提高“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)質(zhì)量的研究與探討

王三秀 蔣勝韜

摘要：針對(duì)“自動(dòng)控制原理”課程理論性強(qiáng)、概念抽象的課程性質(zhì)以及教學(xué)現(xiàn)狀，在課程的組織與設(shè)計(jì)、課程的教學(xué)方法等方面做了有益的探索和改革，提出了一些改進(jìn)措施。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)證明，這些措施有效地提高了教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理;教學(xué)質(zhì)量;教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）33-0088-01

一、課程性質(zhì)及教學(xué)現(xiàn)狀

“自動(dòng)控制原理”是高校自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是電子信息、機(jī)械等專業(yè)的一門非常重要的基礎(chǔ)課程。自動(dòng)控制原理是電氣工程領(lǐng)域分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的理論基礎(chǔ)，其應(yīng)用貫穿于電氣工程領(lǐng)域的各個(gè)方面，在控制科學(xué)與工程學(xué)科中占有重要地位。[1，2]

自動(dòng)控制原理主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般規(guī)律，涉及到控制系統(tǒng)的模型建立、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論和相關(guān)技術(shù)。也就是說(shuō)“自動(dòng)控制原理”課程涉及廣泛的數(shù)理知識(shí)，內(nèi)容豐富且理論性強(qiáng)，概念抽象，是一門具有一定深度和難度的課程，要求學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和較強(qiáng)的抽象思維能力、計(jì)算能力，通常大部分學(xué)生感到難學(xué)，教師也覺(jué)得難教。

通過(guò)課程學(xué)習(xí)，如果學(xué)生只是機(jī)械地記住各種公式定理，沒(méi)有跳出抽象的理論框架，沒(méi)有實(shí)際的理解和應(yīng)用能力，在面對(duì)具體實(shí)踐問(wèn)題的時(shí)候，仍然不知如何運(yùn)用相應(yīng)的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。那么，這門課程的講授效果是失敗的。因此，對(duì)“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)要理論和實(shí)踐并重，采用包括多媒體教學(xué)、傳統(tǒng)教學(xué)、MATLAB輔助教學(xué)以及網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)等多種教學(xué)方法和手段，使學(xué)生不僅僅學(xué)習(xí)、掌握好基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論與方法，也必須注重應(yīng)用知識(shí)的能力。基于此，筆者將從課程的組織與設(shè)計(jì)、課程的教學(xué)方法兩方面提出一些改進(jìn)措施。

二、課程組織與設(shè)計(jì)

在課程的組織與設(shè)計(jì)上，“自動(dòng)控制原理”課程常規(guī)的教學(xué)方式主要是通過(guò)教師課堂授課以及學(xué)生課程實(shí)驗(yàn)。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將理論與實(shí)踐有效結(jié)合，筆者增加了學(xué)生課程設(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué)等方式。

教室課堂講授主要是講授自動(dòng)控制的基本概念和基本理論、引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，讓學(xué)生了解和學(xué)習(xí)“控制理論”各種思想。課程實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生利用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析與仿真，開(kāi)設(shè)的主要實(shí)驗(yàn)如表1所示，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，熟練掌握MATLAB語(yǔ)言在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

在課堂講授和課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握，充分利用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為學(xué)生設(shè)計(jì)各種實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，使其既能發(fā)揮創(chuàng)造性，又能提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)分析系統(tǒng)的工作過(guò)程、建立數(shù)學(xué)模型、分析穩(wěn)定性以及設(shè)計(jì)校正裝置等方面都有了明顯的提高。最后網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué)，可以通過(guò)“自動(dòng)控制原理”課程的精品課程網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享、作業(yè)提交、網(wǎng)上答疑，增強(qiáng)了師生的互動(dòng)性，可對(duì)課堂講授進(jìn)行有力的補(bǔ)充。

通過(guò)這樣幾部分的合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)，既能使學(xué)生掌握扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)理論，又能有層次地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，使學(xué)生能夠運(yùn)用相應(yīng)的知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。

三、教學(xué)方法

從教學(xué)方法上，根據(jù)“自動(dòng)控制原理”課程的實(shí)際內(nèi)容，采用多種教學(xué)方法，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。其主旨思想就是以學(xué)生為本，增強(qiáng)學(xué)生自主參與學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)造力，提高解決問(wèn)題的能力。

1.問(wèn)題式教學(xué)

在課程的教學(xué)過(guò)程中，教師可以對(duì)教學(xué)中的一些重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，讓學(xué)生圍繞問(wèn)題制訂設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)方案，自主分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。可以要求學(xué)生自由組隊(duì)，相互之間進(jìn)行交流和討論，最后由學(xué)生來(lái)介紹解決的過(guò)程。從而通過(guò)學(xué)生的觀點(diǎn)、看問(wèn)題的角度，來(lái)加深課程理論體系中重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題的理解。

當(dāng)然所提的問(wèn)題不適合太空或者太大，而應(yīng)該是建立在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，并且與學(xué)生平時(shí)身邊的事情相結(jié)合，能夠引起學(xué)生的思考。同時(shí)提出問(wèn)題以后，對(duì)學(xué)生感覺(jué)特別困難的問(wèn)題，也不能完全放任自留，教師應(yīng)進(jìn)行一定程度的引導(dǎo)，幫助學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，以達(dá)到更好的效果。因此，教師在問(wèn)題式教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該以組織者和引導(dǎo)者的角色出現(xiàn)在課堂上。[3]

