“自動(dòng)控制原理”多模式融合的教學(xué)方法探索

摘要：以培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才為目標(biāo)，針對(duì)“自動(dòng)控制原理”課程進(jìn)行了多模式融合的教學(xué)方法探索。討論了傳統(tǒng)的教學(xué)模式與探究式教學(xué)模式的融合在該課程中的應(yīng)用，并針對(duì)課程特點(diǎn)進(jìn)行了教學(xué)方法的優(yōu)化和教學(xué)手段的多樣化綜合，在加強(qiáng)基礎(chǔ)教學(xué)的同時(shí)，更好地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理 多模式 教學(xué)

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2012）11（a）-0081-01

“自動(dòng)控制原理”是高校電子類、機(jī)械類及其相關(guān)工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及的專業(yè)面十分廣泛，在專業(yè)課程體系中占有十分重要的地位[1～2]。該課程具有以下特點(diǎn)：課時(shí)較多，理論性強(qiáng)、信息量大、涉及的知識(shí)面廣以及內(nèi)容抽象難理解等，是一門既難學(xué)又難教的課程[3]。探討自動(dòng)控制原理課程有效的教學(xué)方法與模式有利于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量以及培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。

1 教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)方法與模式主要是“傳遞-接受”式，該模式以傳授系統(tǒng)知識(shí)和培養(yǎng)基本技能為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)作用，常常會(huì)導(dǎo)致一種教師向?qū)W生單向傳遞的效果。如果在教學(xué)過程中過多采用這種教學(xué)模式，容易形成“滿堂灌”的結(jié)果，使得教學(xué)效果不理想，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

探究式教學(xué)模式是一種不同于“傳遞-接受”式教學(xué)模式的教學(xué)方法，以問題的解決為中心，注重學(xué)生的獨(dú)立活動(dòng)，著眼于學(xué)生的思維能力的培養(yǎng)[4]。這種教學(xué)模式的基本方法是：?jiǎn)栴}—假設(shè)—推理—驗(yàn)證—總結(jié)—提高。即首先由教師精心設(shè)計(jì)，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，然后組織學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行探討和研究，進(jìn)行猜想和假設(shè)性的解釋，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或進(jìn)行理論驗(yàn)證，最后針對(duì)解決方法進(jìn)行總結(jié)。這種教學(xué)模式把傳統(tǒng)的被動(dòng)式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)式的學(xué)習(xí)。合理的設(shè)計(jì)或引導(dǎo)學(xué)生提出問題是探究式教學(xué)模式在自動(dòng)控制原理課程中應(yīng)用的關(guān)鍵所在。因此，適當(dāng)采用探究式教學(xué)模式是自動(dòng)控制原理教學(xué)方法的一種有效的嘗試。

2 教學(xué)方法的優(yōu)化

2.1 理論教學(xué)與仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)合

自動(dòng)控制原理課程教學(xué)中涉及大量的理論推導(dǎo)和方法介紹，根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生即便掌握了基本的計(jì)算方法也較難理解其物理意義，不容易和實(shí)際中的控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，造成理論與實(shí)踐脫節(jié)。國(guó)外優(yōu)秀教材每章都利用MATLAB軟件[5]，進(jìn)行實(shí)例和習(xí)題仿真，以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。因此，借鑒國(guó)外的先進(jìn)教學(xué)方法，利用MATLAB編制的.m程序和Simulink工具箱建立一套仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，建立一組演示性的仿真實(shí)驗(yàn)，其目的在于形象生動(dòng)的表示控制系統(tǒng)的各種性能。仿真演示實(shí)驗(yàn)覆蓋自動(dòng)控制原理幾乎所有教學(xué)內(nèi)容：時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法、離散系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)等。

2.2 強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用背景

在自動(dòng)控制原理課程的教學(xué)過程中應(yīng)注意該課程的理論性和實(shí)踐性并重的特點(diǎn)，多結(jié)合工程實(shí)際舉例講解，如溫度控制系統(tǒng)，直升機(jī)反饋控制系統(tǒng)等。針對(duì)工程實(shí)際系統(tǒng)，介紹清楚其模型參數(shù)的物理意義，從而使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)如何建立一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的物理模型，以及如何根據(jù)物理模型建立抽象的數(shù)學(xué)模型。這樣既可以做到理論聯(lián)系實(shí)際又可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.3 嘗試開展雙語教學(xué)

雙語教學(xué)是國(guó)家教育部自2001年以來提出的關(guān)于提高本科教學(xué)質(zhì)量的意見之一，是我國(guó)高等教育適應(yīng)國(guó)際化的需要。自動(dòng)控制原理作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，適用范圍廣，完全有必要在部分學(xué)生中開展雙語教學(xué)。

