自動控制原理課程教學改革探討

摘要：首先對自動控制原理的研究對象及其應用做了簡要的介紹。然后，從教學內容和教學形式的現狀以及當前學生的特點和就業現狀等方面，分析了教學改革的必要性。最后，從理論教學、實踐教學、考核與評價等方面探討了對自動控制原理的教學改革方案。

關鍵詞：自動控制原理；教學改革；教學質量

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0016-02

自動控制原理是高校電氣信息類、控制類、機械類等許多專業的一門理論性和工程實踐性均很強學科基礎課和必修課。它在工農業、電氣信息、機械、航空航天等工程學科中都有非常重要且廣泛的應用。[1，2]

該課程通過講解以傳遞函數為基礎的經典控制理論知識，使學生掌握與控制系統相關的概念、原理和方法，分析系統和控制器設計等知識，達到培養學生對控制系統的分析、設計、工程實踐、綜合應用和創新等能力。因此，自動控制原理必須執行理論教學與實踐訓練并重的教學形式。這些特點很容易導致教師難教好、學生難學好的困局，并且較好的教學效果難以通過傳統的教學方法和教學模式來保證。

本文將針對自動控制原理課程當前教學過程中存在的主要問題以及該課程的特點，從理論教學、實踐教學、考核與評價三方面探討教學改革的思路及措施，充分調動教師和學生兩方面的積極性，促進教學質量的提高。

一、自動控制原理教學改革的必要性

1.教學內容的現狀

自動控制原理在一定程度上反映了由機械化步入電氣化，繼而走向自動化、信息化和智能化的時代特征，內容涉及機械、電氣、信息等多個學科。因此，許多學者綜合考慮各學科特點、培養目標及背靠行業的差異，編撰了適用于不同層次和不同專業的教材。但由于自動控制理論的本質是研究系統狀態的變化規律和改變這種變化的可能性和方法，致使各教材雖在視角、編排、表達描述和例題上存在這樣或那樣的差別，但核心內容都是圍繞控制系統的分析和設計問題展開的。[3，4]

2.就業因素的影響

現在就業市場競爭異常激烈，對于工科學生，工程實踐能力和動手操作能力是招聘單位最看重的。而自動控制原理偏重于理論分析，不像其他的軟件和硬件課程一樣，能給學生編程和熟悉硬件那樣以直接的指導。實際的自動控制系統一般較復雜，學校受現行的教育模式的影響、資金和場地的限制等原因，難以具備真實系統級的實驗教學設備，基本上以較簡易的實驗教具充當實踐教學，而使得學生關注的只是自動化設備的零部件構成和組合布置，造成實踐環節不能被學生正確認識和高度重視，導到學生動手能力不強。

從上面的分析可知，學生要學好該課程，要有扎實的數學、電路、機械、電氣等相關知識，和需具備較強的分析和計算能力。若學生基礎知識不扎實，則較難理解各學科間的內在聯系。且現行教學模式中絕大部分是重理論輕實踐，教學方法也采用灌輸填鴨式較多，使學生只是背概念，抄筆記，記公式，而沒去啟發學生思考數學公式與實際工程系統的內在物理聯系，工程系統的互動討論也少之又少。這使得學生普遍認為課程的內容枯燥而抽象，難以深刻體會數學公式和圖表背后的物理含義，導致學生普遍學習熱情不高，部分基礎不好的學生厭學情緒較重。加上受“讀書就是為找個好工作”的功利主義思想影響，自動控制原理給人以內容抽象、不實用的感覺，只有部分考研或對自己要求比較高的學生有較高的學習積極性。因此，筆者認為自動控制原理教學改革需從理論教學、實踐教學、考試與評價等幾方面進行。

二、自動控制原理教學改革措施

1.理論教學

（1）精煉課堂教學內容。在保證課程內容的嚴密性、完整性和系統性的基礎上，精選教學內容。便于學生更好的理解、掌握和應用自控原理和方法，對教學大綱中規定的重點概念、定理、方法和結論要講深講透，而大綱中規定的了解性內容和使用較少的內容，略講或不講。在講解過程中，重點講思路、結論和應用，除重要的推導步驟之外，弱化數學推導和證明，不至于讓學生形成學控制就是學數學的感覺，重在展示該課程工程化的一面。只有強化了控制思想，才能讓學生自己在控制器設計時靈活運用而不是生搬硬套，提高分析和設計能力。[5]

同時，要適時結合當前工農業，航空航天、汽車船舶等領域中最新應用的自動技術和最新科研發展動態更新到教學中。不斷豐富課堂教學的例子，開闊學生的視野，生動課堂，以至保持自動控制原理課程教學內容的先進性。[6]

（2）分層次教學。根據培養目標、教學對象、專業層次的不同，可以進行分層次教學以緩解不同學生需求和專業培養目標不同的矛盾。

第一層是核心內容，是要重點掌握的內容，主要包括控制系統分析與綜合的基本概念、原理和結論。這一層次要重點講解，并通過課內外大量的習題加以強化，讓學生做到知其然，又知其所以然的程度。

第二層是一般了解掌握的內容，該層次的知識采用注重結論、突出應用、簡化推導的教學模式，重點達到讓學生會應用的程度，或應用時能找相應的結論即可，節省課上學時。

第三層為重點難點拓展內容，這部分知識具有一定的難度和深度，主要滿足考研和對自己要求較高的學生的需求。教師只利用15分鐘在章節的小結中找出與考研相關的知識點或類型題，而不花過多時間在課上講解，重點引出解題思路，進行課后擴展作業練習，以充分調動學生的積極性。

