結合大學生特點談“自動控制原理”的教學改進

摘 要深入分析當代大學生在學習過程中體現出的種種特點，結合“自動控制原理”課程的特點，從教學內容、教學方法和教學藝術3個方面有針對性地提出一些教學改進的思路和方法。經過近幾年的教學實踐證明，通過這一系列的改進，大大提高了學生的學習積極性，增強了學生的創新意識和能力，取得了令人滿意的教學效果。

關鍵詞 自動控制原理；大學生特點；教學內容；教學方法；教學藝術

中圖分類號：TP13 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2008）03－0067-03

Teaching Improvement of Automatic Control Theory in View of Characteristics of College Students//Liu Xianfei，Li Junhong

Abstract Kinds of characteristics appeared in learning courses of contemporary college students were deeply analysed. Some ideas and methods of teaching improvement about teaching content， teaching method and teaching art were proposed in view of characteristics of the course of Automatic Control Theory. Teaching practices in recent years show that students’ learning positivity are greatly improved and the consciousness and ability of innovation of students are enhanced through the series of teaching improvements. A satisfied teaching effect is acquired.

Key words Automatic Control Theory；characteristics of college students；teaching content；teaching method；teaching art

Author’s address College of Electrical Engineering， Nantong University， Nantong， Jiangsu 226019

“自動控制原理”課程[1]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[2]。該課程具有內容豐富、理論性強、涉及知識面廣、更新發展快等特點，具有一定深度和學習難度[3]。面對這樣一門課程，除了要求學生有扎實的基礎知識外，更重要的是要求教師能在教學過程中切實有效地提高學生的學習興趣和學習積極性。本文從當代大學生在學習過程中表現出的種種特點出發，結合“自動控制原理”課程的特點，探索出一些教學改進的思路和方法，并應用于教學實踐，取得了較好的效果。

1 教學內容改進

1.1 更加突出教學主線，注重內容的系統性從中學到大學1年級，長期的理論課學習使學生普遍養成了機械的應試學習的習慣。“自動控制原理”是一門理論性很強且有一定深度的課程，時間上又正好處于基礎課剛學完、專業課未接觸的階段，學生對學習方法尚未做出很好的調整。因此，從課后答疑情況看，學生應試學習的特點還比較明顯，反映出知識點理解的系統性較差，這在很大程度上影響了學習效果，且不利于后續專業課的學習。針對這種情況，筆者從2個方面進行改進。

1）更加突出“系統建模→系統分析→系統設計”的課程教學主線。系統建模、系統分析和系統設計是經典控制理論的3大環節，其中系統建模是系統分析和系統設計的基礎，系統分析準確與否又直接影響系統設計的結果。因此在課堂講解時，要充分強調3大環節的邏輯聯系，有效引導學生建立在系統中學習系統的概念。在這方面，筆者采取啟發加懸念式的教學。如在開始講解系統分析時，反問學生：有了系統數學模型為對象，如何分析系統性能的好壞？這就引出系統分析的問題。同時，在強調系統分析的重要性時，講清楚只有通過系統分析，才能定量地獲取系統性能指標，才能知道哪些性能指標不符合要求。這樣，后面的系統設計才有方向，由此留下系統設計的懸念。這種啟發加懸念式的教學不僅有利于學生建立系統學習的概念，而且能有效激發學生的學習興趣。

2）注重知識點之間的內在聯系，強調內容的系統性。“自動控制原理”包含的知識點較多，且概念抽象，分布在教學主線的3大環節中。學生應試性的學習容易將部分知識點割裂理解，這樣勢必會在對系統原理的理解上產生偏差。因此，在講解每個環節的過程中，不僅要講清楚各個知識點原理，還要重視知識點之間的關系。在這方面，筆者比較注重承上啟下舉例子的講解。如在講解根軌跡分析方法前，筆者往往會給出1個高階系統的例子，并試圖用傳統的時域分析方法進行分析。正當學生無所適從時引出根軌跡分析方法。這種方法不僅能讓學生搞清不同知識點之間的關系，而且能引導學生學習和思考如何利用工具，有助于提高學生分析問題的能力。

