面向三本學(xué)生的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革與實(shí)踐

陳惠英

（湖州師范學(xué)院工學(xué)院，浙江 湖州313000）

0 引言

《自動(dòng)控制原理》課程是高校電氣自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)必修課，是電氣類、機(jī)械類等許多專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。該課程是本科生后續(xù)課程的基礎(chǔ)課程，在控制科學(xué)與工程學(xué)科中占有重要地位。該課程高度抽象、涉及多方面的數(shù)理知識(shí)，是一門(mén)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[1]。而我校求真學(xué)院三本學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)總體偏弱，面對(duì)這樣一門(mén)具有理論性強(qiáng)、概念多、系統(tǒng)性強(qiáng)，且數(shù)理基礎(chǔ)要求較高的專業(yè)基礎(chǔ)課程，往往學(xué)習(xí)的難度較大，造成本課程在求真學(xué)院學(xué)生班的教學(xué)效果上，對(duì)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(duì)具體問(wèn)題的時(shí)候，不知如何運(yùn)用相應(yīng)的知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。因此，針對(duì)三本學(xué)生的《自動(dòng)控制原理》課程的教學(xué)，必須根據(jù)學(xué)生數(shù)理知識(shí)基礎(chǔ)的實(shí)際情況，合理安排和優(yōu)化課程的體系結(jié)構(gòu)，改進(jìn)教學(xué)方法。對(duì)本課程的教學(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)[2]在內(nèi)的多種教學(xué)方法和手段，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋，不斷進(jìn)行教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)改革以提高教學(xué)質(zhì)量。

1 課程教學(xué)改革的探索和實(shí)踐

結(jié)合筆者在《自動(dòng)控制原理》課程近幾年的教學(xué)工作，對(duì)該課程的體系結(jié)構(gòu)、內(nèi)容組織和教學(xué)方法進(jìn)行探討，根據(jù)教學(xué)實(shí)際需要和實(shí)際效果，優(yōu)化該課程的體系結(jié)構(gòu)，尋求適合我校求真學(xué)院三本學(xué)生教學(xué)效果的有效途徑和方法。

1.1 課程體系結(jié)構(gòu)組織與設(shè)計(jì)

《自動(dòng)控制原理》課程的內(nèi)容理論性強(qiáng)，建模描述用到了微分方程模型、傳遞函數(shù)模型等，涉及到高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí)；同時(shí)通過(guò)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)需要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。因此，結(jié)合目前我校《自動(dòng)控制原理》課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的情況，根據(jù)該課程的教學(xué)內(nèi)容，按照課程的教學(xué)目標(biāo)，對(duì)該課程的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和安排。將課程進(jìn)行合理優(yōu)化，將其設(shè)計(jì)為教師課堂講授、學(xué)生課程實(shí)驗(yàn)、學(xué)生課程設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。

課堂講授。課堂講授是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。筆者首先根據(jù)求真學(xué)院的教學(xué)要求，制定相應(yīng)學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)內(nèi)容，滿足不同專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)需要；然后對(duì)于具體的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，注重學(xué)生的探究和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。借鑒課程組老師教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)的幾個(gè)要點(diǎn)，將本課程的授課內(nèi)容分為八章，分別是：自動(dòng)控制系統(tǒng)導(dǎo)論、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析、根軌跡法、頻率法分析、控制系統(tǒng)校正、非線性系統(tǒng)和線性離散系統(tǒng)。其中，控制系統(tǒng)校正部分可作為一般性要求內(nèi)容，降低學(xué)習(xí)難度和要求，但加強(qiáng)了建模部分的講授[3]。教師課堂講授主要是講授自動(dòng)控制的基本理論、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，讓學(xué)生了解和學(xué)習(xí)“控制論”這種思想方法。

課程實(shí)驗(yàn)。課程實(shí)驗(yàn)是對(duì)學(xué)生課堂理論學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)和加深理解。學(xué)生利用MATLAB語(yǔ)言的控制系統(tǒng)仿真功能，學(xué)習(xí)與訓(xùn)練控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力。學(xué)生在完成理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)應(yīng)用MATLAB語(yǔ)言的控制仿真程序設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行控制系統(tǒng)的仿真并完成一般控制系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)。

課程設(shè)計(jì)。在課堂講授和課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)課程設(shè)計(jì)加深學(xué)生對(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。如，通過(guò)設(shè)計(jì)直流伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、磁浮球控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試等，借助于這些系統(tǒng)學(xué)生可完成經(jīng)典PID控制器和自選控制算法的設(shè)計(jì)與仿真[4]。在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生可根據(jù)所學(xué)知識(shí)采用不同的控制方法，充分發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的創(chuàng)造性，既能加深對(duì)基礎(chǔ)理論的理解和掌握，又能提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

