“自動控制理論”課程教學方法研究與實踐

摘要：“自動控制理論”是自動化專業的一門重要專業基礎課，在高校本科自動化專業的所有課程中起著承前啟后的作用，是自動化專業的一塊敲門磚。對于這樣一門舉足輕重的課程，研究教學方法和教學手段，提高教學質量具有重大的意義。結合實際教學中的經驗，對自動控制理論課程的教學方法進行了研究和實踐。

關鍵詞：自動控制理論；教學方法；教學手段

作者簡介：曹敏（1976-），女，貴州習水人，貴州大學電氣工程學院，副教授；徐凌樺（1976-），男，貴州貴陽人，貴州大學電氣工程學院，副教授。（貴州#8194;貴陽#8194;550025）

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（2014）14-0085-02

“自動控制理論”是自動化專業的一門重要專業基礎課，由于其理論性強，涉及知識面廣，與先修課程聯系緊密，容易讓學生產生畏難情緒。然而，該門課程又是自動化專業的一塊敲門磚，能否扎實掌握該門課程所學內容，直接影響到對后續專業課程的學習和理解，而且，該課程同時也是自動化類碩士研究生的必考科目之一。為此，結合近幾年的教學實踐經歷，筆者對自動控制理論課程的教學方法和教學手段進行了探討。

一、講在所有授課內容之前

由于“自動控制理論”這門課程在整個自動化專業本科知識體系中占據了重要的一席之地，因此，在講授該門課程之前，對課程在本專業的地位、教學目的、考核方式等等做一個簡要的介紹極其必要。在講授所有具體內容前，事先告知該門課程有什么用，并用通俗易懂的話簡要概括課程所要講授的內容，讓學生了解該課程在整個專業學習中所占據的地位，需要用到哪些已經所學的知識以及將對之后要學習的專業課程的貢獻等等。另外，還可對課程的學習方法及考核方式等問題一一簡要介紹。這樣做，一方面避免了學生學習的盲目性，解決了學生“為何要學這門課程”的問題，減輕同學的畏難心理，另一方面也強調了課程的重要性，有助于學生樹立學習這門課程應具有的正確學習態度，增強對課程的重視程度。

二、“自動控制理論”在自動化專業的課程地位

“自動控制理論”是本科自動化專業的一門重要專業基礎課，其在整個自動化專業課程體系中所占據的地位，簡單說來就是“承前啟后”。

由于課程主要講授分析和構建自動控制系統的理論和方法，需要用數學手段抽象出由實際物理器件或由各種電子元器件搭建而成的系統的數學模型，從而要用到高數、工數、電路、電機、模電、數電等知識。因此在學習該門課程之前，學生應已先修“高數”、“工數”、“電路原理”、“電機與拖動”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”等課程。

此外，作為自動化專業的專業基礎課，“自動控制理論”又為后繼課程所用。如以電機為主要研究對象的運動控制系統、以各種具體生產過程為研究的過程控制系統，以及以單片機、工控機、PLC為核心控制器的計算機控制系統等常會使用傳遞函數來描述系統的數學模型，并使用時域或頻域法來分析系統的性能，衡量系統的穩定性，又或是對具體的各種控制系統使用“自動控制理論”的方法來對系統進行設計。由此可見，“自動控制理論”是自動化專業的一塊敲門磚，是一門不可或缺的專業基礎課。

三、“自動控制理論”的課程內容

盡管“自動控制理論”理論性強，內容多，涉及面廣，概念抽象，且知識環環相扣，其以線性系統為主要研究對象，囊括了自動控制系統的基本概念、系統數學模型的建立及簡化、線性系統的時域分析、系統的根軌跡、系統的頻域分析、系統的校正及離散系統等內容。看起來內容紛繁復雜，且與先修的多門課程聯系緊密，但總的說來，該課程講述了兩個內容：一是自動控制系統的分析，而另一個內容就是自動控制系統的綜合（設計）。要講述第一個內容，那就先要了解什么是自動控制系統，它是由什么組成的，對于組成它的各個環節有哪些專有稱謂等等；接著在了解了自動控制系統的構成后，要分析系統，則需要建立系統的數學模型；之后便是用時域法、根軌跡及頻域法等來分析系統。而對于第二個內容，控制系統的綜合，則是設計出滿足相關性能指標的自動控制系統。當系統不滿足性能時，則考慮通過增加校正環節來對系統進行調整，以使設計出的系統滿足要求。由此，“自動控制理論”的內容可簡要概括如下：

系統分析：系統的概念；系統數學模型；系統的時域分析；系統的根軌跡分析；系統的頻域分析。系統綜合：系統的校正方法；系統的校正。

以上這些內容，可深可淺，具體的章節內容安排還應與采用的教學手段、教學方法以及課程的學時數安排等相結合，制作出既不偏離“自動控制理論”主體內容，又符合培養學生掌握學習方法激發學習興趣要求的課程內容。

