《自動控制原理》課程教學改革與實踐

陸之洋

摘 要：《自動控制原理》是貴州大學電氣工程學院重要的一門專業基礎課程。提出從整合教學內容、改進教學方法、改革考核方式、加強教師隊伍建設等方面進行教學改革，提高教學質量。

關鍵詞：自動控制原理；教學改革；教學質量

中圖分類號： G4331 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-146-2

0 引言

《自動控制原理》課程是一門理論性和實踐性都比較強的專業基礎課。該課程的主要任務是通過對課程的學習，培養學生對控制系統的分析設計能力、創新能力和工程實踐能力。本門課程歷來都是學生難學、教師難教。顯然，采用傳統的課堂講授的教學方法難以達到教學目標。如何更好地設計教學過程、組織教學內容和改進教學方法和考核方式[1]，建立一個包括課堂講授、計算機輔助教學、實踐教學在內的全方位的課程教學體系，從而提高教學質量和教學效果，是擺在廣大任課教師面前的重要問題。

1 整合教學內容

近年來，控制理論在非線性控制、魯棒控制、智能控制、復雜系統的控制等方向上取得了重要進展[1]。然而，教材的更新卻遠遠跟不上理論發展的步伐，如果沿用教材的內容一成不變地講授，不僅學生的學習效果大打折扣，同時極大影響了他們的學習熱情。《自動控制原理》的教學應在力求講清控制論基本概念的前提下，更多地結合工程實際。這就要求任課教師緊跟學科發展前沿和工程實踐，將與學科相關的最新理論及應用融入平時的授課過程中，對《自動控制原理》的教學內容進行整合，對教材中的部分過時的內容進行縮減。

1.1 控制系統的數學建模

要揭示系統的結構、參數及動態性能之間的關系，必須建立系統的數學模型。在傳統的《自動控制原理》教學中，往往過分強調對象的數學建模與推導，卻忽視了數學推導及結果與課程本身的聯系，導致學生對原理的掌握僅僅流于“數學層面”上的理解。因此，在講解建立對象的數學模型之前，應先講清楚工程的背景與需求，同時注重推導的思路，樹立學生的工程思維習慣[2]。

1.2 時域分析法

時域分析法根據系統的微分方程或傳遞函數直接或間接地計算出系統的時間響應，求解系統的各項性能指標，分析系統的動態性能和穩態性能[3]。典型二階系統的分析是本章最重要的內容，二階系統的時間響應分析，確定典型二階性能指標與參數的方法，以及系統的零極點分布和性能指標的關系都應該重點介紹[2][3]。

1.3 頻域分析法

由于Nyquist圖即使使用MATLAB也難以精確繪制，授課時只是簡單介紹一般Nyquist圖的繪制方法，重點介紹Nyquist穩定判據及其穩定裕度的概念即可。Bode圖容易比較準確地繪制，很適合進行系統的分析和設計，同時可在Bode圖上介紹系統校正方法。Nichols圖可以不講[2][3]。

1.4 控制系統的校正

當前微機控制系統基本上使用的都是串聯校正方法。文章重點介紹基于Bode圖的串聯校正方法。超前校正、滯后校正、滯后-超前校正等串聯校正實質上就是PID校正，在教學中應結合工程實際闡述PID控制器工作原理便于學生更好理解校正的實質[2][3]。

1.5 根軌跡分析法

簡單介紹根軌跡的基本概念和方法，教會學生繪制簡單的根軌跡圖即可。

1.6 需增加的講解內容

①離散控制系統。

目前的控制系統幾乎都是計算機控制。在本門課程中要增加介紹離散控制理論，特別是要詳細地介紹差分方程及微分方程的差分化，為計算機控制程序設計打好基礎。

②將MATLAB引入教學。

本門課程計算和繪圖較多，引入MATLAB進行繪圖和實際案例的數字仿真，方便學生理解和掌握抽象的理論知識，提高教學效率，也使學生能夠掌握MATLAB這一實用軟件[4]。

2 改進教學方法

鑒于《自動控制原理》課程的特殊性，采用一些有針對性的教學方法很有必要。

2.1 對比教學法

《自動控制原理》采用多種方法對系統進行分析，在分析時對各種方法進行對比教學能夠加深學生對這些內容的理解，更好地掌握每種方法的特性及它們之間的聯系和區別。比如，講解系統的穩定性分析時，將Routh判據和Nyquist判據進行對比分析；講解系統的頻率特性時，將系統的極坐標圖和對數坐標圖進行對比分析[5]。

