教学单位：土木工程学院 专业名称：智能建造专业

案例类型：自编 课程名称：自动控制原理

授课教师：张亚淼             授课对象：本科生

课程介绍：《自动控制原理》是智能建造及相关专业的一门核心课程，旨在通过对自动控制理论及其应用的深入讲解，帮助学生掌握自动控制的基本原理、方法和技术，培养学生的实际问题分析和解决能力。该课程通过结合现代自动控制技术与智能建筑、机械系统、能源管理等应用领域，帮助学生将控制理论与实际工程问题相结合，进一步提高其在工程技术领域的创新与实践能力。

课程特色：

1. 理论与实践相结合：

  本课程不仅强调理论知识的传授，同时注重与实践的结合。通过案例分析和实验课程，学生能够将所学的控制原理应用到实际工程项目中，培养其分析、设计与优化控制系统的能力。课程涉及的项目包括智能建筑自动控制、能源管理系统、工业自动化控制等，确保学生对自动控制在现代工程中的实际应用有深刻的理解。

2. 跨学科交叉融合：

  课程内容不仅涵盖自动控制的基本理论，还涉及与建筑、能源、智能制造、交通等领域的深度融合。通过案例讲解与实际项目的结合，学生可以了解自动控制技术如何为智能建筑、绿色能源、城市交通等行业提供技术支持，拓展其在跨学科领域的应用视野。

3. 系统思维与创新能力培养：

  课程着重培养学生的系统思维能力。通过多种控制策略（如模糊控制、最优控制、自适应控制等）的学习与实践，学生能够掌握复杂系统的建模与设计方法，具备独立解决复杂工程问题的能力。此外，课程强调创新思维的训练，鼓励学生在自动控制领域提出新的解决方案，提升其创新能力。

4. 实验与项目驱动学习：

  通过实验课程和项目驱动的学习方式，学生在实际操作中体验控制系统的设计与实现，增加动手能力。例如，通过设计并调试一个智能建筑自动控制系统，学生能够深刻理解控制理论的实际应用，掌握如何从理论到实践进行系统设计与优化。

5. 与行业需求对接：

  本课程紧密结合当前行业发展趋势，如智能建筑、绿色能源、工业4.0等，确保学生所学的内容具有实际的行业背景和应用价值。课程内容的更新与时俱进，确保学生能够掌握最新的自动控制技术，满足未来行业的需求。

案例背景：

随着可持续发展理念的推广和绿色建筑的兴起，建筑行业的智能化和节能化成为了发展的核心趋势。绿谷大厦是市中心一座大型绿色综合性建筑，建筑总面积达12万平方米，包含办公、商业、酒店和公共休闲区域，是一座集智能化、绿色环保与节能管理为一体的高端智能建筑。项目方期望通过先进的自动控制原理与系统设计，提升建筑的能效、环境舒适度、安全性以及用户体验，最终通过国际绿色建筑认证（LEED和BREEAM）为建筑行业提供创新示范。

案例描述：

1. 课程教学目标

该案例的教学目标是通过引入实际的智能建筑自动控制系统应用，帮助学生深入理解自动控制原理在智能建筑、绿色建筑等领域的应用，增强学生的工程实践能力、创新能力和系统思维能力。具体目标包括：

