面向三本學生的自動控制原理課程教學改革與實踐

陳惠英

（湖州師范學院工學院，浙江 湖州313000）

0 引言

《自動控制原理》課程是高校電氣自動化專業的專業必修課，是電氣類、機械類等許多專業的學科基礎課。該課程是本科生后續課程的基礎課程，在控制科學與工程學科中占有重要地位。該課程高度抽象、涉及多方面的數理知識，是一門具有一定深度和難度的課程，要求學生具有扎實的專業基礎和較強的抽象思維能力[1]。而我校求真學院三本學生的數學基礎總體偏弱，面對這樣一門具有理論性強、概念多、系統性強，且數理基礎要求較高的專業基礎課程，往往學習的難度較大，造成本課程在求真學院學生班的教學效果上，對基本原理及其分析方法的理解只是停留于公式定理表面，而面對具體問題的時候，不知如何運用相應的知識去解決實際問題。因此，針對三本學生的《自動控制原理》課程的教學，必須根據學生數理知識基礎的實際情況，合理安排和優化課程的體系結構，改進教學方法。對本課程的教學要理論和實踐并重，采用包括多媒體教學、傳統教學、MATLAB輔助教學[2]在內的多種教學方法和手段，根據學生學習情況的反饋，不斷進行教學模式和教學內容結構改革以提高教學質量。

1 課程教學改革的探索和實踐

結合筆者在《自動控制原理》課程近幾年的教學工作，對該課程的體系結構、內容組織和教學方法進行探討，根據教學實際需要和實際效果，優化該課程的體系結構，尋求適合我校求真學院三本學生教學效果的有效途徑和方法。

1.1 課程體系結構組織與設計

《自動控制原理》課程的內容理論性強，建模描述用到了微分方程模型、傳遞函數模型等，涉及到高等數學、復變函數等數學知識；同時通過對該課程的學習需要培養學生的實踐能力。因此，結合目前我校《自動控制原理》課程理論教學和實驗教學的情況，根據該課程的教學內容，按照課程的教學目標，對該課程的內容進行系統的規劃、設計和安排。將課程進行合理優化，將其設計為教師課堂講授、學生課程實驗、學生課程設計等幾個部分。

課堂講授。課堂講授是學生學習的重要環節。筆者首先根據求真學院的教學要求，制定相應學時的課堂教學內容，滿足不同專業學生的學習需要；然后對于具體的教學內容進行教學設計，注重學生的探究和創新能力的培養。借鑒課程組老師教學實踐中總結的幾個要點，將本課程的授課內容分為八章，分別是：自動控制系統導論、自動控制系統的數學模型、自動控制系統的時域分析、根軌跡法、頻率法分析、控制系統校正、非線性系統和線性離散系統。其中，控制系統校正部分可作為一般性要求內容，降低學習難度和要求，但加強了建模部分的講授[3]。教師課堂講授主要是講授自動控制的基本理論、引導學生進行系統分析與設計，讓學生了解和學習“控制論”這種思想方法。

課程實驗。課程實驗是對學生課堂理論學習的檢驗和加深理解。學生利用MATLAB語言的控制系統仿真功能，學習與訓練控制系統分析與設計能力。學生在完成理論學習的基礎上，通過課程實驗，學習應用MATLAB語言的控制仿真程序設計方法，進行控制系統的仿真并完成一般控制系統的校正設計。

課程設計。在課堂講授和課程實驗的基礎上，通過課程設計加深學生對理論知識的理解與掌握，充分利用先進的實驗設備，為學生設計各種實踐教學內容。如，通過設計直流伺服電動機控制系統、磁浮球控制實驗系統設計與調試等，借助于這些系統學生可完成經典PID控制器和自選控制算法的設計與仿真[4]。在課程設計中，學生可根據所學知識采用不同的控制方法，充分發揮每個學生的創造性，既能加深對基礎理論的理解和掌握，又能提高學生的實際動手能力。

1.2 適應學生的數理基礎，改進教學方法

課程的教學目標將以講授基礎理論為基礎，結合求真學院的基本定位以及學生的具體情況，根據該課程的實際內容，采用多種教學方法，如將探究式教學，案例式教學，討論式教學、對比式教學、傳統教學方式和多媒體教學方式相結合、傳統教學方式和MATLAB相結合等多種方法并施，不斷提高教學質量。為了準確評估課程的講授效果，真正了解該門課程學習中可能存在的問題，不但要時刻注意本專業學生在學習過程中的反饋意見，而且要廣泛調研其它學校和專業的教師在該門課程上的經驗總結。在此基礎上，結合筆者的親身體驗和思考，認為求真學院學生在學習該課程過程中可能面對的主要問題包括：（1）學生由于數學基礎不夠扎實，對課程中涉及到的數學知識產生畏難情緒，進而無法很好地掌握控制系統的分析方法；（2）不能將所學的控制理論知識與自己專業的實際案例充分地聯系起來，這主要是在學習過程中接觸專業案例少造成的；（3）無法將基本理論和計算機輔助設計軟件MATLAB結合起來進行更有效地控制系統設計，即割裂了基本理論和計算機輔助軟件相輔相成、互相印證、互相促進的關系；（4）從系統角度理解控制系統核心思想的能力不足，即無法做到融會貫通，更談不上靈活運用，這需要授課過程中注意前后串聯，幫助學生建立起系統概念[5]。針對上述問題，結合求真學院辦學定位和不同專業對該課程的教學大綱要求，提出有針對性的改革措施。多年來的教學實踐證明，《自動控制原理》課程涉及大量的數學知識，如拉氏變換及其逆變換、微分方程等，因此扎實的數學功底是學好該課程的基礎。如果學生缺乏必要的數學知識，教師又不能適時補上這個不足的話，很容易造成學生在學習過程中的畏難情緒，不可避免地會影響教學效果。因此，一個較可行做法是在課程開課伊始，就給學生列出所有需要用到的基礎數學知識。一方面引導學生重新復習這些已經學過的數學知識；另一方面，授課教師還應抽出專門的課時來對這些數學知識進行復習和重點講授。為了不斷加深學生對這些數學知識的理解，在用到相應的數學工具時，授課教師應該結合具體的實例進行更詳細地講述。為了盡可能減少學生在學習中的畏難情緒，授課教師在考試中堅持“注重概念，弱化計算”的理念，只要學生思路正確，僅是計算錯誤的話，可少扣或不扣分。

2 結語

針對《自動控制原理》課程在我校求真學院三本學生教學中存在的若干問題，提出了若干有效的教學改革措施，從而提高該課程的教學效果。

［1］周武能,石紅瑞.自動控制原理教學改革與實踐[J].教學研究,2010,33(1)：63-66.

［2］薛定宇.控制系統計算機輔助設計—MATLAB語言與應用[M].第二版.北京：清華大學出版社,2006.

［3］吳曉蓓.“自動控制原理”課程講授的幾個要點[J].中國大學教學,2005(9)：28-30.

［4］唐超穎,姜斌.“自動控制原理”課程的探究性教學實踐[J].電氣電子教學學報,2007,29(6)：91-93.

［5］王萬良.“自動控制原理”課程教學中的幾個關鍵問題[J].中國大學教學,2011(8)：48-51.