“自動控制原理”教學改革探索與實踐

摘 要為了適應新形式下教育發展的需要，對“自動控制原理”課程進行了一系列的改革：在課堂教學方面引入MATLAB軟件，并實施啟發式的課堂教學手段，提高了課堂效率和教學效果；在實驗教學方面改革傳統的實驗內容，引入3種層次的實驗項目；充分利用現代技術手段，建立網上教學系統，推進精品課程建設。教學實踐表明，通過這些改革，提高了學生學習的積極性，培養了學生的創新能力。

關鍵詞 自動控制原理；教學方法；教學改革；精品課程

中圖分類號：TP13文獻標志碼：A文章編號：1671-489X（2007）09－0018-02

“自動控制原理”課程是自動化學科各專業的重要專業基礎課程，也是許多工科專業的主要專業基礎課程。該課程全面闡述自動控制的基本理論與應用，理論嚴謹，系統性強，并富有工程性[1]。它需要學生具有較扎實的數學基礎，包括微分方程、復變函數、拉普拉斯變換和Z變換等。該課程不僅可以為各專業的后續專業課程的學習打下堅實的基礎，而且對于培養學生的辯證思維能力和創新能力，提高綜合分析問題、解決問題的能力等方面，都具有重要的意義。

為了適應控制技術和控制理論發展形勢的需要和新時期對人才培養提出的新要求，自動控制原理教學方法與手段的改革應受到重視，在教學中，注重使用先進的教學方法，合理運用多媒體、網絡等現代信息技術手段，并改革實驗教學的形式和內容，提高教學效率，使“自動控制原理”的課程建設和教學質量上一個新的臺階。

1 課堂教學方法與手段改革

1.1 引入MATLAB軟件，提高課堂教學效率

由于“自動控制原理”理論性較強，講授過程中要進行大量的推導。在以往的教學過程中，往往是教師在黑板上對理論進行板書講解，學生邊聽邊做筆記。這種教學方法，使學生感到該課程內容抽象，難以理解，更不清楚所學的理論知識在工程實踐中如何應用。而且，在講根軌跡、頻率特性等章節時，往往要在黑板上畫許多圖，若采用粉筆繪圖，要把曲線表現清楚，需要借助很多彩色粉筆，單是繪圖方面就需要大量時間。因此，如何提高課堂效率，使課堂變得生動，是教師應該考慮的很重要的問題。

MATLAB仿真軟件是目前最流行的控制系統數字仿真軟件，它可以方便地完成控制系統建模、分析和設計中各種復雜的數學計算，實現控制系統的仿真運行[2]。MATLAB強大的計算功能、豐富的色彩表現力，可以輕而易舉地繪制出所需要的曲線，而且能動態演示曲線的生成，可以給學生留下深刻的印象，增加學生學習的興趣。在課程建設中，把MATLAB作為一種基本工具與教學內容有機結合，用于控制系統分析、計算、設計和仿真，使教學及實驗效果、效率均有明顯提高。

比如，在講根軌跡這一章時，要讓學生清楚的看到根軌跡的各個分支，需要用不同的粉筆去描述，作圖速度相對比較慢，講課效率較低。尤其在講述“附加開環零點的作用”這一節時，如果要讓學生了解開環零點的作用，至少要選取2個附加開環零點，再加上繪制原來的系統根軌跡，至少要繪制3次根軌跡圖，講課效率較低。如果采用MATLAB講述，只需要幾個命令，就可以得出3種情況的根軌跡，可以讓學生更加形象地看到開環零點對系統性能的影響。

1.2 實施啟發式的教學方法

在教學過程中，加強創新精神和創造能力的培養，改革原先的“灌輸式”和過分偏重講授的教學方法。重視學生在教學活動中的主體地位，充分調動學生的積極性、主動性和創造性[3]。

