萧德云-《全国高等学校自动化专业系列教材》建设十年总结(20150627)

1、全国高等学校自动化专业系列教材全国高等学校自动化专业系列教材建设十年总结建设十年总结全国高等学校自动化专业系列课程全国高等学校自动化专业系列课程研修班（第研修班（第1212期）期）全国高等学校自动化专业系列教材全国高等学校自动化专业系列教材编审委员会编审委员会副主任兼工作小组组长，清华大学自动化系教授副主任兼工作小组组长，清华大学自动化系教授萧德云萧德云 2015年年7月月22日日 大大 纲纲一、系列教材建设理念一、系列教材建设理念二、系列教材是怎么炼成的二、系列教材是怎么炼成的三、系列教学建设成效三、系列教学建设成效四、如何使用系列教材四、如何使用系列教材五、下一步规划五、下一步规划六、结束

2、语六、结束语引言引言自2003年起，由上届“教育部高等学校自动化专业指导分委员会”牵头，联合“中国自动化学会教育工作委员会”、“中国电工技术学会高校工业自动化教育专业委员会”、“中国系统仿真学会教育工作委员会”和“中国机械工业教育协会电气工程及自动化学科委员会”四个委员会，成立全国高等学校自动化专业系列教材编审委员会和系列教材工作小组，吴澄院士任编审委员会主任委员，萧德云教授任编审委员会副主任委员兼工作小组组长，以教学创新为指导思想，以教材带动教学改革为方针，设立专项资助基金，引入招投标竞争机制，面向全国高等学校，采用公开招标的方式，组织建设一套富有特色品牌的“全国高等学校自动化专业系列教材”

3、。在吴澄院士领导下，通过研究自动化专业课程体系，整合专业知识单元和知识点，引入招投标竞争机制，激励工作在教学第一线、知识积累深厚、具有丰富教学经验和编写教材实践的教授参与，充分利用了全国的资源，发挥了全国联合的优势。经过十多年的努力，从编制招标要求、公布招标公告，到组织投标和评审，最后商定教材大纲，签订合同，凝聚着全国50多所高校200多名教授的心血，终于编写出版这套总共53本的自动化专业系列教材。这套系列教材从基础理论到控制技术、从系统理论到工程实践、从计算机技术到信号处理、从设计分析到课程实验，涵盖几十门自动化专业基础课程和专业课程，涉及数千个专业知识单元，数万个专业点，满足了多层面、多类

4、型的专业教学要求，对国内的自动化专业教学产生了重大的影响。一、系列教材建设理念一、系列教材建设理念在对自动化专业课程体系和教学内容进行深入研究的基础上，建设一套能适用于研究型大学和应用型大学、符合自动化专业培养目标、反映自动化专业教育改革方向、满足自动化专业教学需要，又是相互有机关联、系列化的自动化专业教材，力争使其具有先进性、创新性、适用性和系统性的特色品牌教材。计划用35年的时间（实际用了10多年的时间），通过招标机制，组织出版50本左右的自动化专业系列教材（实际出版了53本）。1 1、系列教材的建设目标、系列教材的建设目标（1）考虑多层次需求：高等学校（普通院校、重点院校），自动化专业（

5、本科生、研究生），建设多模式、多版本的系列教材。（2）重构、重组教材体系（并非重建），体现自动化专业特点、融合信息技术、采用板块结构、考虑知识的连接与覆盖。（3）延续传统、更新内容，改变观念，适应市场。（4）借鉴国外教材，争取与国际接轨。（5）电子讲稿、多媒体课件。（6）基础精深、专业宽新。（7）适应教学计划、考虑自学需要。（8）精减教学内容、扩宽专业基础、提高知识起点，加强基础知识，加强教学实践。2 2、系列教材的定位、系列教材的定位本套系列教材所涉及的范围仅考虑专业基础课、实践环节课、专业核心课、专业选修课和专业综合训练课等教学环节中的有关课程，整体规模将控制在4050本左右。同类教材考虑