（1）理解控制系统基本理论与现代控制技术。

（2）掌握如何将自动控制原理应用于建筑、能源管理、环保等领域的实际工程问题。

（3）培养学生在设计、分析与优化控制系统方面的能力。

（4）引导学生探索创新的解决方案，尤其是在智能建筑与绿色建筑的结合上。

2. 教学内容

该案例涉及的教学内容主要包括以下几个方面：

（1）自动控制原理：介绍经典控制理论、现代控制方法（如模糊控制、自适应控制、最优控制等）及其应用。

（2）智能建筑系统：阐述智能建筑的基本组成，包括环境控制系统、能源管理系统、安防系统、楼宇自动化平台等。

（3）绿色建筑与智能化管理：结合绿色建筑的要求，讲解如何通过自动控制技术提高能源效率，减少碳排放，实现绿色可持续发展。

（4）控制系统设计与优化：结合案例分析，讲解如何设计一个多功能、智能化的控制系统，并进行性能优化。

（5）跨学科应用：分析智能建筑中自动控制技术如何与建筑、环境工程、信息技术等多学科知识融合应用。

3. 教学方法

为了达成教学目标，本案例的教学方法将采取以下策略：

（1）案例导入法：通过真实案例“绿谷大厦”项目的介绍，激发学生兴趣，让学生通过具体问题学习自动控制原理。

（2）项目驱动法：将课程内容与实际项目相结合，学生通过分组参与项目设计与分析，进行控制系统的建模与优化，培养实际操作能力。

（3）翻转课堂：在传统课堂教学外，通过课后小组讨论和网络学习平台进行深入讨论和知识巩固，鼓励学生自主学习和团队合作。

（4）实验教学：通过在教学实验室进行控制系统的模拟与调试，让学生将理论知识转化为实践操作，提高实验操作和问题解决能力。

（5）企业参与法：邀请建筑与自动化控制领域的专家，分享最新行业动态与技术发展，让学生了解行业前沿技术和应用。

4. 教学实施过程

（1）第一阶段：课程导入与知识铺垫 在课程的前两周，教师将介绍自动控制原理的基本概念和控制方法，包括系统建模、稳定性分析、时域和频域分析等基本内容。同时，介绍智能建筑的背景及其面临的控制问题，为后续的案例分析奠定基础。

（2）第二阶段：案例分析与系统设计 在教学的中期阶段，通过“绿谷大厦”案例引入具体的控制系统应用问题。案例分析将详细讨论该建筑的控制需求、问题分析、解决方案和实施效果。学生将通过小组讨论的形式，设计一个适合该项目的控制系统，涉及自动调节空调、照明、能源管理和故障预警等内容。教师提供相关技术资料与设计指导，帮助学生掌握控制系统设计与优化的方法。

（3）第三阶段：实验教学与实际应用 在教学的后期阶段，学生将在实验室进行控制系统的搭建与调试，通过模拟智能建筑的环境控制系统，学习如何应用控制理论解决实际问题。通过实验反馈，学生将改进设计，优化系统性能。

（4）第四阶段：总结与思政融入 在课程的最后阶段，教师将组织课程总结与思政教育环节，结合智能建筑控制系统的社会意义，讨论自动控制技术如何服务于绿色建筑、低碳社会建设等国家战略目标，增强学生的社会责任感和创新精神。

5. 教学创新

（1）行业案例与前沿技术结合：通过引入智能建筑和绿色建筑的最新行业案例，将理论知识与实践紧密结合，增强学生的行业认知，培养他们的创新思维。

（2）多学科融合教学：课程结合建筑、能源、信息、自动化等多个学科领域的知识，培养学生跨学科的综合能力。

（3）智能化教学方法：通过网络平台、翻转课堂、小组讨论等形式，鼓励学生自主学习和合作，提升学习的深度和广度。

6. 思政融入

在课程实施过程中，教师注重将思政元素融入到教学中，帮助学生树立正确的价值观：

（1）绿色环保与社会责任：通过“绿谷大厦”项目案例，强调绿色建筑和可持续发展对于社会的深远意义，培养学生的社会责任感。

（2）科技创新与国家发展：结合当前科技创新的热点，讲解自动控制技术如何推动智能建筑、能源管理等领域的发展，鼓励学生为国家的现代化建设贡献力量。

（3）团队协作与集体主义精神：在项目设计和小组讨论中，强调团队合作与集体主义精神，培养学生的团队合作意识和责任感。

7. 教学评价

课程评价体系采用多维度的评价方法，具体包括：

（1）课堂表现与参与：通过学生在课堂中的积极参与和讨论，评价其对自动控制原理的掌握程度以及在团队合作中的表现。

（2）作业与项目设计：根据学生在项目设计中的创新性、可行性和系统优化方案进行评估。

（3）实验报告与演示：通过实验报告和控制系统调试演示，评价学生的实验操作能力和问题解决能力。

（4）期末考试与综合测试：通过理论考试和综合案例分析，评估学生对自动控制原理的综合掌握水平。

（5）同行评价：鼓励学生进行同行评审，互评项目方案与设计，增强批判性思维和自我改进能力。

反思与总结：本案例通过介绍智能建筑自动控制系统在绿谷大厦项目中的应用，详细展示了自动控制原理如何在实际工程中解决实际问题，提升建筑的能效、环境舒适度及系统效率。通过系统集成、智能控制算法的应用和绿色能源的优化利用，本项目不仅达到了节能减排的目标，还提升了用户的舒适体验。通过系统的理论学习、跨学科的实际应用、创新能力的培养以及行业需求对接，为学生提供了一个涉及现代控制技术、楼宇自动化、物联网应用和绿色建筑的综合教学案例和全面了解自动控制技术及其应用的机会，并为其未来的工作和研究打下坚实的基础。