摘要：針對暖通空調行業(yè)發(fā)展對自動控制技術需求及專業(yè)人才培養(yǎng)定位，北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)開展了自動控制原理課程教學內容、教材、實驗環(huán)節(jié)等方面的教學改革，加強了課程與工程應用之間的聯(lián)系，以

激發(fā)學生學習積極性，提高教學效果和人才培養(yǎng)質量。

關鍵詞：自動控制原理；建筑環(huán)境與設備工程；教學改革；教材

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）01-0094-04

在科學技術和社會經濟發(fā)展的進程中，自動控制技術一直起著極其重要的作用。隨著城市建筑向大面積、高層、多功能、智能化、綜合性的趨勢發(fā)展，自動控制技術在建筑行業(yè)的暖通空調領域應用愈加廣泛。建筑設備自動化系統(tǒng)（Building Automation System 簡稱BAS）是實現(xiàn)建筑物內部設備（包括暖通空調系統(tǒng)、給水排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等）高效運行，創(chuàng)造安全舒適工作或居住環(huán)境的重要保證。

據(jù)調查，國內已投入使用的BAS系統(tǒng)多數(shù)僅能完成設備的運行參數(shù)檢測、設備的啟/停控制等基本功能，真正實現(xiàn)空調系統(tǒng)經濟運行的很少，離節(jié)能的目標更是相差甚遠。其中一個重要原因是負責暖通空調系統(tǒng)設計、運行管理的技術人員不了解BAS及相關技術對自己專業(yè)技術所起的作用，而設計、施工BAS的電氣、自控專業(yè)人員又不了解暖通空調工藝，不知道實現(xiàn)暖通空調系統(tǒng)控制的最優(yōu)解決方案。為了滿足建筑智能化技術的推廣以及引進、消化、吸收，促進該行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，迫切需要培養(yǎng)具有暖通空調學科與電控學科交叉知識的復合型人才?；谛袠I(yè)發(fā)展需求，建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)指導委員會在培養(yǎng)方案指導意見中將自動控制原理課程設置為專業(yè)基礎課程。

一、課程特點以及教學改革思路

自動控制原理是控制理論與工程技術相結合的一門課程，它研究自動控制和自動調節(jié)系統(tǒng)一般性規(guī)律。該課程的主要特點是理論性較強、內容抽象、涉及數(shù)學基礎知識較多、公式和圖形多，推導復雜[1]。很多學生看不清這些理論與專業(yè)內容的關系，誤認為該課程是一門應用數(shù)學課程，容易產生畏難心理。

近3年，作者采用網上瀏覽、實地調研、與畢業(yè)生交流等手段調查了國內30余所高校建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)自動控制原理課程教學情況，調查內容主要包括開課教師情況、課程學時、選用教材、學生學習效果等內容。

分析調查結果發(fā)現(xiàn)：其中25所學校是由自動控制專業(yè)的教師為建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)自動控制原理課程授課，有5所學校是由建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)教師進行授課。因總學時的壓縮，19所院校課程為40學時，6所學校為32學時，5所學校為48學時，10所高校直接選用自動控制專業(yè)所選教材，18所學校選用《自動控制原理（非自動化專業(yè)）》教材，2所學校采用自編教材。由于課程學時設置不同，各校講授課程的內容體系、深度、廣度各不相同，學生普遍反映學習難度太大，效果不好，沒有很好地實現(xiàn)開設自動控制原理課程的目的。

與不同院校畢業(yè)生交流發(fā)現(xiàn)，學生學習效果不好的主要原因為：其一，課程理論性較強，涉及知識點較多，數(shù)學公式多、教師往往把過多時間和精力集中于原理講解和公式推導，忽略了理論知識與自動控制系統(tǒng)應用實例的結合，弱化了課程作為建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)基礎課程的作用；其二，由自動控制專業(yè)教師講授課程難以將自動控制技術理論與暖通空調領域的專業(yè)工程應用案例充分結合，課程內容與專業(yè)應用脫鉤，學生對學習課程的必要性、重要性和實用性認識模糊。而建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)教師對課程的教學重點與教學深度難以把握，沒有一個標準以作衡量。此外，建筑環(huán)境與設備專業(yè)學生數(shù)學基礎不如電類專業(yè)學生好，學習課程相關數(shù)學知識難度大，因此學生興趣不高；其三，課程實驗環(huán)節(jié)不足或者作用發(fā)揮不明顯。多數(shù)學校沒有針對建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)學生系統(tǒng)地設置課程對應的實驗環(huán)節(jié)，部分院校只是簡單選擇部分自控專業(yè)部分實驗內容，沒有充分考慮暖通空調領域控制對象的特點，控制器的設計脫離被控對象，課程實驗環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學生獨立思考能力、綜合分析問題能力和創(chuàng)新能力等方面顯得不足，難以充分發(fā)揮實驗課對培養(yǎng)學生分析和解決實際問題能力的作用。