6、到多层面的需求，可能计划出版多版本的教材；同层次的教材也可能考虑出版多种类型、多种面向的教材；教材的编写是立体的，包括主教材、习题、实验配套指示书、教师参考书、电子教案、多媒体课件、网络课程脚本等；教材的编写要给学生留有更大的选择可能性和空间，利于学生个性发展和创新能力的培养。3 3、系列教材的、系列教材的建设范围建设范围（1）控制数学基础）控制数学基础（2）控制理论与工程）控制理论与工程（3）控制系统与技术）控制系统与技术（4）系统理论与工程）系统理论与工程（5）信息处理与分析）信息处理与分析（6）计算机与网络）计算机与网络（7）软件基础与工程）软件基础与工程（8）专业课程实验）专业课程实验

7、4 4、系列教材的组成板块、系列教材的组成板块（1）以教学创新为指导思想，以教材带动教学改革为方针，在全国范围内采用招投标方式组织编写，与现有的教材或正在编写的教材相比，更突出全国联合、突出系列性和整体性、突出多层次与适应性、突出综合性和多样性。（2）构建“四横八纵”的知识体系框架，在“四横八纵”的交汇点规划具有自动化专业特色的教材。“四横”为专业基础课、专业核心课、专业限选课、专业任选课；“八纵”为控制数学基础、控制理论与工程、控制系统与技术、系统理论与工程、信息处理与分析、计算机与网络、软件基础与工程、专业课程实验。5 5、系列教材的指导思想、系列教材的指导思想（3）强调基本理论的完备，突

8、出系统性、先进性、实用性和时代性，注重基础性与先进性的统一，取材广泛，注意传统与现代结合，注意融入当前科技发展的新成果。（4）强调理论联系实际，不拘泥于枯燥的理论论述。通过选择大量具有典型性和代表性的工程设计实例，以提高学生对自动化专业知识的理解，培养学生理解与解决实际问题的能力。（5）要有别于传统教材，逻辑性强、重点突出、文字简洁、通俗易懂，力求做到突出基本原理、基本概念与分析方法，重在实用。在吸取国内外同类教材精华的基础上，根据课时的要求，对教材的内容进行了精简。（6）考虑学生自主学习和个性发展和创新能力培养的需要。（7）利用控制界流行的MATLAB仿真软件，提供大量的仿真实例。二、系列教

9、材是怎么炼成的二、系列教材是怎么炼成的2003年9月成立全国高等学校自动化专业系列教材编审委员会，并成立工作小组，负责教材建设的具体规划和实施工作。（1）由“系列教材编审委员会”组织讨论系列教材建设的指导思想，确定系列教材的体系框架，落实第一批出版的教材书目和后期的出版计划。（2）为保证系列教材的出版质量，扩大系列教材的影响及其规模效应，由“系列教材编审委员会”集体讨论决定选择一个合作出版社独家出版这套系列教材。2003年10月就系列教材的出版问题致函有关出版社（高等教育出版社、清华大学出版社、科学出版社、电子工业出版社、机械工业出版社和化学工业出版社），对合作出版社提出相关要求，包括为系列教

10、材提供资助资金的条件。对此，科学出版社、清华大学出版社和电子工业出版社做出了积极响应。2003年12月“系列教材编审委员会”听取了这三个出版社对出版这套系列教材的陈述报告，包括出版社的概况和出版自动化专业教材的实力，以及可为出版这套系列教材所能提供的资助条件和其他（如稿酬、资助经费的使用）等问题。“系列教材编审委员会”与各出版社进行了充分的对话和交流，最后以无记名投票的方式选择清华大学出版社为合作出版社。（3）由“系列教材编审委员会”协同合作出版社，着手策划教材出版的宣传工作（在“控制理论与应用”、“控制与决策”、“自动化博览”、“中国自动化学会自动化通讯”和“中国自动化控制网（）”上发布了招

