手工劳动，而可以通过电脑终端的直接控制，这样，一个会控制电脑终端程序的工人便抵得上好几个人力工，实现了人力资源的有效节约。机电一体化的运用更是可以使生产车间完成流水线的全部生产任务，包括生产零件，组装，包装，流动，检测等整个制造流程，极大地提高了生产效率。
3电气工程及自动化的发展难题
尽管电气工程及其自动化的发展随着工业的发展一起很迅速，但是到了新的发展阶段以来，电气工程及其自动化的发展也遇到了很多难以克服的困难：
（1）电气工程应用的能耗问题。所谓的能耗问题是指来源于电气工程设施的建造和安装所造成的能量损耗，当然，要想实现机电一体化控制，建造和安装布置控制设备是必需的，因而这部分能源消耗是无法避免的，为了降低成本，便只能从降低能耗方面着手；在电气工程及其自动化系统的建造和安装过程中，需要考虑到光照和温度调节方面的问题，同时也还要考虑到系统耗电与厂用耗电的关系，电网的布置等问题，在诸多环节的能耗问题实在值得关注。
（2）电气工程应用的质量管理问题。在实际操作中中，有很多工厂为了完成机电一体化控制，但又考虑到成本的节约，放低了对电气工程及其自动化系统的施工质量要求，使得建造标准低于国家规范，这样做会导致低了机电一体化系统所生产的产品质量降低，更可能使得整个系统运行故障频出，发生灾难性的事故。
（3）数据传输的不方便问题。电气工程及其自动化的控制系统主要是应用计算机对于所编应用程序的控制，但是从目前的发展状况来看，电气工程及其自动化仍然处在一个多学科的综合体的尴尬状态，还没有脱离出来成为一个独立的学科，因而很多应用编程及其有效接收设备并没有国家标准来统一，在商业化的运行中，厂家只能购买某生产商的一中机型来进行控制运用，而不能完成不通机型之间的信息传递，这对商业化的运行和发展造成一定的阻碍。
（4）电力控制系统的完善效率对工程进度的制约问题。电气工程及其自动化系统是一种控制系统，用来对机械系统进行控制，然而要想完成整个系统的运行，便得结合实际的机械操作流程编写相应的程序通过计算机控制来实现。因此对于同一工程，由于编写程序不通，电气工程及其自动化控制的效率就会有所高低，这也会进一步影响工业生产的效率，从而影响到经济的发展速度。
4提高电气工程及自动化的方式
电气工程及其自动化主要分为两个部分，一是电气工程，另一便是自动化控制；因此提高电气工程及其自动化便要从两方面着手，通过实现电气工程和自动化控制的有机的、高效的结合来更快更好地发展电气工程及其自动化。
（1）从电气工程方面：从上文问题分析可知，电气工程主要存在的问题是能源消耗问题和施工质量管理问题。解决这类问题有效的措施便是企业和政府一起协商制定严格规范的电气工程施工管理标准，并且一切有关电气工程的施工要严格按照该标准执行，违者必究；施工单位在实际施工的过程中，不要照搬一般的施工流程，而要根据实际的施工地点的环境、地理位置等因素，综合考虑拟定合适的施工方案后再施工。并且施工过程中严禁偷工减料、以次充好，要严格按照标准选择适应的材料，施工完成后要有专门的系统管理和维护人员对系统进行监控检修。
（2）从自动化控制方面：自动化控制的问题主要是数据传输接口不统一，控制程序控制效率有高低。为了解决这个难题，企业的程序设计人员应不断优化反馈设计，完成精简有效的高质量程序编写；然后将最优质的程序在企业内或者行内推广，从而使整个企业或者行业的自动化控制水平提高，要想设计出优质的程序，设计者需要考虑客户的需求和工程的运行流程，通过精简和优化来提高程序的执行效率。另外，政府也应该在行业内制定相应的通用的程序接口，能够让优秀的程序设计在整个行业内流通，从而带动整个行业的信息传递和竞争提高。
参考文献：
[1]侯晓燕.电气工程及自动化工作原理[M].科技出版社,2009.
[2]李娜娜.电气工程及自动化的建设与发展的若干思考[J].电气自动化,2011.
