“自動控制原理”課程教學改革與實踐

摘要：為了適應新形勢的要求，提高“自動控制原理”課程的教學質量，就“自動控制原理”課程的講授內容、教學方法、考核形式、網絡課堂等方面進行的改革與實踐作了詳細的介紹，其研究成果在教學實踐中取得了良好效果。

關鍵詞：自動控制原理；教學改革；實踐

作者簡介：范為福（1955-），女，天津人，中原工學院電子信息學院，教授；王雙紅（1978-），女，河南長垣人，中原工學院電子信息學院，講師。（河南鄭州450007）

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）06-0088-01

“自動控制原理”課程是電類、控制類、機械類等專業必修的技術（專業）基礎課程，是本科生學習后續專業課程和研究生課程的重要理論基礎，在整個課程體系中有承上啟下的作用，同時也是通向自動控制這一高科技殿堂的第一個臺階。該課程的主要任務是通過對控制理論知識的學習，使學生樹立“系統”的概念和全局的觀點，培養學生對控制系統的設計能力、工程實踐能力和創新意識。隨著科學技術的迅猛發展和信息時代的到來，自動控制理論的內容越來越豐富、信息量大、更新發展很快，在這種形勢下，教學內容應及時地吸收自動控制領域的新成果、新技術，摒棄陳舊內容，“自動控制原理”課程的教學改革勢在必行。

一、從控制理論的核心體系出發，精選授課內容的主線

“自動控制原理”是一門理論性、實踐性和綜合性都比較強的課程，其內容豐富、概念抽象、理論性強、涉及知識面廣、信息量大，是具有一定深度和學習難度的課程，內容多、學時少的矛盾非常突出，學生普遍感到有一定的難度。如何在有限的課時內讓學生熟練掌握控制理論的基礎原理，精選教學內容，提高教學質量，加強學生的能力培養，成為本課程改革的關鍵。教學改革思路是從控制理論的核心體系出發，以系統建模→系統分析→綜合設計作為課程主線，突出控制系統分析與設計的共性規律和基本方法，強調工程背景，注重理論聯系實際，突出分析與解決能力的培養。

為了解決“自動控制原理”課程內容多、學時少的矛盾，必須精選教學內容。所謂精選教學內容，就是以“自動控制原理”課程教學大綱為依托，根據各專業的實際需要，精選出教學大綱中的重點內容。在課程中，突出重點和難點，將基本概念、基本原理和基本方法講深講透，使教學內容有深度。控制系統分析與設計的主要內容和重點是研究系統的特性，即穩定性、動態特性、穩態特性。穩定性、快速性、準確性是對控制系統的基本要求，也是系統性能的重要指標。“穩、快、準”貫穿了時域分析、根軌跡分析和頻域分析方法的始終，也是系統綜合設計要滿足的性能要求。在課程的學習中，要抓住穩、準、快這條線，建立各種系統分析與設計方法之間的聯系，可以使學生統觀全局，把握研究方向。另外，隨著新技術新方法的不斷涌現，已很少應用或不再使用的傳統的經典控制理論的一些方法則要完全刪除。對于教學大綱中規定的了解內容和一般性了解內容，則略講，或作為學生的自學內容，讓學生課余自學，這樣，不但培養了學生自學能力和獨立思考解決問題的能力，而且還節省了課內的學時。例如目前廣泛使用的MATLAB軟件，由于它的控制工具箱（control toolbox）與集成圖形界面環境SIMULINK為控制系統的計算與仿真提供了一個強有力的工具，因此可以改變在以往的教學過程中占用了大量的課時介紹如何繪制系統的根軌跡、頻率特性等曲線的現象，現在只需要在講清楚繪制這些曲線原理的基礎上，讓學生掌握簡單的系統根軌跡、頻率特性等曲線繪制，對于復雜的情況，可以讓學生使用MATLAB軟件提供的相應函數命令實現這些曲線的繪制，這樣一來課程的重點就可以放在如何應用根軌跡法和頻域分析法進行工程分析與設計上。

二、改進教學方法，提高課堂教學效率

目前，學生獲取知識的能力較過去相比有明顯的提高，特別是在信息處理能力、人際交往溝通能力和對社會的適應能力提高等諸方面較為顯著。尚顯不足的是，自學能力不強，應用知識的能力相對較弱，因此，如何提高課堂教學和實驗教學效果，激發學生學習知識的興趣和熱情，提高學生用所學過的知識去分析問題、解決問題的能力，要求我們要去大膽實踐和逐步完善。