11、标告示）。（4）由“系列教材编审委员会”公布计划出版教材的编写要求（分二批发布招标公告书），在全国范围内征集的作者人选，通过会议或通讯评审，确定相应教材编写的应标人选，确定教材编写的中标作者和资助金额，并与中标者签订出版合同（分二批签订合同）。（5）“系列教材编审委员会”负责组织对已出版的教材进行调研和审查。如果相关的教材内容较好或修订后内容比较合适，在作者和出版社同意的前提下，争取纳入本系列教材的出版计划。三、系列教材建设成效三、系列教材建设成效本系列教材自2006年陆续出版以来，总发行量50多万册，使用学校300多所，在全国高等学校自动化专业中影响广泛、深得好评、反响强烈。通过举办12期课

12、程研讨班，邀请40多位系列教材作者或专业行家，为近800多位专业教师讲解系列教材的内容和教学方法，对培养专业教师起到一定作用。使用本系列教材的学校有：清华大学、东北大学、浙江大学、上海交通大学、西安交通大学、北京航空航天大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、山东大学、上海大学、合肥工业大学、太原理工大学、南开大学、河北工业大学、华北电力大学、北京化工大学、广东工业大学、中国科学技术大学、国防科技大学、南京大学、中南大学、同济大学、华中科技大学、中山大学、武汉大学、重庆大学、天津大学、兰州大学、西北工业大学、西安电子科技大学、重庆交通大学、北京交通大学、北京科技大学、中国矿业大学、

13、电子科技大学、浙江工业大学、长春工业大学、杭州电子科技大学、南京工业大学、太原科技大学、东北电力大学、南京邮电大学、大连理工大学、西安理工大学、兰州理工大学、海军工程大学、空军工程大学、防空兵指挥学院、解放军电子工程学院、中国农业大学、南京林业大学、南京农业大学、海事大学、河海大学、大连海洋大学、北京信息科技大学、上海应用技术学院、安徽工业学院、中原工学院、山东科技大学、西安工程大学、桂林电子科技大学等200所以上的研究型和应用型高等院校。1 1、使用学校、使用学校电气信息类专业，如“自动化”、“电气工程及其自动化”、“电子信息工程”、“电子科学与技术”等专业。一些临近的相关专业，如“机电一体

14、化”、“系统科学与工程”、“计算机科学与技术”、“电气工程”、“机械工程”、“化学工程”、“能源工程”、“环境工程”和“管理科学”等专业也可能选用。2 2、使用专业、使用专业本系列教材强调了自动化专业的基本知识、基本概念、基本方法和基本思路，由浅入深、循序渐进，并且力求从物理概念出发而尽量避免复杂的数学推导，内容丰富而又简洁，增强了学生对学习自动化专业的兴趣和热爱，学生在短时间里可以掌握大量的自动化专业知识，提高了学生的学习效率，达到了“事半功倍”的学习效果。本系列教材列举有大量的工程实例，有利于开阔学生的视野，扩大学生的知识面，提高学生对自动化技术的认识，增强学生解决实际问题的能力，激发学生

15、的学习兴趣。学生普遍反映使用本系列教材教学效果良好，尤其是实例教学给人留下深刻的印象。使用过该系列教材的教师和学生普遍认为教材逻辑性强、概念清楚，思路清晰。3 3、使用、使用效果效果（1）本系列教材2006年被评为 “十一五”普通高等教育国家级规划教材。（申报“十二五”规划教材时却遭到不测）（2）本系列教材中控制论概念、方法与应用、自动控制原理（研究型），上下册、工程控制基础、运动控制系统等9本书20072011年间入选普通高等教育国家级精品教材。（3）“我国高等教育自动化专业人才培养面临的新问题与对策研究及实践”项目2008年获北京市教学成果一等奖、2009年获国家级教学成果一等奖（本系列教