电气工程及其自动化的起源范文第3篇
【关键词】电力电子技术；教学改革；工程教学；仿真实验
1.引言
电力电子技术起源于20世纪后半叶，最初由电子学、电力学和控制理论三门学科交叉而成[1，2]，随着该技术的迅猛发展，所涉及的学科范围也越来越广，如图1所示为当今电力电子技术所涉及的学科领域。电力电子技术的应用领域日益广泛。它不仅用于一般工业，也广泛应用于交通、通信、电力、新能源、汽车、家电等各个领域[3]。因此，电力电子技术课程在培养电气类和机电类专业人才中占有举足轻重的地位。
目前，大多数的工科高校中都开设电气工程及其自动化、自动化、机电一体化等专业，“电力电子技术”作为这些专业的专业基础课，其教学质量的高低将直接影响学生对于本专业知识的把握以及后续专业课程的兴趣建立与学习。因此，对于电力电子技术的教学改革对于提高电气类与机电类教学质量以及学生知识水平具有重要的意义[4]。
目前，“实践才是工科专业的根本”已成为国际高等工程教育界的共识[5]。特别对于要求培养应用型高级工程技术人才的民办三本院校[6]，更是需要加快改革步伐，以适应现代经济和社会发展的需求。
图1 电力电子技术涉及的学科领域
2.教学现状
电力电子技术的教学在诸多高校中均面临一个共同问题，即学生对课程缺乏兴趣。其中原因很多，下面具体分析。
2.1 客观原因现状
2.1.1 内容多、难且滞后
公式多，拓扑多，分析多，波形图多，并且教学内容严重滞后，对学习造成不少困难。
2.1.2 实验室陈旧
实验室陈旧，能做的实验太少且过于简单。只有屈指可数的验证性实验，没有扩展性、综合性实验。
2.2 主观原因现状
2.2.1 专业素养不高
电力电子技术是工科最难的一门学科，学好并教好是一门学问，对于青年教师还有很长的路要走。
2.2.2 方法问题
一味填鸭式教学，缺乏互动，使课堂索然无味；无论书写还是画图都只利用板书；且新技术不断涌现，教学内容滞后发展；公式多，拓扑多，但表述的逻辑性和系统性均欠强，使学习造成死记硬背的局面。
2.2.3 学生问题
民办三本院校的学生入校分数不高，基础偏差，并且学习主动性不高，来混文凭的居多。
3.改革内容
根据教学现状，我们有针对性的进行如下改革，大致可分课堂教学改革与实践教学改革。
3.1 课堂教学改革
教育是一种特殊的实践活动。所谓“教学”应该是教与学相互交流的双向过程。教育者和受教育者都应参与其中，而不应过分强调教师的作用。作为教学的组织者，教师应发挥其主导作用，突出学生的主体地位，要从传统的“填鸭式”教学方法转变到启发式、讨论式的教学。教师需“自编自导互参与”，即要精心组织教学内容，设计能够启发引导学生进行思考的问题，充分调动学生的学习积极性。
3.1.1 重视第一堂课
绪论是学习的向导，也是对课程宏观的把握，在某种程度上说，第一堂课的内容决定了本课程教学的成败[7]。因此教师应花大量时间与精力，认真准备第一堂课。在第一堂课，首先要向学生介绍该专业的人才培养目标及技能要求与本课程的关系，以及该课的前导与后续课程，使学生了解该课程的性质、地位和作用。然后介绍电力电子技术的发展现状及其在国民经济生产中的重大作用，并列举大量的工程实例说明它的重要性，从而使学生对它产生强烈的兴趣，明白本课程是什么，有什么用，该怎么学习，从而为后面的教学打下良好的基础。
3.1.2 工程项目教学
以应用型高级工程技术人才为培养目标，是目前三本工科院校人才培养方案中的突出字眼。对电力电子技术进行教改与研究顺应了时代的要求[8]。在实施过程中，通过查阅大量相关资料.结合自身工程经验.将工程具体案例按一定比例增加在课堂教学的。实现抽象公式具体化、复杂原理简单化的效果。提高学生的应用意识和工程素养。加快学生由学习型人才向工程应用型人才转变。
3.1.3 多媒体教学