四、“自動控制理論”課程教學中所采用的教學手段

1.張弛有度的多媒體教學

隨著現代化教學模式的引進，各種多媒體教學課件涌入課堂，授課教師從繁重的傳統板書教學中解脫出來，節省了課堂時間。然而，過分依賴于多媒體課件，常常會導致課堂節奏快，學生對所學知識印象流于表面。并且由于節省了板書時間，課堂的知識量無形中會加大，學生常來不及對各個知識點進行深入思考并理解掌握。尤其對于“自動控制理論”課程來說，需要推導大量的定理、公式及法則等，若這些工作都只靠課件來完成，學生則處于被動接受知識的狀態，其學習效果可見一斑。眾所周知，人接受理解并掌握新事物、新知識需要一個過程，且在此過程中通過積極思考、主動參與才會留下深刻印象，深入認知后方可舉一反三靈活應用。授課經驗表明，將傳統的板書模式與現代化多媒體教學方法相結合，對于諸如系統數學模型的建立，系統分析及校正裝置的設計等重點內容通過板書、應用啟發引導進行推導演算的互動式教學更有助于學生對知識的掌握理解，提高學習效果培養其計算分析能力和解決問題的能力。現代化多媒體教學手段在“自動控制理論”課程中的使用要張弛有度并與其他教學手段相結合方能起到最佳教學效果。

2.主干清晰的宏觀教學

“自動控制理論”具有理論性強，內容豐富，涉及面廣，概念抽象，環環相扣，與數學聯系緊密且需要較強的計算能力等特點，容易讓學生產生厭學、棄學情緒。因此，在講授具體知識之前，用通俗易懂的一兩句話從宏觀角度高度概括課程內容，事先讓學生對“自動控制理論”有一個整體的認知，解決“這門課有什么用”，“需要用到哪些已經學過的知識”，“主要講什么內容”，“為后繼哪些課程服務”等問題，有助于學生樹立對課程的整體觀念，避免知識片面、孤立。而每堂課開始使用幾分鐘的時間對所講內容進行概括性簡介，指出所授知識點難點及重點，既有助于學生抓住主干，理清思路，又可讓他們在學習的過程中有目的地去構建相關知識，提高其課堂注意力。

事實上，從宏觀上說控制理論主要圍繞著系統的穩定性、動態性能和穩態性能三方面敘述了以線性反饋控制系統的系統分析及設計兩大內容。有了這個整體概念，在宏觀教學思想的指導下，可將課程內容自上而下地劃分為幾大模塊，在講授過程中，從模塊用途開始，逐步細化模塊知識，層層分解，直至各個末枝細節，最后確定各個模塊在主干中所處的位置，與其他模塊之間的關聯狀況等。即由主干梳理到具體知識的精分，又由知識濃縮到課程主干的提取。教學經驗表明，這種主干——枝葉——主干的教學方式，有助于加深學生用整體統一的思想將控制原理的知識體系融會貫通，把彼此相互聯系的概念、觀點源源不斷地納入一個統一的結構中并進行合理的分門別類。通過主干，構造了“自動控制理論”課程的框架，學生學習的過程則是對這個框架不斷充實的過程，最終，學完課程后，學生則能思路清晰地總結出課程主要內容，梳理出課程的主干，避免只學到零碎的知識片段。

3.提問+回答式的互動教學

在教學活動中，學生是永遠的主體。如何調動學生的學習積極性，把他們由被動學習轉變成主動探究，是授課教師義不容辭的責任。為此，在教學過程中，筆者常根據所要講授的內容，提出一些緊密相關的問題，讓學生進行討論分析，引導他們解決問題，總結出問題的答案并進行回答。最后教師會就問題再次進行歸納和總結。此外，在每次課講解新的內容前，對于已經學習過的知識，花5～8分鐘的時間，讓一名學生對上次所學知識進行簡要的回顧，并由其余同學對其進行提問，對于回答不完善或不正確的，可由提問者進行補充回答或糾正。教學經驗表明，采用這種方式進行授課更有助于學生對所學知識的理解及掌握，且印象深刻，加強了師生間以及同學間的相互交流，有利于各種創新思維的迸發，同時也調動了學生的學習積極性，增加了他們的學習信心，培養了他們分析并解決問題的能力以及歸納總結和語言表達的能力。

4.學生自主式學習的課堂教學

“自動控制理論”涵蓋內容多，如果在教學中一味采用以教師為主體的填鴨式教學，則在無形中助長了學生棄學、厭學的思想，壓制了其主觀能動性及思維的創新性發展，不利于其學習能力的培養。為了激發學生的學習主動性，筆者在教學中采用了以學生為主的課堂教學方式。即把學生分成幾組，分別選取“自動控制理論”中易于讀懂的章節知識在課下進行學習并制作相應的課件，然后在課堂上選取一名小組成員配以自制的課件來向全體同學傳授知識。其余小組成員可以進行補充，而其他同學則可以就不清楚不明白的地方向該小組同學進行提問。教師根據每組同學的情況會給出相應分數，并將其計入“自動控制理論”課程的總成績中。教學效果表明，學生們在課堂上更為活躍，這種授課方式大大增加了學生的學習主動性，使學生在自主學習的過程中去真正體會學習——理解——掌握知識的過程。通過教師對學生的鼓勵、支持及肯定，則進一步增強了他們的學習情緒和自信心，同時還培養了他們的團隊合作精神。反過來，從這種以學生為主的課堂教學中，學生在課堂中所展示出的各種創造性思維則為思維幾乎已經模式化的教師開辟了新的天地，更有助于教師自身教學水平的提高。這種良性互動，正是教學過程中喜聞樂見的。

五、結束語

教學方法的探索和教學模式的改革是教學過程中永恒的話題，“自動控制理論”是自動化專業的一門重要專業基礎課，筆者經過多年的教學實踐，總結出以上一些教學方法并進行了實施，獲得了一定的效果。為提高教學質量，在今后的教學實踐中，只有不斷擴充新的方法，不斷總結，不斷改進，才能更好地引導學生掌握相關知識，為后繼課程夯實基礎。

參考文獻：

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（責任編輯：王意琴）