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一、引言

自動控制課程是大多數(shù)工科大學(xué)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，自動控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。一個優(yōu)秀的控制系統(tǒng)設(shè)計人員必須具備廣博的知識和精湛的技能，必須能夠把這些知識靈活地運用到實際工作當(dāng)中。作為自動控制課程的教學(xué)人員，既要交給學(xué)生深厚的理論知識，又要培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、理論知識以及一些與數(shù)學(xué)有關(guān)的技能，可以利用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，較好的教給學(xué)生。然而，工程能力的培養(yǎng)則是課堂教學(xué)所不能達到的[1]。以往的工程設(shè)計人員，是通過長期的實際工作的磨練來逐步提高自己的工程能力的。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為實施素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新能力，提供了一條新的途徑。應(yīng)用計算機能夠設(shè)計出非常好的人機交互式教學(xué)軟件，以其形象的圖形界面和高度的交互性培養(yǎng)學(xué)員對工程問題的直覺和敏銳的洞察力。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將先進的教學(xué)、實驗軟件移植到網(wǎng)上，以達到遠程教學(xué)、遠程實驗的目的，改傳統(tǒng)的“定時定點”的教學(xué)方式為“隨時隨地”的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)員的自學(xué)與創(chuàng)新能力，達到課堂教學(xué)所達不到的教學(xué)效果。本文將自動控制課程的人機交互式教學(xué)軟件與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行了有機的結(jié)合，對自動控制課程交互式遠程教學(xué)系統(tǒng)進行了初步研究。

二、組成及原理

2.1硬件

自動控制課程遠程教學(xué)系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由服務(wù)器、教員工作站、實驗室工作站、小功率隨動系統(tǒng)、教室工作站、學(xué)員工作站等組成。

每一個可以上網(wǎng)的終端都可訪問本系統(tǒng)。教學(xué)服務(wù)器作為本系統(tǒng)同外部窗口，所有的信息均在此。虛線以下部分為教學(xué)樓內(nèi)各工作站。教員工作站分布在各個辦公室，供教員寫教案、改作業(yè)、答疑等；教室配置一臺無盤工作站、投影儀和大屏幕，上課時用來調(diào)用服務(wù)器上的電子教案；實驗室配置一臺實驗工作站、小功率隨動系統(tǒng)及小攝像頭，完成遠程實驗；建立一個學(xué)員工作站房，供學(xué)員自習(xí)、考試。

2.2軟件

為了能夠更好地配合課堂教學(xué)，本系統(tǒng)嚴(yán)格按照自動控制課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)來組織內(nèi)容。軟件部分包括遠程授課、遠程實驗、網(wǎng)上答疑以及討論、網(wǎng)上練習(xí)及試題庫、電子教案、網(wǎng)上考試系統(tǒng)和網(wǎng)上教學(xué)評估等七個子系統(tǒng)等，與相應(yīng)的硬件相配合，形成一個完備的多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)。

自動控制課程遠程授課子系統(tǒng)用于自動控制課程的遠程教學(xué)，同時也為部隊的繼續(xù)教育提供服務(wù)；遠程實驗子系統(tǒng)用于通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)W員提供實驗；網(wǎng)上答疑和討論子系統(tǒng)用于教員通過網(wǎng)絡(luò)對學(xué)員學(xué)習(xí)過程中所遇到的問題進行答疑，也可用于與學(xué)員進行網(wǎng)上交互式討論教學(xué)；網(wǎng)上練習(xí)及習(xí)題庫子系統(tǒng)用于向?qū)W員提供全面新穎的練習(xí)題，供學(xué)生自我測試對所學(xué)知識加深理解；電子教案子系統(tǒng)供教員開發(fā)電子教案，制作各類圖表、曲線、演示稿等。網(wǎng)上考試子系統(tǒng)用于對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進行檢測，系統(tǒng)根據(jù)難度系數(shù)隨機組成試題，尤其適用于遠程的函授，和小范圍的補考，對于大面積的考試也可以利用該系統(tǒng)出題；教學(xué)評估子系統(tǒng)，用于對教學(xué)情況進行評估與分析。限于篇幅，本文著重介紹院承授課及遠程實驗子系統(tǒng)。

三、遠程授課系統(tǒng)

該系統(tǒng)是一個具有良好交互性的多媒體教學(xué)軟件。不同的學(xué)生可以根據(jù)自己的具體情況來使用該系統(tǒng)。比如在學(xué)習(xí)繪制根軌跡的法則時，甲學(xué)生要了解某一條法則的證明，它就可以通過單擊窗口的選擇證明按鈕調(diào)出證明過程。乙學(xué)生需要做一道例題加深一下理解，也可以單擊窗口的例題按鈕調(diào)出一道相關(guān)例題。該系統(tǒng)可以充分利用現(xiàn)有的計算機軟硬件功能，更形象、更直觀地把抽象的知識傳授給學(xué)生。

四、遠程實驗子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)用于自動控制課程的遠程實驗，旨在幫助學(xué)生理解教學(xué)難點，掌握教學(xué)重點并提高學(xué)生的實際工程能力。數(shù)字仿真由一套完整的實驗軟件構(gòu)成。遠端用戶，可以通過現(xiàn)有校園網(wǎng)訪問本系統(tǒng)，下載并運行自己所需要的專題實驗。數(shù)字仿真實驗，涵蓋了整個自動控制課程的實驗。如時域法中的二階系統(tǒng)仿真、高階系統(tǒng)仿真；根軌跡法中的根軌跡繪制；頻域法中的頻率特性；系統(tǒng)校正；相軌跡繪制等。另外，該子系統(tǒng)還提供了部分實物，給學(xué)生提供了實際的設(shè)計、分析和綜合自動控制系統(tǒng)的實驗環(huán)境。由實驗室工作站(實驗臺)和數(shù)控小功率隨動系統(tǒng)組成，其原理框圖如圖5所示。學(xué)生可以對控制系統(tǒng)設(shè)計、研究并選擇合適的校正裝置；從原理上研究各種控制理論的應(yīng)用。包括：最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制和智能控制。具體辦法為：實驗者在遠程終端上通過網(wǎng)絡(luò)將控制器參數(shù)發(fā)給本系統(tǒng)服務(wù)器，由服務(wù)器通知實驗平臺準(zhǔn)備實驗，并將參數(shù)傳給實驗臺，由實驗臺控制小功率隨動系統(tǒng)進行實驗。應(yīng)用攝像頭可以拍攝實驗過程并發(fā)給遠端用戶。數(shù)據(jù)采集接口將按要求采集實驗結(jié)果經(jīng)實驗臺處理后發(fā)回遠程用戶，以便對實驗結(jié)果進行分析。

五、結(jié)論

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，“多媒體通訊網(wǎng)”必將成為下世紀(jì)的重要教學(xué)工具。把高科技的工具——計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于自動控制課程的教學(xué)中，充分利用網(wǎng)絡(luò)傳遞信息的能力，實行遠程教學(xué)，打破以往的“定時、定點、定量”教學(xué)的局限，把學(xué)習(xí)的“時間、空間、深度、廣度”最大限度的延伸，以達到對課堂教學(xué)的有益補充，是教育發(fā)展的必然趨勢。本文所介紹的，自動控制課程遠程教學(xué)系統(tǒng)所體現(xiàn)的教學(xué)方式，僅僅是一種初步的嘗試，希望這種嘗試能起到拋磚引玉的作用。