二、課程的教學改革實踐

北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)根據(jù)專業(yè)指導委員會擬訂的建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)面向21世紀教學內容、課程體系、總體框架， 結合社會與專業(yè)發(fā)展需求，對教學計劃、課程體系進行拓寬和更新。由于自動控制原理是建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)跨專業(yè)的基礎課程，為順應建筑智能化發(fā)展對人才培養(yǎng)要求，學校從課程教學內容、教材建設、實驗環(huán)節(jié)等方面開展了研究和探索，對課程的基礎理論與實踐教學進行了優(yōu)化。

（一）結合行業(yè)發(fā)展需求和建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)定位優(yōu)化課程教學內容

建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)培養(yǎng)暖通空調學科和電控類學科交叉復合型人才的目的是應用自動控制知識和技術為建筑設備系統(tǒng)運行服務，而不是開發(fā)自動控制系統(tǒng)?！蹲怨迷O備工程師（暖通空調）執(zhí)業(yè)資格考試基礎考試大綱》中已經將自動控制原理列入考試課程范圍。大綱中明確要求熟悉空調自動控制方法及運行調節(jié)。考慮到建筑設備自動化系統(tǒng)要求自控知識的難度和深度，根據(jù)專業(yè)指導委員會擬訂的《建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)面向21世紀教學內容、課程體系》總體框架要求，建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)學生在自動控制方面只需達到初步掌握自動控制的基本原理，能夠準確提出該專業(yè)對自控的要求，正確繪制自動控制原理圖，并能配合自控技術人員進行調試?；趯I(yè)人才培養(yǎng)定位，同時考慮到經典控制理論、現(xiàn)代控制理論適用于暖通空調與制冷設備控制系統(tǒng)設計和運行，課程教學內容以常規(guī)線性控制理論為基礎，主要介紹自動控制系統(tǒng)四個模塊（調節(jié)對象、測量裝置、調節(jié)器、執(zhí)行器）的原理、特性以及應用，讓學生掌握位式調節(jié)， P、I、PI、PID 控制方式的原理； 掌握拉氏變換并能夠運用該種數(shù)學方法進行控制系統(tǒng)的特性分析；熟悉執(zhí)行機構選用與計算，能夠進行調節(jié)閥選擇；掌握PID 計算機控制式的推導和應用。學生了解計算機控制系統(tǒng)相關知識，包括系統(tǒng)類型、脈沖信號采集采樣控制理論、計算機控制系統(tǒng)在暖通空調領域的應用。

（二）編制適用于建筑環(huán)境設備工程專業(yè)的自動控制原理課程教材

目前，沒有專門作為建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)及其相關專業(yè)（如熱能動力工程專業(yè)）本科生學習自動控制原理的教材?！蹲詣涌刂圃怼方滩膶τ诮ㄖh(huán)境與設備工程專業(yè)本科生學習難度大，這些教材內容與專業(yè)內容聯(lián)系很少，而且學生沒有必要學習自動控制理論的全部內容[2]。

北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)在暖通空調自控、建筑智能化相關領域的教學、工程設計、科學研究方面積累了豐富的經驗。2009年，圍繞自動控制原理課程的教學改革，筆者成功申請了北京市精品教材建設立項。在總結多年教學實踐經驗和注意吸取當前暖通空調自控方面的新技術、新成果基礎上，主編的《建筑設備自動控制原理》于2011年由機械工業(yè)出版社出版。

該教材的主要特點有：（1）以經典控制理論為主，介紹自動控制系統(tǒng)四個模塊（調節(jié)對象、測量裝置、調節(jié)器、執(zhí)行器）的原理、特性以及應用，在各模塊知識基礎上，介紹控制系統(tǒng)的結構圖、時域響應、頻域響應以及穩(wěn)定性判斷內容，此外，教材還包含計算機控制系統(tǒng)相關知識。（2）書中給出的案例充分結合與暖通空調行業(yè)工程應用，有助于加深學生對專業(yè)知識的理解，為學生今后的相關專業(yè)課學習打下堅實的理論基礎。（3）教材內容涵蓋基礎部分和提高部分，適應32～48學時教學需求，教師可以根據(jù)實際學時選擇教學內容，也可結合實際授課的情況進行補充。

（三）強化課程實驗環(huán)節(jié)建設并開發(fā)相應的實驗裝置

在理論教學改革的同時，從改革實驗教學模式入手，逐漸由以“教”為中心的教學模式向以“學”為中心的教學模式轉化，優(yōu)化實驗教學內容，改革實驗教學方法，努力提高實驗教學水平。根據(jù)課程的教學內容，以自動控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)為基礎，設置相應的實驗環(huán)節(jié)，主要包括：（1）傳感器特性實驗；（2）調節(jié)對象特性實驗；（3）調節(jié)器特性實驗；（4）自動調節(jié)系統(tǒng)實驗，共8學時。實驗環(huán)節(jié)全部是綜合性實驗。結合專業(yè)技術應用特點研制開發(fā)了自動控制原理的實驗設備“多功能風機盤管自控實驗臺”， 實驗裝置以暖通空調系統(tǒng)為調節(jié)對象，促使學生將專業(yè)空調理論與自控原理相聯(lián)系，鞏固專業(yè)知識，促使學生思考建環(huán)專業(yè)中所涉及的暖通空調系統(tǒng)應該如何自控運行。目前，該裝置已連續(xù)使用6年，并已經推廣到國內多所院校建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)應用。實驗裝置填補了建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)自控實驗設備的空白，有關成果已經申請國家專利。