1.2 合理整合教學內容，適當擴展書本外知識處在當今信息化社會中的大學生，思維活躍、追求新意是他們的共同特點，對生活和學習2個方面都有著求新的愿望和要求。表現在學習上，一方面，比較厭煩過多講解和相關課程相交疊的知識點；另一方面，對任課教師的教學方法有著更高的要求，不僅僅要求獲得書中的知識，而且也想從教師的授課中獲得一些課外學不到的知識。針對學生的這個特點，筆者在“自動控制原理”講授過程中，一方面，通過對培養目標的再認識，對教學內容進行合理整合。如電氣專業開設的“自動控制原理”和“信號與系統”2門課，課程內容上存在一定的交疊，其中“信號與系統”是前修課程。對于數學模型中的信號流圖、采樣系統中的z變換和差分方程等交疊內容，原則是“不可不講，不可多講”，主要采用復習和啟發提問式的教學。這樣不僅可以引導學生加深對知識點的理解，同時也節約了寶貴的學時。另一方面，結合控制理論的發展，挑選一些符合課程要求的介紹性知識，在講課過程中結合知識點適當展開，以保持課程內容的先進性。除此以外，筆者利用課后固定的答疑時間，不定期地集中一次，開設專題，專門介紹控制領域的發展動態。這種方法擴大了學生的知識面，培養了他們探索科學技術的興趣，深受歡迎。

2 教學方法改進

2.1 將抽象的理論知識形象化當代大學生受實用主義及基礎課應試性教學的影響，普遍對純數學的抽象理論知識比較厭煩。“自動控制原理”課程理論性較強，涉及的數學知識很多，包括微分方程和拉普拉斯變換等內容，許多的結論都建立在數學推導的基礎上，學生普遍表現出興趣不大。尤其是數學基礎較差的更是覺得沒有希望。針對這種情況，筆者在教學過程中適當弱化數學的地位，突出關鍵性的推導步驟，弱化復雜的理論計算，引導學生將精力集中到概念的理解和方法的掌握上。同時，在課堂中引入MATLAB，將復雜的計算通過動態繪圖的方式體現出來。這樣做不僅有利于將抽象的理論計算形象化，而且在很多情況下可以進行直觀的比較分析。如講解時域分析時，強調時域指標的物理概念及推導方法，弱化繁雜的推導過程，借助MATLAB/SIMULINK進行階躍響應的動態演示，將抽象的理論推導通過動態曲線繪制的方式體現出來，并通過適當改變系統參數進行比較分析，強化學生對階躍響應曲線及時域指標的理解。實踐證明，這種借助MATLAB仿真的課堂教學方式將抽象理論變得生動直觀的做法，在很大程度上提高了學生的學習興趣和學習效率。

2.2 加強理論聯系實際由于應用性較強的專業課和理論性較強的專業基礎課相比，專業課給人感覺更加“實實在在”，且和將來的就業和工作關系更為直接，因此，大學生在學習中越來越體現出“重專業，輕基礎”和“喜應用，厭理論”的學習偏好。針對學生的這個特點，筆者在教學過程中不僅設法將抽象理論形象化，而且更注重理論和實際的聯系。這種聯系主要體現在例題和習題的講解中。在這方面，近幾年筆者做了一些改進，主要參考國外一些好的教材（如文獻[4]），在講解例子時，寧愿少舉一個例子，也要從數學建模開始，盡量將應用對象介紹清楚，這樣不僅有利于學生將所學知識點系統化，更重要的是給學生一個控制原理應用背景的介紹，使學生在學習過程中深入體會理論與實際的結合。

2.3 多媒體教學的改進隨著計算機的普及，多媒體教學手段的使用在大學里已非常普遍。多媒體教學的特點之一是信息量大，可以在較短的時間內，將較多的內容在課堂講述。但是，“自動控制原理”課程理論性很強，數學推導較多，從筆者近年的教學過程來看，如果采用多媒體為主的課堂教學方式，學生普遍感覺難以適應，反映出一些特點，如依賴性增強，課堂不做筆記，被動和疲憊，學習興趣下降等。針對這種情況，筆者對多媒體教學方式及時進行了調整。一方面，寧愿減小信息量，也要加強板書，適當弱化多媒體的地位，尤其是整塊的理論推導必須用板書給出；另一方面，加強多媒體與現代仿真技術的結合，主要將MATLAB和筆者的多媒體有機結合起來，使傳統的靜態多媒體動起來。通過這2個方面的改進和實踐，筆者發現，學生對課堂內容的理解以及課堂上的思維跟進得到很大的改善，課堂互動氣氛熱烈，大大提高了學生繼續深入學習的積極性。同時，學生對多媒體教學也不再感到疲憊，有些學生對動態多媒體，尤其是MATLAB的應用興趣濃厚，專門向筆者要了安裝盤回去自學。這不僅有利于學生拓展知識面，還為實踐教學打下基礎。