雙語教學(xué)的開展可以在一部分班級(jí)和學(xué)生中試行，學(xué)生通過自愿選擇的方式進(jìn)行雙語課程的學(xué)習(xí)。雙語教學(xué)的課時(shí)應(yīng)較普通課程適當(dāng)增加，并且教師應(yīng)為學(xué)生準(zhǔn)備一定量的課外英語閱讀參考文獻(xiàn)，文獻(xiàn)的以與課程的相關(guān)的科普內(nèi)容為主，以便學(xué)生在課外熟悉和掌握課程中常用的英語詞匯，有助于課堂教學(xué)。雙語教學(xué)應(yīng)采用英文原版教材，有助于學(xué)生習(xí)慣采用英語的思維思考和解決問題。另外，在基本教學(xué)之余教師可在課堂上介紹一些本領(lǐng)域國(guó)際最新的研究成果，以開闊學(xué)生的視野，激發(fā)他們對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。

3 教學(xué)手段多樣化

3.1 板書與多媒體結(jié)合

單一采用板書或多媒體的教學(xué)手段不適合自動(dòng)控制原理課堂教學(xué)。多媒體教學(xué)作為傳統(tǒng)板書教學(xué)的輔助手段，二者結(jié)合使用，形成互補(bǔ)。采用板書進(jìn)行原理介紹、公式推導(dǎo)等有利于學(xué)生清晰地掌握求解過程；利用多媒體工具形象、生動(dòng)和高效等特點(diǎn)，進(jìn)行MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)的演示，工程實(shí)例的圖片或視頻和國(guó)外最新研究成果的展示等。

3.2 遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)

通過網(wǎng)絡(luò)建立自動(dòng)控制原理課程的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合了教學(xué)大綱、電子教案、精品課程，名師授課錄像、模擬仿真實(shí)驗(yàn)、習(xí)題測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)，以及論壇交流等功能。有助于發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，充分利用課后時(shí)間對(duì)已學(xué)內(nèi)容的復(fù)習(xí)鞏固以及后續(xù)內(nèi)容的預(yù)習(xí)。論壇的設(shè)置一方面有利于學(xué)生之間相互交流和討論；另一方面有助于教師和學(xué)生的互動(dòng)，幫助學(xué)生及時(shí)解決學(xué)習(xí)中遇到的難題，并且從一個(gè)側(cè)面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

3.3 突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)課程對(duì)于自動(dòng)控制原理的教學(xué)至關(guān)重要，考慮到該課程與“信號(hào)與系統(tǒng)”課程內(nèi)容上有一定的重復(fù)和銜接，但又各自獨(dú)立。“信號(hào)與系統(tǒng)”針對(duì)普遍意義的系統(tǒng)，偏重理論計(jì)算，很少涉及具體系統(tǒng)；“自動(dòng)控制原理”是針對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論和應(yīng)用，偏重理論與實(shí)際的結(jié)合。因此，綜合兩門課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，單獨(dú)開設(shè)16學(xué)時(shí)的“自動(dòng)控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)課程。這樣有助于學(xué)生融會(huì)貫通兩門課程的知識(shí)，掌握各自的重點(diǎn)。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置多為基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，雖然有助于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的鞏固和驗(yàn)證，然而隨著教學(xué)改革和實(shí)踐的探索，以及新時(shí)代對(duì)創(chuàng)新人才的需求，強(qiáng)調(diào)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)勢(shì)在必行。如針對(duì)水槽的水位控制系統(tǒng)進(jìn)行校正，教師給每個(gè)學(xué)生設(shè)定不同的控制目標(biāo)，學(xué)生設(shè)計(jì)校正裝置到達(dá)控制目標(biāo)，該實(shí)驗(yàn)涉及對(duì)象模型建立、時(shí)域或頻域分析方法、系統(tǒng)校正方法等內(nèi)容，涵蓋了自動(dòng)控制原理多章的教學(xué)內(nèi)容，綜合性和設(shè)計(jì)性較強(qiáng)。對(duì)于學(xué)生來說，必須全面掌握基礎(chǔ)知識(shí)，并且靈活運(yùn)用，以及充分發(fā)揮主動(dòng)和創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)

[1]吳曉蓓.“自動(dòng)控制原理”課程講授的幾個(gè)要點(diǎn)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2005（9）：28-30.

[2]李振龍，喬俊飛，孫亮，等.自動(dòng)控制原理課程體系結(jié)構(gòu)和教學(xué)方法探討[J].教學(xué)研究，2009：66-68，72.

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[5]Richard C D，Robert H B.Modern Control System（10th edition）[M].北京：科技出版社，2007.