參與式教學法在“自動控制原理”教學中的應用

張貞艷+劉美俠

【摘 要】工業、科技等領域自動化水平的不斷提高，意味著對控制理論的應用越來越廣泛。《自動控制原理》作為一門專業基礎課，其課程重要性毋庸置疑；本文以培養應用型人才為目標，對“自動控制原理”進行了教學方法改革；將參與式教學法引入課堂，取得了較好的教學效果。

【關鍵詞】自動控制原理；教學方法改革；參與式教學法；教學效果

“自動控制原理”是自動化、數控技術等專業的專業課，課程難度較大，學時相對較少，外加我院學生基礎知識薄弱，課題組特對“自動控制原理”進行了教學方法改革。主要將“參與式”教學法應用于課堂，通過實施反饋，取得了良好的教學效果。

1 參與式教學法的設計和運用

傳統的“灌輸式”教學是教師不停地寫板書，書生被動地記筆記[1]。為了一改“滿堂灌，效率低”的教學模式，主要設計了如下參與式教學法：

1.1 多項互動法

將多項互動法貫穿于整個授課過程。課前，注意和學生交流，及時詢問教學節奏是否恰當，知識點理解是否到位，作業是否存在問題；課上，注意觀察學生反映，注意詢問重點知識點掌握情況，以協調師生節奏。課后，對作業中普遍出現的問題或課上理解不到位的知識點進行匯總，在下節課開始前統一解答，盡量不讓學生累積問題，以免影響后面的學習興趣。

1.2 引導式教學

從改變學生的惰性和對教師的依賴性出發，采用“引導式”教學積極引導學生主動思考問題，以培養其學習興趣和分析問題的能力。如在講解“控制系統傳遞函數的建立”時，選定如圖1、圖2兩個系統。圖1以外加電壓為輸入，以電容電壓為輸出，圖2以外力為輸入，以物體位移為輸出，要求建立系統傳遞函數。特給學生做如下引導：

圖1 電氣系統

圖2 機械位移系統

（1）兩系統的結構有何特點？

通過啟發引導，學生發現，看似不相關的兩系統，實際上都由3個元件串聯而成，且3個元件中都包含1個耗能元件（圖1中的電阻，圖2中的阻尼器）、都包含2個儲能元件（圖1中的電感和電容；圖2中的彈簧和物體）。通過以上引導，使學生回顧儲能元件的儲能公式，并構建如下表格加深印象：

表1 儲能元件及其儲能公式

基于此，得出兩系統結構相似，且儲能元件的個數決定了系統的階次是二階的。

（2）結構相似的系統傳遞函數模型是否相似呢？

對于電氣系統，結合串聯電路“復阻抗”的概念，可求得系統的傳遞函數如（1）式：

將兩個式進行對比，不難發現，兩系統模型相似，均為二階系統；如果在數值上滿足：m=LC，μ=RC，k=1，則兩模型相同，此時兩系統等值。

1.3 歸納總結法

在“自動控制原理”的教學中，要注意各知識點的銜接性，注意適時給學生進行知識總結，有助于幫助學生構造知識體系。

同樣以上述兩系統為例，從控制論的角度出發歸納總結習題帶給我們的幾點啟發：

（1）控制系統的傳遞函數是由系統的結構和參數決定的；

（2）物理本質不同的系統，可以有相似（或相同）的傳遞函數模型；

（3）從動態性能來看，在相同形式的輸入作用下，傳遞函數相似（或相同）而物理本質不同的系統其輸出響應是相似（或相同）的；

（4）基于第（3）點，可以利用電系統來模擬其它系統，進行預先的設計研究。

教師的總結能夠加強學生對知識點的消化吸收，也能幫助學生構建知識體系，形成良好的學習習慣。

1.4 情景模擬體驗法

“自動控制原理”的學習是為將來分析控制系統性能（穩定性、暫態過程：超調量、上升時間、調節時間、穩態誤差）服務的，如果系統的性能不能達到要求，就需要進行綜合（設計），可以采用根軌跡、頻率校正、PID校正等方法完成[2]。在課程剛開始時，就有必要把這一目標強調給學生，在授課過程中，要逐步將這一目標細化；另外，教師平時注意把科研項目里和本課程掛鉤的知識點介紹給學生，方便他們直觀地理解現在課程和后面實踐環節的關聯性。這樣能促使學生對所學知識的認知力，通過情景模擬，把知識學以致用。1.5 自我設計方法

借助Matlab軟件的相關函數或者軟件包為“自動控制原理”提供有利的輔助驗證。例如在進行系統穩定性判定、頻率特性圖的繪制等過程中，指導學生利用Matlab進行驗證或設計來強化學習效果。這主要是針對部分有余力的學生。

2 參與式教學法實施的注意事項

為保證“參與式”教學法的實施效果，施教過程有幾點注意事項：

1）認真備課、充分備課

只有對習題、案例精心篩選，對教案、課件認真準備，才能在和學生互動、交流增加的情況下，及時且全面的預見和解決困惑學生的問題。

2）協調課程節奏

交流互動環節的增加，易影響授課節奏。要注意區分學生所提問題是共性的還是個性的，是需要在課堂上集中講解的還是可以放到課后網絡答疑解決的；既要注重培養學生討論問題的熱情和積極性，又要嚴格把控好上課節奏。

3）引導學生參與，保持其積極性

參與式教學的順利開展，離不開教師的引導和學生的配合。課堂上注意適當引入小組競賽或分組討論的方式等來激發學生積極參與的熱情，培養學生的學習積極性。

3 結論

本文總結了參與式教學法在“自動控制原理”中的設計和應用，介紹了施教過程的幾點注意事項。在教學實踐中取得了較好的效果：學生學習熱情飽滿，討論問題積極，知識掌握更扎實，分析問題和解決問題的能力有所增強，部分學生考研目標更明確，信心也增強。

【參考文獻】

[1]宋亞男，徐榮華.參與式教學方法在“自動控制原理”教學中的思考與實踐 [J].廣東工業大學學報，2010（7）：111-112.

[2]張貞艷，劉美俠.“自動控制原理教學改革實踐”[J].中國電力教育，2010（7）：62-63.

[責任編輯：楊玉潔]