《自動控制原理》課程教學(xué)改革實踐

尹進田　劉麗　王曉芳

摘要：《自動控制原理》是自動化及眾多工科專業(yè)的一門核心必修課程，具有與其他課程不一樣的特點，其教學(xué)質(zhì)量的好壞顯得異常重要。本文從課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗環(huán)節(jié)及作業(yè)環(huán)節(jié)出發(fā)淺談了一些改革做法，通過實踐授課取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：自動控制原理；教學(xué)質(zhì)量；教學(xué)方法；實驗環(huán)節(jié)

中圖分類號：G431文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）03-0145-011、引言

《自動控制原理》是自動化專業(yè)的核心課程和專業(yè)基礎(chǔ)必修課，同時也是自動化相關(guān)專業(yè)如電氣工程及其自動化、測控技術(shù)與儀器、信息類各專業(yè)、機械制造等專業(yè)的一門必修課，該課程最典型的特點是概念抽象、理論性強、分析方法多、要求一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和理論實踐結(jié)合有難度等。

自動控制理論是工業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和前提，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及技術(shù)中重要而不可缺少的組成部分[1]。通過本堂課，學(xué)生應(yīng)重點掌握本專業(yè)領(lǐng)域中常用控制系統(tǒng)和自動控制中的基本方法，了解線性系統(tǒng)的頻率校正法以及自動控制理論在專業(yè)課和新技術(shù)、新產(chǎn)品上的應(yīng)用[2]。

2、現(xiàn)狀分析

邵陽學(xué)院電氣工程系設(shè)有設(shè)自動化、電氣工程及其自動化、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)。《自動控制原理》一直是我系各專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課。本課程講授經(jīng)典控制理論，以研究定常系統(tǒng)為主，比較全面系統(tǒng)地向?qū)W生介紹自動控制的基本理論及其分析和設(shè)計方法，讓學(xué)生清晰地建立起線性控制系統(tǒng)反饋的基本概念，初步學(xué)會利用經(jīng)典控制理論和時域法、根軌跡法、頻率特性法等方法來分析自動控制系統(tǒng)，并用頻率特性法設(shè)計自動控制系統(tǒng)。同時設(shè)立實驗，采用傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合的教學(xué)方法，也增設(shè)了習(xí)題輔導(dǎo)課，但其教學(xué)成果一直不是很理想主要體現(xiàn)幾個方面：一是學(xué)生對概念理解不透徹，如數(shù)學(xué)模型、被控量、被控對象、對數(shù)頻率特性等，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率較低；二是部分學(xué)生沒有養(yǎng)成動手的習(xí)慣，作業(yè)抄襲現(xiàn)象較嚴重；三是學(xué)生實驗積極性不高。

本院針對以上問題，召開了多次教學(xué)研討會分析了產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因，一是該課程本身對數(shù)學(xué)要求較高、理論性和抽象性較強，學(xué)生易產(chǎn)生枯燥；二是學(xué)生基礎(chǔ)不扎實，沒有養(yǎng)成勤學(xué)好問的習(xí)慣；三是課程實驗項目內(nèi)容有待改進，增設(shè)新穎、與現(xiàn)實生活密切相關(guān)的內(nèi)容，同時實驗設(shè)備不全導(dǎo)致整個實驗難以完成，難以檢查故障且故障修復(fù)困難等，這些屬于分散學(xué)生精力，影響其學(xué)生實驗積極性。

3、教學(xué)改革的研究與實踐

近年來，筆者從事《自動控制原理》課程的教學(xué)工作中得到一些體會，并不斷改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗環(huán)節(jié)等，取得了一定的效果。具體如下：

（1）教學(xué)內(nèi)容改革。《自動控制原理》課程教學(xué)內(nèi)容多、涉及廣，以本校電氣工程系自動化專業(yè)為例，該課程為58個總學(xué)時，去掉10個學(xué)時實驗，使得教學(xué)學(xué)時相當緊張。因此，在教學(xué)內(nèi)容上必須進行優(yōu)化改革，以培養(yǎng)計劃和教學(xué)大綱為依托，精選重點內(nèi)容，對于該課程與先修課程內(nèi)容上存在有相同地方加以修改；對大綱中規(guī)定重點內(nèi)容外的內(nèi)容略講或者不講，敦促學(xué)生自學(xué)，這樣能把有限的學(xué)時用來講解重點內(nèi)容。另外教學(xué)時通過一條課程主線，串聯(lián)所有知識點，增強課堂教學(xué)的邏輯性和條理性，便于學(xué)生在較短的教學(xué)時間內(nèi)能理解和掌握該課程的基本原理。通過總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出“數(shù)學(xué)模型—系統(tǒng)分析—系統(tǒng)設(shè)計”的遞進關(guān)系教學(xué)思路。