2.4 實踐教學的改進勇于創新、勇于質疑是當代大學生的一個鮮明特點，反映在具體學習需求上，就是不滿足死板的書本理論知識，希望理論學習能和實際操作結合起來，學會一定的實踐操作技能，增強理論知識的實際應用能力。“自動控制原理”課程理論豐富，又具有工程背景，在扎實理論教學的基礎上，加強實踐教學非常有助于培養學生理論聯系實際和實踐創新的能力。在這方面，筆者要求學生扎實理論驗證型實驗，鼓勵自主設計型實驗。理論驗證型實驗要求每位學生在實驗課規定時間內必須完成，在實驗報告中必須聯系所學相關理論進行數據分析；自主設計型實驗主要培養學生的創新能力。筆者有時會出一些要求外的題目，有時自由設計，不一定要求在實驗課規定時間內完成，只要學生有時間，就可以進入學院的開放創新實驗室進行設計。鼓勵辦法除了實驗打分外，更重要的是優先考慮參加“挑戰杯”或“電子設計競賽”等創新設計大賽的參賽資格。近年來，這種方法在其他一些專業基礎課的實踐教學中也得到了貫徹。從實踐效果來看，大大提高了學生實踐學習的積極性和實際動手能力，“挑戰杯”和“電子設計競賽”等學生課外科技競賽的成績也有了質的提高。有些學生甚至參與和教師合作課題研究，并發表科研論文。因此，這種實踐教學的改進不僅鞏固了學生對理論知識的理解和掌握，更重要的是大大提高了學生自主創新的興趣和能力。

3 教學藝術的改進

獨生子女的家庭環境使當代大學生較多地帶有一些以自我為中心的意識。他們表現出較強的好勝心和自尊心，但承受挫折和打擊的能力較差。同時，他們在傳統的以升學為唯一目的的教學模式下受訓多年，造成的學習依賴性使他們難以自發調整自己，克服學習困難。“自動控制原理”課程對數學基礎相對薄弱的學生來說，學習起來具有較大的難度，在挫折面前，這部分學生容易產生放棄心理。但是從學生調查結果看，這些學生并不是不想學，他們心里也比較焦急。在這種情況下，如果教師采取批評為主的教育方式，尤其是當眾批評，很容易在學生中產生逆反心理，再加上焦急情緒，就加快了他們放棄學習的步伐。在這方面，筆者總結以往的經驗教訓，采用“多鼓勵，少棍棒”的方法，做到不當眾批評，利用課間休息時間或答疑時間，單獨談話，談話內容主要以鼓勵為主，并主動在答疑時為他們開小灶，引導他們問出問題，從而了解他們的薄弱點，對癥下藥。這樣一來，對課程內容的理解加大了他們的學習成就感，學習興趣慢慢提高，同時輔以學習方法的引導，增強他們的自學能力，降低學習依賴性。實踐證明，這種改進效果明顯，一部分學生在答疑時不僅能大膽問出問題，還表現出很強的和教師談心的渴望，這反過來又能擴大教師獲取學生學習信息的渠道，更好地改進教學。

4 結束語

當代大學生不管在生活上還是學習上，個性鮮明，反映出明顯的時代特征。實踐表明，采用傳統的思路進行教學改進，不僅不能起到很好的效果，反而壓制學生的主動創新心理。本文針對當代大學生在學習上表現出的種種特點，結合“自動控制原理”課程的特點，總結以往教學改革的經驗和方法，得出一些新的教學改進思路。經過近幾年的教學實踐表明，這些經驗和方法起到了較好的效果。當然，這些教學方法在今后的教學過程中還需不斷地完善。

參考文獻：

[1]胡壽松.自動控制原理[M].4版.北京:科學出版社，2002

[2]李俊紅，姜平，周根榮.“自動控制原理”教學改革探索與實踐[J].中國教育技術裝備，2007(9):18-19

[3]王永華，孫貴根.專業基礎課的教學與創新能力的培養[J].中國科技信息，2006(10):249-250

[4]Dorf C R，Bishop H R.現代控制系統[M].9版.北京:科學出版社，2002