“自動控制原理”課程的教學心得與改進

郭 季

(安陽師范學院 物理與電氣工程學院，河南 安陽 455000)

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“自動控制原理”課程的教學心得與改進

郭 季

(安陽師范學院 物理與電氣工程學院，河南 安陽 455000)

通過分析“自動控制原理”課程的授課對象，總結幾年的教學經驗，找出教學中存在的主要問題，并給出相應的應對策略。

自動控制原理；教學心得；教學改革

1 引言

“自動控制原理”是自動化專業核心的專業基礎課，也是電子信息工程、電氣工程與自動化等相關專業的重要課程。該課程特點是理論性強，又與工程實踐密切結合；整合了前繼電類專業基礎課程內容，同時又需要較高的數學知識作為鋪墊。它是一門知識覆蓋面廣、內容多、更新發展快、理論性和抽象性很強，且具有一定深度和復雜性的課程，也是公認教師難教、學生難學的一門課程。這門課的后續課程有自動控制系統、計算機控制系統、智能控制技術、控制理論綜合，這些課程都是以此為基礎，因此教好自動控制原理這門課就很重要，本文將對教學中出現的問題進行分析并提出相應的改進方法。

2 自動控制原理教學中出現的問題

2.1 授課對象分析

通過對“自動控制原理”的授課對象進行分析，了解學生的特點才能有針對性的授課和解惑。學習這門課的主要是在校三年級自動化學生，已經學習《大學物理》、《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《電路基礎》等專業基礎課程，該階段的學生具有以下特點：

首先從對學習態度的分析。學生的求知欲比較強，學習風氣好，表現欲強，上課氣氛活躍；樂意參加學術講座，踴躍參加課外活動，主動選擇和閱讀某類課外讀物，積極收集和整理有關資料信息。不足之處是學生尚缺乏獨立思考自由支配時間能力。

其次是對背景知識的分析。經過相關專業課程的學習，學生已具備一定的專業理論知識功底，但專業知識體系結構不夠完善，各課程之間綜合運用較少；具有一定計算機編程基礎知識，缺乏工程實際控制系統設計。

最后對起始能力的分析。本階段學生已經具備較為完善的自主學習能力，并具有一定的分析實際問題的能力，但在實踐中學以致用、運用所學知識解決實際問題的能力較弱；通過查閱資料獨立獲取新知識、新信息的能力有待加強；撰寫實踐報告等文字表達能力較弱。

2.2 理論在實踐中的應用能力不突出

“自動控制原理”這門課內容較抽象，原理概念多，章節內容一環套一環，如圖1所示，分析方法都是針對不同的數學模型，而數學模型是從真實系統中脫離出來的，不同的系統可能擁有相同的數學模型。但在學完本課程之后，很多同學無法把數學模型與實際系統聯系起來，而現在高校的研究生專業課考試很重視這一環節，當學生拿題來詢問我時，我才發現這個問題。

圖1 自動控制原理章節結構

2.3 數學推導多，理論結果與實際結果有誤差

在課程的學習中，有很多需要數學推導的地方，以學生學習的難點第五章為例，學生要掌握波特圖的近似畫法，需要計算各典型環節的特征點，同時要在誤差大的地方做出校正，而根據已畫出的對數頻率特性和對數幅頻特性判斷系統的穩定性又需要計算系統的相角裕度和幅值裕度，這些工作計算量大，又需要借助于計算器。在教學中發現學生對于繁瑣的計算理解不透，應用不靈活。

同時自動控制理論分析的結果與實際情況之間也是有一定的差距，理論計算當中經常會用到近似計算，造成與實際的仿真結果有誤差。按照課本第二章內容弱非線性系統近似認為是線性系統，但任何實際系統都不可能是真正的線性系統，比如系統中的電機數學模型，用的是簡單的一階系統做的代換，但在實際中會有摩擦之類的非線性，也不可能無條件的忽略。這些造成的系統誤差在課程講授中并沒有提到，學生會有困惑。

3 解決對策

3.1 教學內容優化

針對學生的特點，對課程進行優化，是保證教學質量的關鍵。隨著教學大綱的改革，在“自動控制原理”課程總課時不變的基礎上，授課時間已經從17周壓縮為14周，增加了實踐和實驗的課時，并通過我們反復比較和教學經驗的總結，在新的教學大綱里進一步增加了實驗個數。