目前，该课程仍然采用传统单调的黑板+粉笔的“黑白”教学法。由于本课程的特点，有大量电路图、波形图和公式推导占据了课堂时间。结果却是虽然教师工作量大的惊人，但授课信息量小、课时的利用率不高、学生收获不大的现状。而多媒体教学集文字、声音、图像、动画等多功能于一身，是当前教育发展的方向。在本课程中引入多媒体教学，教师不但可以从繁重的板书中解放出来，而且可以将更多的时间放在与学生的交流互动上。比如在三相整流电路的教学中，可以加入一些动画演示，通过点击鼠标设置参数，如触发控制角、负载类型等，并将电路的工作状态和输出波形显示出来，这样不但节省了大量的绘图时间，学生也更感兴趣，看起来也更直观，更容易接受。
3.1.4 双语教学[9]
电力电子技术教材繁多，多是对国外书籍的翻译整理。但翻译五花八门，不少常用词汇都没有统一。比如晶闸管的触发极，有的教材叫门极、有的叫栅极。而英文却只有一个，即GATE。这对学生自学造成了极大的困扰。类似的情况还有很多，如GTO、MOSFET、IPM、PWM等。因此建议针对有实力的院校，进行双语教学。即便目前没有能力进行纯双语教学，也应向学生介绍适量的英文专业术语和专业名词。
教师也可用英文的方式布置作业，并推荐学生查阅原版外文文献。
3.2 实践教学改革
3.2.1 引入仿真技术，弥补实验条件不足
近年来，计算机仿真技术作为计算机辅助设计（CAD）的有力工具，广泛应用于电力电子电路的分析和设计中。将电子仿真设计软件Multsim和数学建模仿真分析软件MATLAB等引入到教学中，建模并动态仿真不但有利于抓住其主要矛盾，加深对所学知识的理解，也为学生将来从事工程设计打下良好的基础。随着电力电子技术的迅猛发展，我院校规模的不但扩大，而电路、电工、电力电子技术等多项实验却共用一个实验台、同处一个实验室，并且我院各项实验均由理论授课教师讲授，这对安排实验造成了极大的困难。引入计算机仿真实验，不但可以拓宽学生眼界、打好工程设计基础，还可有效缓解实验室的压力。
做仿真实验时，由教师提出实验目的及要求、并给出电路参数。由学生自行设计，如选择器件、设计主电路、驱动电路和保护电路等。仿真软件可操作性极强和安全性也有保障，让学生自己动手设计，其实就是学生自动研发的过程，这不仅可以进一步熟悉所学内容，并且极大的调动了年轻人的相互竞争和向困难挑战的激情。
3.2.2 增加电力电子课程设计及实训
课程设计是大学课程的综合性实践教学环节。对于工科专业更是不可或缺，它是对课程的深化理解与学以致用的系统性活动。
目前，我院已有模拟电子技术课程设计、数字电子技术课程设计、单片机课程设计。经学生反映，课程设计使他们不但知道这门学科能干什么，而且还亲手做到了。言教不如身教，告诉学生那是什么能干什么，不如带着学生亲手去实践。
本项改革涉及较广、内容较多，具体实践过程切忌胡子眉毛一把抓。需抓重点，找主流，按部就班，步步为营。
4.结论与展望
此项改革与研究正在进行，其中课堂教学改革及实验改革中的仿真实验已在实施，课程设计及实训涉及到人才培养方案的修订，而尚未启动。从目前改革的成效来看，效果明显。学生反映良好，并希望这样的改革越多越好。在此基础上，人才培养方案的修订有望通过，相信到时教学效果以及创新型人才培训必将达到更高的水平。
参考文献
[1]王兆安，黄俊.电力电子技术（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.
[3]严克宽，张仲超.电气工程和电力电子技术[M].北京：化学工业出版社，2002.
[4]红梅，张庆新，许谨.电力电子技术课程教学改革的探索[J].实验室科学，2008（3）：17-19.
[5]石彪.提高工科课程设计质量的思考[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2006（1）：58-59.
[6]程琼，郑建勇.整合“电力电子技术”教学内容培养应用型人才[J].电气电子教学学报，2008（2）：19-20.
