“自動控制原理”課程多方位教學改革與實踐

摘要：以培養應用型人才為目標，針對“自動控制原理”課程在多個不同專業教學的特點，從教學內容、教材、考核方式以及試題等方面進行多方位教學改革與創新嘗試，旨在提高教學質量，提高學生的學習積極性。

關鍵詞：應用型人才；自動控制原理；多方位教學改革

作者簡介：梁春輝（1977-），女，遼寧阜新人，長春工程學院電氣與信息工程學院，講師。（吉林 長春 130012）

基金項目：本文系吉林省教育廳教育教學研究課題、吉林省教育教學研究會教學研究課題、長春工程學院重點教學改革課題的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0083-02

“自動控制原理”課程是長春工程學院及吉林省優秀課和精品課，是包括自動化、電氣工程及其自動化、電子信息、建筑與電氣、機電工程等多個專業的重要專業基礎課，對后續專業課的學習起著承接作用。該課程理論性較強，涉及到高等數學、復變函數等數理知識，內容比較抽象。教材中的例題也會以電機、電路等實際問題為背景，所以各專業本科生來說都有一定的難度。教師在教學過程中也會面臨涉及知識面廣、信息量大、內容更新快等問題，存在教師“難教”的問題，傳統的教學方法難以滿足要求。所以有必要對該課程進行教學改革，提高學生對課程的感性認識，培養學生的學習興趣。長春工程學院電氣與信息工程學院“自動控制原理”課程組從以下幾個方面對該課程進行多方位的改革與創新。

一、根據具體情況選取不同教材

根據“自動控制原理”課程對各個專業后續課所起的作用，大綱里對學時的要求也有不同，所以教師選取教材時應考慮滿足多方面的需求。自動化、電氣工程及其自動化專業都是56學時，需要學生掌握一定的理論深度，還要涉及到控制系統設計的內容，所以選擇科學出版社普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《自動控制原理（第五版）》。該教材比較全面地闡述了自動控制的基本理論與應用，還包含用MATLAB軟件仿真的部分。而對電子信息、機電工程等專業等只有42學時，則選取上述教材的簡明教程，足以深入淺出地讓學生理解和學習。在長期的教學過程中，課題組老師又根據多年的積累和經驗，專門針對本校學生的特點，借鑒其他優秀教材的優點組織自編教材并使用，也收到了一定的效果。

二、教學內容的改革

1.補充重要的先修課程

在講述第二章數學模型過程中，求解線性定常微分方程以及微分方程變換成傳遞函數都要用到拉普拉斯反變換。而這一部分是很多專業在復變函數課程中作為選修內容學習的，所以為了讓學生更好地理解數學模型，專門用近兩課時的時間來復習拉普拉斯反變換的計算方法。

而現代控制部分涉及到大量的線性代數，也會在課前以及授課過程中給學生適當補充行列式和矩陣等數學知識。這樣學生在學習新知識的過程中就會相對輕松容易。

2.根據不同情況適當刪減

《自動控制原理》第六章是控制系統的校正，屬于系統分析的逆問題。光靠課堂上的理論講解學生會覺得很抽象，并且對于某一個具體問題的理解和計算會存在不唯一性，所以將這部分內容適當刪減和改革。對自動化專業的學生，除了基本概念外，會稍詳細地講授串聯校正和反饋校正，以便對后續課程“電力拖動自動控制系統”有一定的啟發作用。而其他專業，只用1～2個學時介紹系統校正的基本概念。另外每一章后面的系統設計部分，都留給感興趣的學生自學，同時也作為實驗的參考資料，這樣就可以把節省下來的課時安排到其他重要的章節上。

3.總結出簡單的方法

《自動控制原理》第五章內容是線性系統頻域分析法，是整個經典控制的重點和難點。科學出版社《自動控制原理（第五版）》教材中對這部分的描述又非常抽象和跳躍，因此第五章的教學也就成了教師最頭疼的事情。課題組各位老師反復研究教學過程中存在的問題，廣泛閱讀其他教材和參考書上的方法，同時積累多年教學的經驗，總結出一套簡單易懂的教學方法。比如在講授線性系統開環幅相曲線的繪制方法時，不是按照書上的方法，而是嚴格按照低頻段（）、中頻段（分別求出與實軸和虛軸交點）、高頻段（）三個步驟，學生很容易理解。