（四）注重課程體系建設和師資隊伍建設

北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)在培養(yǎng)方案中設置建筑電氣電控工程類系列課程，包括： 電工技術、電子技術、建筑環(huán)境測試技術、自動控制原理、建筑照明與電氣控制、微機系統(tǒng)應用、建筑設備自動化[3]。在自動控制原理課程建設中，充分注意結合相關系列課程建設，注意課程講授知識點與相關課程，如建筑設備自動化、建筑照明與電氣控制、建筑環(huán)境測試技術的合理銜接，形成完整的建筑電氣電控工程類系列課程體系。

目前，國內建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)教師構成基本以暖通、熱能、制冷專業(yè)畢業(yè)生為主，自控專業(yè)的畢業(yè)生普遍不愿意到暖通類專業(yè)任教。結合自動控制原理課程改革，鼓勵專業(yè)教師到自控專業(yè)有選擇性地進修相關知識，到自控公司或者設計院進行工程鍛煉。此外，利用社會人才資源， 通過聘請兼職教師、開辦建筑設備自動化技術論壇、講座等形式，提高師資隊伍教學水平。

三、課程教學改革實踐的成果

多年來，建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)堅持開展以自動控制原理課程建設為核心跨學科培養(yǎng)復合型、應用型人才教學改革，在教材編寫、教案整理過程中，將學術帶頭人的研究與培養(yǎng)建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)特色人才有機結合。通過課程內容的整合和教材編寫，完成學生自動控制理論基礎知識的鋪墊；通過研發(fā)設備和設置實驗實踐環(huán)節(jié)，加深學生對課程的了解，鞏固基礎知識學習。理論知識到實踐應用有機結合有效提高了學生學習效果和動手能力。

經過多年的努力，課程改革取得良好的效果，學生學習積極性明顯提高，北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)從事樓宇自控方向畢業(yè)生比例逐漸增大?；谠撜n程建設所研發(fā)的風機盤管自控實驗臺在2008年獲教育部高等院校實驗室建設指導委員會首屆自制教學儀器設備成果獎；以自動控制原理課程改革為主要內容的“建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)教學改革與實踐”2008年獲北京工業(yè)大學優(yōu)秀教育教學成果獎一等獎。建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)培養(yǎng)暖通空調學科和電控類學科交叉復合型人才的專業(yè)辦學特色在2006年和2011年住建部專業(yè)教學質量評估中得到評估專家一致肯定。北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)在2008年和2009年分別被批準為北京市和教育部特色專業(yè)建設點。

四、結語

北京工業(yè)大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)結合培養(yǎng)暖通空調與電控學科復合型人才的培養(yǎng)定位和行業(yè)需求開展了自動控制原理課程教學改革。建立了自動控制原理的理論教學體系，并編寫出版教材。研發(fā)的實驗設備用于課程實驗教學。通過教學內容、課程體系、實踐環(huán)節(jié)、教材編寫等環(huán)節(jié)的建設，強化了課程建設與專業(yè)工程實踐的聯(lián)系，激發(fā)了學生的學習興趣。經過多年實踐，自動控制原理課程改革促進了專業(yè)辦學特色的形成，為國內高校建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)培養(yǎng)具有暖通空調與電控學科交叉學科知識的復合型專業(yè)人才作出了積極的探索和有益的嘗試。

參考文獻：

[1] 謝莉萍，陳瑋，章云.精品課程“自動控制原理”的教學改革與實踐[J].廣東工業(yè)大學學報：社會科學版，2008，8（2）：31-33.

[2] 李士哲，趙征，王印松.對非自動化專業(yè)“自動控制原理”教學效果的思考[J].中國電力教育，2011（31）：31-32.

[3] 李炎鋒，賈衡，孫育英，等.建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)建設智能建筑控制輔修課程體系的研究與實踐[J].高等建筑教育，2007，16（1）：9-84.

Teaching reform of automatic control theory course for building environment and facilities engineering specialty

LI Yan-feng， SUN Yu-ying， BIAN Jiang， XIE Jing-chao， LI Jun-mei

（College of Architecture and Civil Engineering， Beijing University of Technology， Beijing 100124， P. R. China）

Abstract：The status and problems of automatic control principle course teaching for building environment and facilities engineering （BEFE） specialty in many colleges were investigated and analyzed. According to requirements of automatic control technology for the development of heating ventilation and air conditioning and the personnel training orientation， several teaching reform measures for automatic control principle course including basic content， teaching material， and experiment system have been taken in BEFE specialty of Beijing University of Technology. The relation between the course content and BEFE engineering practice was enhanced and students’ positivity of course learning was motivated. The teaching effect and talent training quality were improved.

Keywords：automatic control principle； building environment and facilities engineering specialty； teaching reform； teaching material

（編輯 梁遠華）