分層教學中，教師應相應地把作業分成兩類：第一類是所有學生都必須做的普通作業，主要訓練基本知識；第二類是學有余力的學生選做的擴展問題，主要包括課內沒有講過的具有一定深度的考研題和應用問題，起到擴展知識深度和廣度、培養創新能力的作用，增強了學生的學習興趣、應用能力和考研自信心。[7]

2.實踐教學

（1）強化學生的工程意識。自動控制原理重在闡述原理和方法，雖與電路、機械、力學、數學等有著緊密聯系，但自動控制不是對電氣或機械系統的簡單抽象，也不是單一的數理邏輯推導。在教學中，應選取工程實際對象，站在理論結合應用的角度，運動自控方法解決分析和設計問題，不斷提高學生的實踐能力，強化工程意識。首先，教師可利用計算機多媒體技術表現力強、具有圖文并茂的特點，用形象生動的動畫展示一些簡單的控制系統，這不僅能使學生易于理解概念，熟知控制系統的各環節，還能明確認識整個控制過程。其次，在相關章節結束后，結合工程背景補充講解一些大題目，以強化工程意識、激發學習興趣、感受自動控制的魅力，達到學以致用的意義。[8]

（2）優化課程實驗。通過結合實際系統，優化課程實驗，培養學生設計實驗能力和動手操作能力，以及查閱文獻能力和綜合解決問題能力。由于將MATLAB軟件引入實驗教學能取得良好的效果，因此實驗分成通過計算機模擬仿真和實際設計兩個階段。

仿真階段：引導學生運用Simulink獨立設計某些具體的控制系統并進行仿真，驗證理論知識。仿真的重點是給定性能指標，讓學生獨立制訂控制方案、選擇控制單元、設計控制器、繪制控制圖紙、編制說明書、模擬工程設計的全過程，并將通過仿真檢驗設計效果。

動手操作階段：學生通過仿真的鍛煉，在條件允許的情況下，適當結合一些具體控制裝置，進行實踐操作。本階段只提實現目標和要求，不提供實驗電路圖、步驟和說明，學生可根據個人實際情況自主選擇不同難度等級的實驗，但必須獨立完成控制方案設計、搭建控制系統并完成調試，記錄原始數據和繪制圖形，寫出實驗報告。

通過仿真和動手操作這兩方面的訓練，鞏固了理論知識，極大地調動了學生的學習自主性和積極性，激發學習熱情，培養獨立思考能力和動手能力，提高觀察、分析和解決問題的能力。[9，10]

（3）以科研促進教學。雖然教學是高校的基本職責和功能的體現，但科研是高校中不可或缺的重要組成部分，特別是現代高校，教學和科研相輔相成，兩者不可分割。

近幾十年，數學和計算機的發展對自動化控制原理起到了巨大的推動作用，甚至毫不夸張地說，當今的控制理論是利用計算機運用數學原理對工程實際作用的前沿結果。因此，在教學中適當地介紹一些相關科技領域的新動態、新成果，能使學生了解當前學科發展動態，拓寬知識面，極大激發學生的學習興趣。在條件允許的情況下，挑選一些成績好、能力強、有科研興趣的學生參加到老師的課題中，指導學生參與科研，為學生的科技活動提供一些項目。這樣，既能調動學生的積極性，增強創新意識和創新能力，還能為學生開展科技競賽活動的打好基礎。通過參與科研，學生提高了學習興趣和求知欲望，促進了教學和科研相互發展的效果。

三、考核與評價

科學的考核與評價方式，是引導學生全面發展，培養學生綜合能力和真實反映學習效果的重要措施。因此，筆者進行了改革：最終成績包括平時成績（占40%）和期末成績（占60%）兩部分。平時成績包括考勤（10%）、平時作業（20%）、課程實驗（10%）。加強平時學習嚴格要求學生，注重教學過程管理，改變傳統的一考定終身的評價制度。

具體實施細則為：考勤成績不及格的（>6分），取消其課程資格，必須重修；作業不及格的（>10分），作業記零分；實驗曠課累計達4學時的，實驗記零分。期末成績采用閉卷形式，考試內容要覆蓋課程的基礎概念、原理、方法、技能，以及綜合分析和設計問題，檢驗學生解決問題的能力及綜合素質。這樣處理，有助于引導學生主動學習，促進形成好的學風，改善學生的成績。[11，12]

四、結束語

自動化控制原理是電氣信息類專業的一門非常重要的必修課，而當前的現狀是自動控制原理教學內容和教學形式的原理、方法講解得多，缺乏工程應用性的特點，現在學生的自主學習能力普遍有所下降。為了激發學生的學習興趣，提高學生的素質，達到學以致用的目的，筆者提出從自動控制原理課程的理論教學、實踐教學、考核與評價等方面對自動控制原理課程提出了教學改革，讓學生能夠更好地學習、掌握和應用自動化控制原理知識。

參考文獻：

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[11]李文聰，陳慧蓉.高職教育中的自動控制原理課程教學改革探討[J].宿州學院學報，2010，25（5）：110-112.

[12]歐陽鑫玉，陳雪波.自動控制原理課程建設與教學實踐[J].中國電力教育，2012，（18）：52-55.

（責任編輯：王意琴）