（2）教學(xué)方法改革。課堂教學(xué)時，注重以學(xué)生為主主體，教學(xué)中用采用多媒體教學(xué)，運用豐富的畫面講解知識，激發(fā)學(xué)生興趣和理解。當然并不是所有課程對適合其媒體教學(xué)，因媒體教學(xué)節(jié)奏快，要求學(xué)生上課精力集中，對于這種情況應(yīng)采用同時對重點采用黑板板書形式。針對本課程理論性強、概念抽象的特點，較多地采用在線仿真、實驗演示等方式，強化學(xué)生的理解。精選課程課外學(xué)習(xí)資料掛網(wǎng)上供學(xué)生課外實踐下載學(xué)習(xí)。課堂教學(xué)中合理設(shè)置疑問供學(xué)生課堂課外思考。注重總結(jié)歸納教學(xué)內(nèi)容，尋找容易簡單的記憶學(xué)習(xí)方法供學(xué)生參考。

（3）實驗環(huán)節(jié)改變。目前我校《自動控制原理》課程實驗為5個項目，共10個課時，分別為型環(huán)節(jié)及階躍響應(yīng)、二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定分析、連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正、數(shù)字PID控制，以前這5個實驗項目都為驗證性實驗，通過對 “連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正” 項目的內(nèi)容修改和補充，并通過向?qū)W校教務(wù)處申報成為了綜合性實驗項目，項目“數(shù)字PID控制”也正在修改中，即將向?qū)W校教務(wù)處申報設(shè)計性實驗項目。另外該課程實驗設(shè)備為小型實驗箱，學(xué)生能看到的也都是元器件的標識，看不到具體元器件，通過對一臺老實驗箱的拆裝，讓學(xué)生充分了解課實驗箱的構(gòu)造機理，在實踐過程中學(xué)生遇見實踐出現(xiàn)問題應(yīng)嘗試讓學(xué)生自己去分析原因找出問題所在，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（4）課后作業(yè)改革。課后作業(yè)是學(xué)生加深和鞏固所學(xué)內(nèi)容的主要環(huán)節(jié)，也是教師跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的主要手段[4]。前面提到學(xué)生作業(yè)抄襲較嚴重，作業(yè)達不到預(yù)期效果，主要原因是作業(yè)用到的數(shù)學(xué)知識較多，計算量較大，學(xué)生缺乏足耐心；知識掌握在不足，可以采用“分組學(xué)習(xí)法”，一個學(xué)習(xí)小組包含4-5名學(xué)生，選取學(xué)習(xí)成績較好者擔(dān)任組長，督促其他同學(xué)的學(xué)習(xí)，包括作業(yè)、答疑及與老師溝通等。每次布置作業(yè)時，不同的小組布置的相同作業(yè)量題目，并且題型相似但不相同，老師批改作業(yè)時每個小組隨機抽查一份，習(xí)題課講解時也每個小組隨機抽取一位同學(xué)的作業(yè)，并要求該同學(xué)進行講解。事實表明，通過以上方法能比較合適地給予了學(xué)生一定的學(xué)習(xí)壓力，提高了學(xué)生們做作業(yè)的興趣，且促進了同組學(xué)生間的交流和協(xié)作，班級內(nèi)的學(xué)習(xí)討論氛圍得到了很好的增強。

4、 結(jié)語

本文結(jié)合《自動控制原理》課程教學(xué)實踐，提出了自己的觀點及在教學(xué)過程中的一些經(jīng)驗，上述提到的改革方法在教學(xué)過程中取得了一定的效果，但也深知還有眾多的問題等待進一步的去探索實踐，爭取不斷獲得更好的教學(xué)手段和方法，全面提高教學(xué)質(zhì)量。

（作者單位：邵陽學(xué)院電氣工程系）

通訊作者：劉麗

參考文獻：

[1]田思慶，吳桂云.自動控制原理課程的教學(xué)研究與實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2008，30（1）：112-114.

[2]周穎，張燕，劉作軍.等.對現(xiàn)階段自動控制理論教學(xué)方法的探討[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報（高教研究版），2011，32（3）：57-58.

[3]薛峰，林俊，李艷玲. 高職自動控制原理課程教學(xué)改革探索[J].課程教育研究，2015.12（上旬）：229.

[4]李冬霞，石慶研. 《自動控制原理》課程教學(xué)改革探索與實踐[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版），2012，58（S2）：153-156.