2.案例式教學(xué)

首先，教師在講解相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，可以通過(guò)具體的案例來(lái)加深學(xué)習(xí)的理解。如在講解開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制時(shí)，首先講解二者的區(qū)別、優(yōu)缺點(diǎn)等，然后再選擇一些生活中比較熟悉的案例來(lái)具體介紹，比如空調(diào)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等等，貼近生活，學(xué)生容易理解。其次，可采用由學(xué)生講授案例的方式，積極鼓勵(lì)學(xué)生參與，由學(xué)生來(lái)尋找一些實(shí)際的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)以及閉環(huán)系統(tǒng)，不僅加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，也充分鍛煉了學(xué)生能力。

另外，根據(jù)自動(dòng)控制原理課程的特點(diǎn)，筆者選擇學(xué)生比較熟悉的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)作為典型案例貫穿于教學(xué)過(guò)程。首先讓學(xué)生利用之前學(xué)過(guò)的電路、電磁學(xué)等相關(guān)基礎(chǔ)課程進(jìn)行分析從而建立系統(tǒng)模型，并對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化;接著采用MATLAB語(yǔ)言分析系統(tǒng)的時(shí)域特性，對(duì)概念有個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上對(duì)概念進(jìn)行講解，并對(duì)性能的影響因素進(jìn)行分析;然后采用同樣的方法及教學(xué)過(guò)程引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)頻域分析方法;最后提出設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，要求學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這樣通過(guò)一個(gè)完整的案例，使學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制原理課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)以及系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)都有完整的練習(xí)過(guò)程。

3.討論式教學(xué)

主講教師通過(guò)預(yù)先的設(shè)計(jì)與組織，啟發(fā)學(xué)生就某一問(wèn)題或知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行討論，發(fā)表自己的見(jiàn)解。討論式教學(xué)主要是以學(xué)生為中心，在教師與學(xué)生，學(xué)生與學(xué)生之間，通過(guò)積極的討論，各抒己見(jiàn)，互相啟發(fā)，主動(dòng)探尋知識(shí)，使學(xué)生參與到教學(xué)中來(lái)，以達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生的自學(xué)能力、推理能力，以及應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的一種教學(xué)方法。當(dāng)然除了要積極鼓勵(lì)和表?yè)P(yáng)發(fā)言活躍的學(xué)生之外，也要給那些性格內(nèi)向或不善表達(dá)的學(xué)生發(fā)言的機(jī)會(huì)，促使學(xué)生潛能的發(fā)揮和創(chuàng)新能力的提高。[4]

另外，在講授新的內(nèi)容之前，主講教師可以和學(xué)生一起討論新的知識(shí)點(diǎn)與前面學(xué)過(guò)的內(nèi)容有什么區(qū)別與聯(lián)系，這樣一方面回顧和加深舊知識(shí)點(diǎn)的印象，另一方面對(duì)新知識(shí)點(diǎn)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。比如，對(duì)二階系統(tǒng)進(jìn)行暫態(tài)性能分析的時(shí)候，可以與一階系統(tǒng)的暫態(tài)性能進(jìn)行分析比較，以達(dá)到溫故而知新的目的。或者用頻域的Nyquist方法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性之前，可以先鞏固一下之前時(shí)域的勞斯穩(wěn)定判據(jù)，使學(xué)生能夠明確其中的區(qū)別與聯(lián)系，加深印象。

討論題目是否合適是保證討論成功的關(guān)鍵，因此討論式教學(xué)要求教師精心設(shè)計(jì)討論題目，問(wèn)題要符合教學(xué)目標(biāo)和要求，同時(shí)又要具有針對(duì)性和典型性，難度適當(dāng)，有趣味，要考慮學(xué)生的心理特點(diǎn)、認(rèn)知水平和情感體驗(yàn)。學(xué)生則要做好課前準(zhǔn)備工作，對(duì)所學(xué)內(nèi)容做好預(yù)習(xí)，有初步的感受、領(lǐng)悟和理解。

四、結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用型本科院校“自動(dòng)控制原理”課程要求學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，能夠用理論解決實(shí)際工程問(wèn)題，而不是大量空洞的理論教學(xué)，使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的積極性。筆者通過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)課程的組織設(shè)計(jì)以及課程教學(xué)方法提出了一些有效的改革措施，從而提高學(xué)生的實(shí)踐能力以及自主分析解決問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊婕，程麗平，孫霞，等.應(yīng)用型本科“自動(dòng)控制原理”課程改革及實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2010，（4）：111-112.

[2]潘東坡，劉楓，張渝，等.對(duì)“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)方式的探究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，33（4）：157-160.

[3]柳青.討論式教學(xué)的組織與引導(dǎo)[J].大連教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，

20（1）：24.

[4]王瑩.討論式教學(xué)應(yīng)用中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].現(xiàn)代交際，

2010，（8）：153.

（責(zé)任編輯：王意琴）