在講授頻率域穩定判據時，筆者少講其他數學知識，總結出以下步驟：繪制開環幅相曲線，并根據積分環節的個數補畫大圓弧，得到奈奎斯特曲線；根據上述曲線找到和，并計算；根據已知的開環傳遞函數找到P，并計算；根據Z得出穩定性結論。這樣學生會覺得非常有條理，解題容易。

三、考核方式的改革

較早時候“自動控制原理”課程的考核方式是平時成績20%，這其中還包括實驗和作業，期末成績80%，這樣容易產生一次考試定乾坤的狀況。所以平時應該加強考核，逐漸增加平時成績的比例。平時成績包括考勤、作業、實驗、期中考試，應該首先增加到30%。這樣在一定程度上可以減少個別學生平時不努力卻想通過作弊等方式蒙混過關的現象。教師在教學過程中對于平時的考勤和作業都嚴格要求，每次課都考勤，并與各班班長和課代表保持溝通，了解每個學生的具體情況。

2012年長春工程學院電氣工程及其自動化專業獲得教育部“卓越工程師教育培養計劃”教育改革試點項目專業。“自動控制原理”課程改革應在加強教育和行業、學校和企業的密切合作的前提下，在有限的教學課時中，注重理論知識的工程背景和應用，著重培養學生的工程意識、實踐能力和綜合素質，努力為企業造就適應其發展及需要的優秀工程師。卓越班的考核方式進一步改革，平時成績和期末考試成績各占50%。除了進一步加強平時的考勤、實驗等，考慮到系統校正問題存在不唯一性，把這一章考核方式改為大作業。以小型課程設計出現，讓學生能根據簡單的參數設計出一個控制系統。另外實驗部分加入matlab仿真，除了在實驗室進行模擬操作外，每個實驗都要求用matlab軟件仿真驗證。表1列出了近幾年對該課程的考核方式變化情況，這樣也提高了學生的綜合應用能力，在近兩年的教學過程中，收到了較好的效果。

四、試卷的改革

1.出題方式的改革

《自動控制原理》經典控制部分共有8章內容，除了第一章主要是概念，其他各章都涉及到計算、分析、畫圖、綜合應用等問題。所以試卷命題存在范圍廣、分散性大、難易度不容易掌握等特點。

2007年學校參加教育部高等教育教學評估期間，課題組統一建立了《自動控制原理》多達幾十套的試題庫，授課教師在不知道試題的情況下教學，避免了老師漏題、學生套題的現象。后來課題組根據情況進行題庫更新，保證不出現重復試題。

2.試題內容的改革

長春工程學院傳統的命題方法是概念題（10分左右）加上多個綜合題（90分左右）。這樣對于成績好的學生會覺得很容易，而對于基礎較差的學生則完全摸不著頭緒，所以考試成績往往出現兩極分化現象。并且每個專業都是老師自己命題，課題組成員較少互相溝通。近兩年來對試題內容進行了全方位改革，教師認真研究大綱的知識點要求，所出試題模式涵蓋了填空、選擇、畫圖、計算和綜合題等多種題型，并涉及到大綱里要求的每一章的多個知識點，主觀題和客觀題各占一定比例，對學生也是一種全面的考核。通過兩個學期的實踐，考試成績兩極分化的現象明顯降低，收到了一定效果。

五、結論

本文從教學內容、教材、考核方式以及試題等多方位介紹了“自動控制原理”課程教學改革的情況以及實踐的效果。隨著計算機和現代科學計算的發展，“自動控制原理”在自動化等電類專業中的地位越來越重要，必須進一步加強該課程的教學改革，更新和完善教學內容，改進教學方法，將“自動控制原理”的教學改革推向一個新的高度。

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（責任編輯：王意琴）