16、材是获奖的重要内容）。（4）自动控制原理（研究型）2007年入选辽宁省精品教材、2008年获辽宁省自然科学学术成果二等奖；该教材课程“自动控制原理”2005年被评为国家精品课；该教材教改项目2009年获辽宁省教学成果一等奖和国家级教学成果二等奖。（5）现代控制理论（研究型）2009年入选辽宁省精品教材，配套的“现代控制理论习题集”2009年获辽宁省自然科学学术成果二等奖。4 4、获奖情况、获奖情况（6）现代控制理论（应用型）2009年入选普通高等教育国家级精品教材，作者谢克明教授2005年获山西省第三届普通高等学校教学名师奖。（7）控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用2008年入选国家

17、级精品教材，2007年获辽宁省学术成果一等奖；该教材课程“控制系统仿真与CAD” 2008年被评为国家级精品课；控制数学问题的MATLAB求解2008年获辽宁省学术成果二等奖。（8）控制系统设计作者何朕2011年获黑龙江省教学新秀奖、黑龙江省首届青年教师基本功竞赛优秀奖。（9）控制系统分析与设计2011年入选北京市精品教材，作者廖晓钟教授2009年获第五届北京市高等学校教学名师奖。（10）电力电子技术基础教材课程“电力电子技术”2007年被评为安徽省精品课。（11）电机与运动控制系统教材课程“电力拖动与运动控制”2008年被评为北京市精品课。（12）电机与拖动2007年入选普通高等教育国家级精

18、品教材，2008年获山东省本科类优秀教材一等奖。（13）系统建模与仿真2007年入选普通高等教育国家级精品教材，作者张晓华教授2008年获黑龙江省优秀中青年专家称号。（14）“嵌入式控制系统”2010年获河北省精品课程。（15）信号分析与处理教学实验2008年获安徽省教学成果二等奖。（16）系统与控制中的近代数学基础作者程代展研究员2008年获国家自然科学二等奖，2006年和2008年入选IEEE和IFAC Fellow。（17）“面向大类与创新人才培养，构建电气信息类基础课程集成教学平台”项目2009年获浙江省优秀教学成果一等奖（智能控制基础是获奖的支撑材料）。（18）线性系统理论1996年

19、获电子工业部优秀教材一等奖， 1997年获国家级教学成果奖二等奖。四、如何使用系列教材四、如何使用系列教材（1）明确课程的知识点。（2）从系列教材中选择相应的教材，以选择的教材作为“剧本”，教师扮演“编剧”和“导演”。（3）利用教材，根据要求的知识点，编写授课“脚本”。（4）根据授课“脚本”，传授知识点，利用一个知识点巩固另一个知识点，突出重要的知识点，告知知识点的应用。（5）善于总结知识点，尤其是一些必须牢记的知识点和一些知识点之间的潜在联系。在总结知识点给出一般性结论之前，最好能用例子对结论作形象解释（6）一门3学分的核心课程，每周两次一节课主讲，一次一节课复习或课堂讨论，复习或课堂讨论课

20、可以由助教主持。课程的硬约束：课堂互动、按时完成作业。1 1、结合讲授课程使用系列教材、结合讲授课程使用系列教材（7）一门核心课程，每周要求10小时以上课外阅读、复习和完成作业，要有课业压力。以快乐为宗旨的教育达不到预期的效果，教师对学生的要求四个字“不要抱怨”（No Whining）。（8）工具类课程训练要严格，最好能在课程过程中涉及设计环节或研究环节，通过教师指导设计或研究，获得实践效果。（9）课程可以要求写学期论文，即结合课程知识点写小论文（不写报告之类的东西）。（10）考试可以闭卷，也可以开卷，或者两者结合，开卷部分考试时间可以长达8小时，可以是几千字的写作，也可以是一道大习题。（11