[7]白敬彩，吴君晓.高等职业教育电力电子技术课程教改探讨[J].河南机电高等专科学校学报，2011（19）：87-91.
[8]朱树先，朱学莉，郭胜辉.工程实例化教学在《电力电子技术课程》教学中的应用[J].科技信息，2011（23）： 148，166.
[9]康劲松，牛一川.浅谈电力电子技术教学改革[J].第七届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会，2011.
作者简介：
电气工程及其自动化的起源范文第4篇
关键词 翻转课堂；MATLAB GUI；自动控制原理；实验教学
中图分类号：G642.423 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）06-0127-03
1 引言
自动控制原理是高等院校自动化、测控技术、机械电子等专业本科学生的必修核心课程，主要研究自动控制系统的一般规律[1-3]，其理论性强，理解和消化课程理论内容的重要途径就是实验课。但是，目前的实验教学仪器陈旧和实验学时少，实验沦为理论知识的一种验证，学生盲目地按实验任务书要求进行导线连接等机械式操作，不能充分发挥学生的能动性。
MATLAB是美国Math Works公司出品的商业数学软件，其GUI（Graphical User Interfaces）是一种新型的图形用户界面编程工具。通过MATLAB GUI设计和开发自动控制原理虚拟实验平台，采用翻转课堂教学模式，在实验课前将实验任务书、MATLAB GUI实验软件、思考小问题、小测验发放给学生，使学生实验前就对实验内容及结果有一定掌握。实验课上针对学生课前测验中遇到的问题开展讨论，并针对多数人出现的问题统一讲解和指导，而个别人的问题单独讲解。这样不但能很好地解决传统实验存在的问题，又能加深对自动控制原理课程内容的理解，更能调动学生学习的积极性，将学生盲目按指导书操作模式朝向为什么要这样做、怎样做更好、还能做些什么转变。
2 翻转课堂教学
针对自动控制原理强调方法论，理论性强，从而面对较多的抽象概念和数学公式，教师的教学过程让学生感觉枯燥乏味的问题[4]，基于MATLAB GUI编写的虚拟实验软件，以翻转课堂的形式对该课程实验教学进行改革。
翻转课堂的起源 2007年，美国科罗拉多州林地公园高中的化学教师乔纳森・伯尔曼（Jon Bergmann）和亚伦・萨姆斯（Aaron Sams）为了给由于天气原因缺课的学生补课，将上课内容进行录像后，通过电邮等网络形式将教学内容发送给学生，学生在家看视频听讲解，课堂上教师主要用来讲解学生在视频学习或作业中出现的问题，成功帮助缺课而跟不上教学进度的学生[5-6]。这就是风靡全世界的翻转课堂教学模式[5-7]。
翻转课堂的定义 翻转课堂（Flipped Classroom），即学生首先在家提前完成视频等相关材料的学习，省却教师的课堂讲解，教师课堂上则集中精力开展问题讲解和分组讨论。该方法颠倒了传统学校“课上教师讲授，课后完成作业”的教学安排[5-7]。
翻转课堂的意义 首先，在教学内容及进度一样的情况下，因为能力差异，学生掌握学习知识的程度必然出现差异。翻转课堂“以学生为中心”，注重在课上进行教师针对性的指导，实现因材施教。同时，学生根据自身的学习习惯和能力，课前自主计划学习方法。其次，课堂上学与课后练习相结合模式被课前学习新知识，教师不再单纯对实验内容讲解和监督，以指导小组协作学习及答疑解惑为主所替代，针对课前自学知识遇到的问题，帮助学生更好掌握。最后，在翻转课堂中，学生由填鸭式被动接受知识转变成主动学习者、研究者，提高了学习能动性。
3 自动控制原理课程实验教学存在的问题
长期以来，实验课程几乎是理论教学的知识验证，尽管学生动手做了一些实验，却无法站在系统的高度掌握所学知识，更谈不上综合设计，灵活应用到实践中。又由于有限实验学时，实验课就成了教师的讲解为主，学生机械地完成硬件连接、记录结果，对出现的与理论的差异及如何分析出现的原因却很少进行探讨，更谈不上完成创新设计来激发兴趣，就无法有效地培养解决实际问题的能力。