通過啟發式、問題式教學方法運用于課堂教學中，鼓勵學生發表自己的見解，調動學生的學習積極性，促進學生積極思考、解決問題的能力，讓學生帶著問題去學，不僅可以提高學生的學習興趣，更重要的是培養了他們發現問題、分析問題、解決問題的意識和能力。比如在講系統性能的分析時，可以設置幾個小問題，讓學生思考閉環零、極點對系統的穩定性、超調量、調節時間等性能有何影響，這樣可以讓他們利用剛剛學過的知識來分析問題，同時也是對學過知識的溫習和利用，提高他們綜合分析、解決問題的能力，促進學生創新思維和創新能力的培養。

2 推進實驗教學改革

實驗教學是“自動控制原理”整個教學體系中不可忽視的重要環節，在實驗課程體系的總體規劃上應遵循：既要培養學生分析問題、解決問題的能力，又要重視培養其思維能力和創新能力[4]。

目前，我們的實驗包括3個層次，一種是MATLAB軟件的仿真實驗，可以充分利用MATLAB軟件的方便特性，很直觀的看到實驗結果，驗證課堂上學過的理論知識，節省實驗時間。

第二種是利用自動控制原理實驗箱，要求學生有一定的動手能力。比如在做頻率特性實驗時，要求學生能夠利用實驗箱上的模擬電路單元，通過接線的方式先把模擬電路搭建好，然后利用上位機提供的虛擬示波器與信號發生器功能，完成一階系統和二階系統的開環頻率特性測量。

第三種是更深層次的，讓學生直接可以看到模擬工業現場的過程控制實驗裝置，進行實際的現場調試和控制。比如可以通過液位對象的調試過程，真切體會到控制器參數對系統性能的影響，更好地將學過的自動控制原理知識應用于實踐，通過接觸DCS這樣的先進控制系統，為以后走上工作崗位打下堅實基礎。

3 充分利用現代技術手段，推進精品課程建設

隨著計算機網絡、現代通信及多媒體技術的發展，將現代化手段融入到教與學的環節中，提高教學的質量，已成為當前高等教育發展過程中的一大特點[5]。因此，我們推進建設“自動控制原理”精品課程，在功能上涵蓋了包括課前預習、課堂教學、課后復習、實踐教學等整個教學的各個環節，充分拓展課堂有限的教學空間，使得學生補充和完善學習過程中的薄弱環節，提高學習興趣。

教師把教學資源信息發布到網上，如課程介紹、教學大綱、授課教案、教學日歷等信息。學生可以瀏覽網站中的各個模塊，了解課程的重點、難點，還可以及時了解教師的上課進度，復習課堂教學內容。另外，除了發布課堂布置的作業外，還要有一部分稍有難度的補充題，這可以讓一部分學有余力的學生除掌握課堂的教學要求外，更深入地去掌握一些相關知識。此外，還要著手建立師生的互動板塊，包括答疑教室和討論區。對于教師來說，可以根據學生們提出的問題，及時發現教學中的不足，并做相應的調整與改進；教師輔導答疑時，也不用再受時間空間的限制。

4 結束語

在“自動控制原理”課程建設中，通過教學方法與手段改革，改革傳統的教學觀念、教學方法和教學手段，注重使用先進的教學方法，合理運用現代信息技術手段，推進課堂教學、實驗教學等改革，在實踐教學中取得了較好的成效。不過，這是一個龐大而復雜的系統工程，在今后的教學中還需要進行不斷地完善。

參考文獻：

[1]梅雪， 羅益民， 夏美娟. 基于MATLAB的“自動控制原理”課程建設[J]. 電氣電子教學學報，2005，27(2):22-24

[2]袁新娣. “自動控制原理”課程教學改革與實踐[J]. 宜春學院學報（自然科學），2006，28(6):67-69

[3]王燕芳，宋輝.MATLAB數字仿真在“自動控制原理”教學中的應用[J]. 鄭州航空工業管理學院學報（社會科學版），2006，25(2):179-181

[4]鄭明方. 關于自動控制原理課程教學改革的思考[J].江蘇工業學院學報，2005，6(2):82-83

[5]毛海杰， 李煒， 劉微容. 自動控制原理網上答疑系統的設計策略[J].甘肅科技， 2006，22(12):54-56