2.2 案例教學法

在對某些知識點進行講解的時候，引入具體的案例，將有助于學生更好地理解授課內容。比如，在講解開環控制系統和閉環控制系統的區別和優缺點時，引入“潮汐車道”作為案例。當開環控制時，控制信號燈是預先設定好的，車輛按照信號燈行駛；當閉環控制時，通過埋在地下的感應線圈測量來往車流量，從而引入反饋，使潮汐車道的紅綠燈按照車流量大小進行調整，從而優化交通。通過案例學生很容易理解二者的優缺點：閉環控制效果更好，同時成本更高。

2.3 網絡化教學

充分發揮校園網絡平臺、QQ群的作用。教師將教學資源、學科發展前沿信息等資料上傳，方便學生學習；師生之間還可以在平臺上隨時溝通，教師及時解決學生的問題，拓展教學的時間和空間，提高學生的學習積極性。

3 改革考核方式

歷年來，該院《自動控制原理》課程的考試成績都是以期末考試成績為主，輔以少量比例的平時成績。這種考核方式非常不合理，導致學生平時不重視課程的學習，只是到考前“臨時抱佛腳”，沒有真正掌握本門課程的內容。對課程考核方式進行改革迫在眉睫。我們將最終成績分為平時成績（20%）、實驗成績（20%）和考試成績（60%）三部分。平時成績占總分的20%，主要針對學習態度，以出勤情況、作業完成情況及課堂問題的回答情況作為評分依據，在執行過程中，不能流于形式，教師一定要精心準備問題并充分調動學生的積極性，否則容易出現教師自問自答的局面，而且讓學生覺得刷刷“臉卡”就掙到這20分。實驗成績根據考勤、實驗態度、動手能力、創新能力和實驗報告來綜合評定。考試以閉卷的形式逐漸向開卷的形式或兩者結合的方式過渡[5]。在信息時代，知道獲取信息的方法和渠道往往比記住這些信息更重要，引入開卷的方式，可以拓展收集信息的渠道，增強學生的綜合分析能力。

4 加強教師隊伍建設

目前，該院各專業均開設《自動控制原理》課程，為了更好地提高本門課程的教學質量，很有必要加強教師隊伍建設。

4.1 成立《自動控制原理》課程教學研討小組

目前該院各專業在本門課程的教學上基本各自為政，缺乏專業之間的溝通和交流。成立院級課程教學研討小組，經常開展相關教學研究活動，針對課堂教學中的重點難點、學科發展的前沿動態、最新技術等進行探討，對教學質量的提高將大有裨益。

4.2 組織交流聽課和觀摩教學

組織授課教師相互聽課，相互提意見，相互學習成功經驗；組織有經驗的老教師進行觀摩教學，學習老教師對教學重點的把控，教學節奏的控制，學習他們成功的教學方法和技巧。

4.3 重視對教學改革的研究

學院領導對該院教改工作非常重視，積極鼓勵本院教師申報省級、校級教改項目的同時，專門設立院級教改項目，鼓勵并資助廣大教師積極開展教學改革研究，發表教學改革文章。

5 結束語

教學改革是教學工作永恒的主題，沒有最好的教學方式，只有最合適的教學方式。只有緊跟學科發展前沿，用心教學，在教學過程中因地制宜，不斷調整和優化教學內容、教學方法，才能真正提高教學質量。

參 考 文 獻

[1] 張正江，鄭崇偉，曾國強.“自動控制原理”課程教學改革的探索與實踐[J].中國電力教育，2013（6）：53-54，58.

[2] 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.

[3] 高春艷，龐靖，姬江濤，等.“自動控制原理”教學改革關鍵問題探索[J].中國電力教育，2013（5）：79-80.

[4] 袁新娣，黃曉軍，謝曉春.《自動控制原理》教學改革探索與實踐[J].江西教育學院學報（綜合），2006，27（6）：30-32.

[5] 鄭長勇.自動控制原理課程教學改革探索與實踐[J].內蒙古農業大學學報（社會科學版），2009，11（4）：134-136.