21、）课堂讨论可以是正式的，即用一大节课的时间，命题是事先布置，也可以是非正式的，即在某节课的开始或快下课的时候，讨论一个知识点。讨论的问题教师要点评。（12）期末可以留出一节课，为考试出主意，实际上就是帮助整合知识点。（13）一门课程，教师是艰辛的，学生也是艰辛的，需要坚韧的内心，强大的意志和不竭的好奇心，要使课程有一个奇妙的过程。（1）一般情况下，教材的信息量会大于授课内容，教师要学会精选，选择择重要的、本质的。（2）不要顾及学时问题，要学会用少的学时讲授尽量多的知识点，解决途径就是不要什么都讲，要学会利用课堂互动贯穿知识点，或利用例题贯穿知识点，或利用课外题贯穿知识点，这样可以大大减少所用学

22、时。（3）要学会知识点的整合和相互利用。（4）要适时总结知识点，突出重要的知识点（甚至告知一辈子不能忘记的知识点）。2 2、处理好教材信息量与授课内容、处理好教材信息量与授课内容 与学时的关系与学时的关系（1）要选择与控制有关的例题，选用的例题要尽量覆盖更多的知识点，尽量不选用通信方面的例题。（2）教师对例题的使用目的要明确： 解释哪些知识点， 理解知识点的原理。（3）教师对例题要有实践感觉，最好能亲自重复例题的结果（如仿真实现），或者利用自已的经历的实例。（4）课后布置类似的练习题，让学生能亲身真正体会知识点的应用。（5）最好能演示例题的实现过程，不要只给出例题的结果或结论。（6）通过例题总

23、结知识点的本质，包括如何运用知识点去解决问题。3 3、教材中例题的选用和使用、教材中例题的选用和使用（1）应用型的教材没有真正做到脱胎换骨。真正应用型的教材应以提升就业核心竞争力为目标，现在仅仅是以写得易懂些而已。（2）没有成功实现CAI（Computer Aided Instruction，计算机辅助教学）式的教材。原本希望部分教材能实现在计算机辅助下，综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术，以对话方式向学生传授专业知识、安排教学进程、进行教学训练等，为学生提供良好的个人化学习环境，克服传统教学方式上单一、片面的缺点，缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，实现最优化的教学目标。

24、（3）实验类教材还不理想，更多的还是验证型实验，希望能提供更多的设计型、研究型、DIY型、创新型、无标准答案型的实验指导。目前的实验教材还不能密切配合主修教材的内容。（4）例题要以控制问题为主，不要非举通信的例子。（5）检测与传感器教材的革命，否则会失去学生的兴趣。现场总线内容不应纳入检测课程的内容，也不应纳入过程控制课程。（6）过程控制的重点应该是过程描述、控制性能分析、调节器构成与整定、系统组成等，计算机控制不一定要纳入过程控制的范畴。下面分析过程控制课程应该传授的知识点，然后按要求的知识点安排课程。4 4、系列教材存在的问题、系列教材存在的问题 有关有关时域分析的知识点时域分析的知识点

25、调节器响应 负荷阶跃响应 设定值阶跃响应 间歇调节器预置负荷响应 调节器优于PID调节器PId 调节器优于PID调节器PIDd 不同串级结构响应 前馈补偿的作用 有关过程描述的知识点有关过程描述的知识点 传递函数描述、状态空间模型描述、频率响应描述。 迟延加一阶时滞或积分环节可代表多数过程的模型，包括没有迟延的多时滞过程。 通常还可能要考虑非线性环节，如死区、环环、负阻、速率限制等。 有关控制性能评价的知识点有关控制性能评价的知识点 不强调振荡、稳定性和相位移分析，强调负 荷变化引起被调量偏差和误差积分分析。 不追求四分之一衰减振荡，以对称性和超调等特性为引导，追求生成不振荡的最佳响应曲线。 利用多回路改善控制，包括串级、比值、选择性 、均衡、协调、约束、可变结构等。 采用静态补偿、动态补偿、前馈补偿、迟延补偿、解耦等措施。 利用相对增益，选择被控变量。 有关控制系统组成的知识点有关控制系统组成的知识点0d1001ddftffftcmee tDCPIt PID调节器的规律调节器的规律 无相干扰的无相干扰的PID调节器调节器 有相干扰的有相干扰的PID调节器调节器IE100