在講授中，除了每一塊的基礎知識，還重點結合了課后習題和考研習題，并給了學生更多練習和總結的機會。在每次學生挖掘出新的問題，教師和學生會共同解決。

比如書上兩章課后習題都涉及到的知識點，學生深挖掘發現用不同的解法得到的結果是不相同的，提出疑問。在解答疑問時，我們發現這個知識點和信號處理還有關聯，又請教了相關老師，最后才圓滿解決。

3.2 教學形式的改進

相對于傳統教學手段，多媒體已經被廣泛應用，雖然有效的動態演示或情景演示可以激發學生的學習興趣，但是同時發現多媒體教學速度快，很多內容的講解過程學生跟不上進度，所以要兩者相結合，不能完全用多媒體課件取代黑板講授。

將軟件仿真引入教學，matlab軟件為教學提供了便捷的分析方法，直觀的展示結果，再結合理論分析，可以幫助學生加深課堂所學知識的理解。

如圖2所示，兩個不同系統擁有相同開環系統的根軌跡，但一個沒有零點，一個有1個閉環零點，他們的動態性能會有什么不同？這樣的題學生無法入手，可以幫助他們使用matlab進行仿真，觀察結果圖，得出結論。從理論分析，兩個零點的系統正好構成了偶極子，系統降級為二階系統，系統有超調量；而沒有零點的系統尋找主導極點將系統降級為一階系統，系統響應沒有超調量。兩個結論得到統一，極大的激發了學生探索問題的興趣。

圖2 根軌跡圖和仿真結果圖

除了上課教學還增加了視頻教學，采用重點大學的優質精品課程的視頻，幫助部分在上課時無法完全吸收知識點的同學，通過視頻教學的反復收看，有重點性的加強學習。增加微課堂，目前同學使用微信比例增加，使用微信答疑，既增加了和同學溝通的機會，也可以幫助同學把問題解決在萌芽狀態。

3.3 實踐教學改革

針對學生以往“一刀切”的實驗模式，做出相應的改革，增加實踐環節，并在實踐教學期間，要求學生做到五個一：參觀一次實訓基地，進一周實驗室，編寫一個算法，實現一個控制，完成一個報告。

改變以往的實驗是老師講，學生做的模式，在實踐教學方式上，力求避免傳統的灌輸式教學，改變被動實踐狀態；在教學手段上，開放實踐教學環境，開放實驗裝置、開放實驗時間、開放實驗內容，鼓勵學生自主學習，充分調動學生學習的積極性和主動性。并對學生的實踐時間做出考核，最后計入考核方式中。

目前開放的實驗室有自動控制實驗室、電力電子實驗室、電機控制實驗室、eda實驗室、dsp實驗室、plc實驗室、過程控制實驗室、繼電器保護實驗室。這些實驗室可以最大程度的滿足學生的需求。如果有學生想有更深入的學習，我們也開設了校內外實訓基地，通過生產現場教學實踐環節使學生充分了解本課程知識的具體應用，建立對課程所學知識的感性認識。

4 總結

“自動控制原理”課程對于自控專業的學生很重要，學習過程中難度也比較大，要求教師授課時，要以學生為核心，針對學生的特點，做出相應的改革，增強學生的學習動力，增加該課程的實用性，培養學生的專業分析水平，實現學生的全面發展。

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[4]田思慶，吳桂云.“自動控制原理”課程的教學研究與實踐[J].電氣電子教學學報,2008,30(1):112-114.

[5]李振龍，喬俊飛等.自動控制原理課程體系機構和教學方法探索[J].教學研究,2009,32(2):66-72.

[6]段納，高慶爭. 自動控制原理教學中的問題及對策探討[J].曲阜師范大學學報,2011,37(2):7-10.

[責任編輯：張懷濤]

Teaching Experience and Reform in the Teaching of "Automatic Control Principle"

GUO JI

(College of Physics & Electrical Engineering, Anyang Normal University, Anyang 455000，China)

Through the analysis of the teaching object of "automatic control principle", based on the teaching experience for several years ,this paper summarizes the main problems in teaching,and the corresponding countermeasures are given.

Automatic control theory; Teaching experience; Reform

2016-05-26

安陽師范學院2013年度教學研究項目(ASJY-2013-47)

郭季(1983-)，女，河南安陽人，講師，主要從事控制算法研究。

??] G642.0 [文獻識別碼]A

1671-5330(2016)05-0143-03