现有的大部分实验教学仪器还处于传统模拟实验类型，实验箱是高度集成封闭的，通过导线连接不同的实验模块构成典型环节或系统，在典型激励信号作用下，通过示波器或计算机观察系统响应。这种实验方法存在明显不足：1）实验仪器箱集成度高，学生实验就成了连接导线，无法知道模块功能如何实现，对实验呈现出盲目性；2）理论学习和实验动手操作相互分离，实验不能用于固理论知识，理论也无法指导实践；3）由于元器件的非理想特性，当实验结果与理论值差异较大时，缺乏分析、讨论出现问题原因的环节。
4 基于MATLAB GUI实验平台的翻转实验教学改革
基于MATLAB GUI的翻转课堂教学模式构建 2011年美国学者杰姬・格斯丁（Jackie Gerstein）将课堂划分为由体验学习阶段、概念探究阶段、意义建构阶段以及展示应用阶段组成的翻转课堂教学模型[5]。在此基础上，美国的Robert Talbert教授在多年实践研究后提出翻转课堂结构图。我国南京大学的曾贞等，江苏科技大学的张其亮等，也结合自己的教学实践，创建了翻转课堂教学框架[6]。借鉴众多学者的观点，结合自动控制原理实验课程教学需求以及学生的特征，构建图1所示翻转课堂教学模型图。
基于MATLAB GUI翻转课堂的实施 基于教学模式结构图，设计基于MATLAB GUI的自动控制原理翻转实验教学流程。选取大三学生作为实验对象，他们已有电路、物理、模拟电子技术、高数等基础课程的储备，有一定的动手实践和自主学习能力；在自由组合的基础上每组4人。为实现实验教学的翻转，给学生的教学资源包括实验指导书、讲授PPT、讲解视频、相关实验文献资料和自制MATLAB GUI软件。采用MATLAB GUI软件编写的虚拟实验平台软件主界面如图2所示。
实验内容有典型环节响应特性、控制系统稳定性分析、系统频率特性、连续系统校正、数字PID控制、采样实验。同时，将采用MATLAB GUI软件编写的该课程实验的虚拟软件的原始文件也发放给学生，让学生在课前能够在学习实验指导书的基础上，在计算机上模拟完成实验，直观地获得变换控制参数对实验结果的影响，这也是该实验翻转教学区别于理论课程的地方。这样学生就能够在课前将实验指导书给定的实验任务有所练习和对实验提前掌握。因此，基于MATLAB GUI仿真软件的实验教学可以保证翻转教学的有效开展。
整个翻转课堂按课下和课上的组织形式开展。
1）课下。实验教学的目标就是要使学生加深对理论课程的理解，掌握实际电路或机械结构与理论之间存在的内在联系和差异之处。教师课下完成教学活动设计、教学资源的，收集整理学生遇到的问题，在线答疑。教学活动设计完成分配学习任务、划分学习小组、实验组织形式、制定评分标准等。的教学资源包括实验任务书、MATLAB GUI仿真软件、微视频教程、参考书籍、相关的专题学习网站等类型的素材。为适合不同基础的学生学习，将资源分为基础资源和扩展资源两个等级。其中，MATLAB GUI仿真软件和实验演示微视频的制作是资源准备中的核心内容，特别指出理论实验和实际实验中结果会出现的差异。为每个实验项目的教学目标准备1～2个微视频，每一个微视频只介绍一个实验，时间在8分钟以内。
将视频和其他电子资源上传到QQ文件夹和百度云，方便学生下载观看。同时，通过QQ和微信等网络通信工具完成在线答疑与指导。学生可以将自己在学习中遇到的问题出来，与教师和同学在线交流。教师统计学生在线提出的问题，及时掌握学生的学习情况，便可以在课堂上有针对性地指导学生学习。为了增加学生自学的兴趣和参与度，根据学生提出问题、解答问题、在线参与度和解决问题质量给出平时成绩，通过解决他人问题获得个人成就感。这种方式最大的好处就是实现了个性化学习，学生可以根据自己的情况选择资源和学习时间。
2）课上。由于课下已完成实验相关内容的自主学习，对实验目标、操作步骤、注意事项有所掌握，课上花上几分钟针对课下大多数学生遇到的问题进行讲解。实验课上不再对实验过程等进行讲解，为动手实验留出更多的时间。课上实验分为三个阶段。