課堂教學是理論教學的主體，直接關系到教學質量的高低。以基本概念、基本方法為主線，由淺入深地引出要點；因材施教，根據不同層次的學生適當調整講課內容和深度；采用雙語教學；將控制理論的最新研究成果和動態介紹給學生等等，都是我們在課堂教學中一直堅持的。為提高教學效果和水平，在課程內容設計上做了大量工作。課程組成員對各章的基本內容都進行了深入剖析，找出其關鍵內容、重點和難點。課后要求學生閱讀參考書和做一些概念性強的習題，這樣可以使學生鞏固對課堂上所學知識的理解和掌握，激發學習興趣，引導自主學習，同時對學生也有一定的約束力和督促作用。而教師則可通過課堂練習和課后作業的信息反饋，了解學生對已學內容的理解和掌握情況，并依此及時糾正學生在基本概念和方法理解上的偏差，調整課堂教學的進度。另外，我們開發了“自動控制原理”課程的網絡課堂，充分利用校園網絡和網絡教學多媒體課件進行網上輔助教學。在網絡中，學生可以利用網絡的交互性、檢索性等特點來選擇自己需要的內容進行獨立學習。基于此，我們將教學大綱、教案、習題等教學內容制成網絡版，從而建立一套自主的、有選擇的學習機制，讓學生在課余時間，在網上進行學習，激發其學習的主動性、創造性。

三、改革實驗教學內容，培養學生實際動手能力

“自動控制原理”課程理論性強，不易理解，加強本課程的實驗環節有助于加深對理論知識的理解，使學生在學習控制理論知識的前提下，建立和掌握控制系統建模、系統分析、系統設計等基本理論和方法。通過實驗環節，既要幫助學生增強感性認識，加深理解，強化系統概念，又要培養學生自己動手操作，獨立思考的習慣，使之進一步提高分析問題與解決問題的能力。由于在原有的控制原理實驗教學中，驗證性實驗占有比較大的比重，不利于培養學生的綜合設計能力，因此我們開發了一些設計性的實驗，其目的就是要讓學生加強學習控制系統的工程設計方法，通過直流電機的位置控制系統和速度控制系統來掌握系統的建模、分析和設計的方法。通過這樣的設計性實驗，使學生了解到實際控制系統的設計過程，培養了綜合應用能力和創新意識。學生的綜合應用能力和創新意識的增強，在電子科技制作大賽和畢業設計中都有體現。有些學生在畢業找工作期間備受用人單位的青睞，他們在新的崗位上能夠很快適應工作，表現出良好的科研能力。

四、改革考試方式，促進教學質量的提高

考試方式一直是教育模式和教學方法的指揮棒，有什么樣的考試方式必然會有什么樣的教學方法，而長期以來一直憑借期末考試一張卷的模式評價學生學習情況是導致應試教育愈演愈烈的根源，在面向素質教育、培養高素質創新型人才的今天，必須從應試教育的模式中解脫出來，強調和加強學生的綜合能力的培養。在考試方式上進行了必要的改革，將考試成績分為平時成績、考試成績和實踐成績。平時成績主要包括學習態度、課堂參與情況、出勤情況、學習主動性、完成作業及運用所學專業知識解決問題的能力等。考試成績采用自編試題庫AB卷同時統一命題，不僅AB卷的試題不出現重復，而且3年內，試題不重復率達到70%。在命題中，分為基本要求部分和提高部分，前者占三分之二，主要考核學生掌握基本知識的情況；后者占三分之一，重在考核學生的綜合分析能力。在考試后，采用流水評卷的方式，按照評分標準嚴格閱卷，真實客觀地打分。實踐成績主要是通過學生參加課程的實驗環節情況打分。在試卷評閱后，科學地對考卷情況進行分析研究，分析學生對課程內容的理解和掌握程度，為調整下一學年度的課堂教學內容和進度提供必要的參考信息。

五、加強師資隊伍建設，不斷提高教學水平

“自動控制原理”課程組經常開展教研活動，近年來，開展的教研活動所涉及的內容有：“自動控制原理”課程教學體系和教學內容與方法的改革、雙語教學、教材建設、實驗室建設、多媒體教學研究與建設等，并經常派出多年來一直從事自動化學科建設、自動化專業教學改革和“自動控制原理”課程教學的教師參加全國自動控制原理課程教學研討會，收獲非常大，使我們更加明確了努力的方向。

課程組統一安排課程的教學、科研以及相關的學生實驗、答疑、批改作業等任務。青年教師均通過崗前培訓并有專人指導，傳、幫、帶效果顯著。教師們治學嚴謹，教學效果良好，普遍受到學生們的好評，其中有4名教師在院級講課比賽中獲獎。

在多年的教學改革實踐中，“自動控制原理”課程的教學取得了一定的成績，由于改進了教學方法，優化了知識結構，對學生嚴格要求，使學生增長了知識，開闊了眼界，培養了學生運用基本理論分析和解決實際問題的能力，因此在歷屆、各層次的教學過程中均受到學生的好評，取得了良好的教學效果。歷屆考研的學生在這門課程上都取得了很好的成績。

六、結束語

隨著控制理論研究的發展，“自動控制理論”課程的內容將不斷地發展和更新，因此，提高“自動控制原理”教學水平的關鍵是不斷深化教學改革，今后以培養具有創新精神和工程實踐能力的人才為核心，將改革進行到底，建設更多更好的課程以服務于學生。

參考文獻：

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（責任編輯：劉輝）