1.2 適應(yīng)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)，改進(jìn)教學(xué)方法

課程的教學(xué)目標(biāo)將以講授基礎(chǔ)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合求真學(xué)院的基本定位以及學(xué)生的具體情況，根據(jù)該課程的實(shí)際內(nèi)容，采用多種教學(xué)方法，如將探究式教學(xué)，案例式教學(xué)，討論式教學(xué)、對(duì)比式教學(xué)、傳統(tǒng)教學(xué)方式和多媒體教學(xué)方式相結(jié)合、傳統(tǒng)教學(xué)方式和MATLAB相結(jié)合等多種方法并施，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。為了準(zhǔn)確評(píng)估課程的講授效果，真正了解該門(mén)課程學(xué)習(xí)中可能存在的問(wèn)題，不但要時(shí)刻注意本專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的反饋意見(jiàn)，而且要廣泛調(diào)研其它學(xué)校和專業(yè)的教師在該門(mén)課程上的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者的親身體驗(yàn)和思考，認(rèn)為求真學(xué)院學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程過(guò)程中可能面對(duì)的主要問(wèn)題包括：（1）學(xué)生由于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，對(duì)課程中涉及到的數(shù)學(xué)知識(shí)產(chǎn)生畏難情緒，進(jìn)而無(wú)法很好地掌握控制系統(tǒng)的分析方法；（2）不能將所學(xué)的控制理論知識(shí)與自己專業(yè)的實(shí)際案例充分地聯(lián)系起來(lái)，這主要是在學(xué)習(xí)過(guò)程中接觸專業(yè)案例少造成的；（3）無(wú)法將基本理論和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件MATLAB結(jié)合起來(lái)進(jìn)行更有效地控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即割裂了基本理論和計(jì)算機(jī)輔助軟件相輔相成、互相印證、互相促進(jìn)的關(guān)系；（4）從系統(tǒng)角度理解控制系統(tǒng)核心思想的能力不足，即無(wú)法做到融會(huì)貫通，更談不上靈活運(yùn)用，這需要授課過(guò)程中注意前后串聯(lián)，幫助學(xué)生建立起系統(tǒng)概念[5]。針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合求真學(xué)院辦學(xué)定位和不同專業(yè)對(duì)該課程的教學(xué)大綱要求，提出有針對(duì)性的改革措施。多年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐證明，《自動(dòng)控制原理》課程涉及大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，如拉氏變換及其逆變換、微分方程等，因此扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底是學(xué)好該課程的基礎(chǔ)。如果學(xué)生缺乏必要的數(shù)學(xué)知識(shí)，教師又不能適時(shí)補(bǔ)上這個(gè)不足的話，很容易造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的畏難情緒，不可避免地會(huì)影響教學(xué)效果。因此，一個(gè)較可行做法是在課程開(kāi)課伊始，就給學(xué)生列出所有需要用到的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)。一方面引導(dǎo)學(xué)生重新復(fù)習(xí)這些已經(jīng)學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)；另一方面，授課教師還應(yīng)抽出專門(mén)的課時(shí)來(lái)對(duì)這些數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和重點(diǎn)講授。為了不斷加深學(xué)生對(duì)這些數(shù)學(xué)知識(shí)的理解，在用到相應(yīng)的數(shù)學(xué)工具時(shí)，授課教師應(yīng)該結(jié)合具體的實(shí)例進(jìn)行更詳細(xì)地講述。為了盡可能減少學(xué)生在學(xué)習(xí)中的畏難情緒，授課教師在考試中堅(jiān)持“注重概念，弱化計(jì)算”的理念，只要學(xué)生思路正確，僅是計(jì)算錯(cuò)誤的話，可少扣或不扣分。

2 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)《自動(dòng)控制原理》課程在我校求真學(xué)院三本學(xué)生教學(xué)中存在的若干問(wèn)題，提出了若干有效的教學(xué)改革措施，從而提高該課程的教學(xué)效果。

［1］周武能,石紅瑞.自動(dòng)控制原理教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教學(xué)研究,2010,33(1)：63-66.

［2］薛定宇.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)—MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用[M].第二版.北京：清華大學(xué)出版社,2006.

［3］吳曉蓓.“自動(dòng)控制原理”課程講授的幾個(gè)要點(diǎn)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2005(9)：28-30.

［4］唐超穎,姜斌.“自動(dòng)控制原理”課程的探究性教學(xué)實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(6)：91-93.

［5］王萬(wàn)良.“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2011(8)：48-51.