①合作探究阶段。按分组开展硬件实验，学生可以充分利用这段时间动手实践，和同组伙伴讨论实验中遇到的问题。并可将实际硬件实验结果和MATLAB GUI仿真软件结果进行对比，验证实验内容是否正确，同时可以找出理论结果与实际结果之间的差异，分析造成差异的原因。更重要的是可以在MATLAB GUI仿真软件上创造性地设计出实验参数并进行仿真，在硬件上进行验证。这样就可以避免学生实验课上对实验内容、操作步骤、实验结果的盲目性，同时能直观地观测到不同输入和输出的关系，原有系统和校正系统特性的不同也能给学生创造性设计提供检验手段。
②个性化指导阶段。针对每一个小组在合作动手实践阶段都会遇到不同的问题进行个性化指导，为每个小组解答疑惑，实现对不同问题的详细解答。同时，将遇到的问题和需要注意的地方与其他小组进行组间的交流和分享。
③总结反馈评价阶段。总结各个小组出现的主要问题，对实验中的知识要点进行系统化梳理，加深对实验内容的掌握。最后，对学生的实验进行评价，采用自评、小组成员互评、整体实验结果、组间互评等多元化形式。同时，引导学生积极探索以及交流协作精神的培养，潜移默化中提高学生自学能力和解决问题的能力。
5 翻转课堂实验教学效果分析
本次运用对照方式完成翻转课堂实验改革效果的研究。实验对象为四个班级的大三学生。首先，调查问卷结果显示实验班和对照班学生基础相当。其次，实验1、2班各有学生48人，对照班1有学生47人，对照班2有学生46人，人数相当，因此，符合对照实验的条件。对照班采用传统的“教师课上讲解演示+学生动手实验”的方式进行，实验组班级采用本文论述的翻转课堂教学模式进行教学，在8学时的实验后，对学生进行操作技能和理论测试，同时对实验班的学生进行问卷调查。
将四个班的测试成绩划为五个分数段，即90～100分、80～89分、70～79分、60～69分、60分以下，成绩分布统计图如图3所示。由图3可见，在80～100分这两个成绩段的比例，实验班明显高于对照班，实验班1和2占比58.33%和54.17%，对照班1和2占比36.17%和30.43%；而在69分以下两个成绩段的比例，实验班明显低于对照班，实验班1和2占比14.58%和16.67%，对照班1和2占比25.53%和26.09%。通过分析可知，采用翻转教学的实验班成绩有了明显进步。
通过实验班的问卷调查发现，89.53%的学生认为该教学模式很好地调动了学习的积极性，同学和教师的交流增多了，促进了自己的学习。同时也存在一些不足，主要是学生对MATLAB GUI中系统函数输入不够熟悉，课上小组汇报活动时间太短。
6 总结
自动控制原理是一门理论性较强的专业课，其实验教学是加深对理论理解、增强动手能力的有效途径。基于MATLAB GUI的翻转实验教学改革使学生在课前就能够模拟完成实验内容，得到理论实验结果，使课上实验变得有的放矢。同时，通过翻转模式提高了学生自我学习能力、团队意识，延长了实验课上动手时间，对理论和实践有了更深入的理解和掌握。实践表明，通过基于MATLAB GUI的翻转教学，学生动手能力和理论成绩都有明显提高。
参考文献
[1]韦春荣.基于MATLAB_GUI的自动控制原理课堂辅助教学系统[J].广西物理，2013（4）：55-56.
[2].基于MATLAB教学平台的《自动控制原理》教学改革研究[J].台州学院学报，2011（3）：76-81.
[3]隋金雪，华臻，杨莉，等.《自动控制原理》课程教学改革与创新[M].中国黑龙江哈尔滨：第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会，2009.
[4]王艳秋.基于MATLAB教学平台的自动控制理论教学改革与实践[J].辽宁工学院W报：社会科学版，2006（1）：122-124.
[5]陈怡，赵呈领.基于翻转课堂模式的教学设计及应用研究[J].现代教育技术，2014（2）：49-54.
