“自動控制原理”教學改革探索

李明大 劉小河 管萍 劉麗華

摘要：“自動控制原理”課程在自動化類專業中占有重要地位。本文從理論性、實踐性和綜合性幾方面分析了課程的特點，在此基礎上針對本校學生的實際情況，采用了嚴肅課堂紀律、課后補充擴展、學期中小測驗以及綜合設計題小組答辯等方式進行了教學改革與創新嘗試，并進行了總結。

關鍵詞：自動化專業；自動控制原理；教學改革

中圖分類號：G424 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0112-02

“自動控制原理”是自動化專業和電氣工程專業本科生重要的專業基礎課，是后續專業課“現代控制理論”、“計算機控制系統”等課程的基礎課，是很多高校控制科學與工程專業研究生入學考試的必考科目，也是“線性系統理論”、“自適應控制”、“非線性系統理論”等研究生課程的基礎。自動控制原理的基本思想是整個控制科學理論體系的基石，同時也貫穿在自動化工程師的整個職業生涯中，學生對課程知識的掌握程度對個人的職業發展規劃產生重要的影響，也直接關系到學生進入社會后所做出的貢獻程度[1，2]。

對于“自動控制原理”課程教學的重要性，相關高校給予了高度的重視，通過有針對性地自編教材或精選教育部指定教材，由有十年以上教齡的具有豐富教學一線經驗的教師擔任課程的主講教師，制作生動的多媒體課件，創建國家級、省市級或校級精品課程等方式，進行了大量的教學改革探索與實踐，取得了豐富的教學研究成果[3-7]。

本文將結合北京信息科技大學的實際情況，分別闡述“自動控制原理”課程教學的特點、改革的必要性以及改革的措施。

一、課程教學的特點

1.“自動控制原理”課程的特點。“自動控制原理”是一門理論性很強的課程，基礎數學中的微積分、復變函數與積分變換等知識貫穿其中。另外，進行控制系統建模時根據被控對象的不同，需要電學、力學等物理知識和電路理論、電機理論等專業知識。在整個課程體系中，需要嚴謹的數學推導與計算，這些都要求學生具有較高的數學基礎。

“自動控制原理”是一門實踐性很強的課程，廣泛地應用在工業生產過程、軍事國防、航空航天等各個領域，具有實際的工程背景。另外，在國家宏觀經濟調控、人口計劃生育等社會科學中也體現了本課程的基本思想。所以，如果學生在學習中沒有對課程知識的應用有感性的認識，則會造成理論與實際的脫節。

“自動控制原理”也是一門綜合性的課程，既要求學生有較好的數學基礎能進行數學分析和計算，又要求學生具有一定的自主設計控制系統的能力。同時，課程大量使用圖形與計算相結合的方法，也要求學生具有一定的繪圖能力。

2.學生的實際情況。目前，北京信息科技大學自動化專業在北京以及全國大部分省份是本科一批招生，只在個別省份是本科二批招生，所以可以保證生源質量。但由于北京市的一本錄取率較其他省份高很多，所以北京的生源質量不如其他省份高。又由于生源地為北京的學生普遍沒有找工作的壓力以及讀研究生深造的想法，所以大學期間學習的積極性不高，對未來沒有危機感，在一定程度上影響了整個專業的學習氛圍。

二、教學改革的必要性

鑒于以上特點與問題，如果采用傳統的方法進行教學，不可避免會造成學生平時學習效果不好，只靠期末考試前突擊復習的后果。因此，為了使學生較好的掌握“自動控制原理”的知識，為以后的職業生涯打下堅實的基礎，也為更好地解決教學環節的相關問題，必須進行教學改革與實踐。

三、教學改革的措施

圍繞“自動控制原理”課程的教學，北京信息科技大學自動化學院進行了一些教學改革嘗試。

1.嚴肅課堂教學紀律。針對部分學生學習積極性不高、課堂出勤率低的問題，采取了嚴格的課堂考勤制度，把關請假情況，并執行缺勤時間超過總課時的三分之一即沒有考試資格的規定，嚴厲打擊各種曠課、遲到、早退的現象。對上課時學生不專心聽講玩手機的學生進行及時提醒，必要時暫時沒收手機。

2.課后補充擴展。對于基礎好、學有余力、渴望繼續深造的同學，在課后安排額外時間補充Matlab/Simulink控制系統仿真方面的知識，讓這部分同學在掌握理論知識的基礎上，通過編程仿真的方式進一步學會控制系統的分析與控制器設計。利用微信等新型通訊方式進行靈活的答疑以及常見問題的講解，使得學生有問題可以及時詢問，進而得到解答。

3.學期中小測驗。由于“自動控制原理”課程學時很多，包括實驗共90個學時，課程涉及到的知識點多，彼此有一定關聯卻又能自成體系。為督促學生能及時地進行階段性的復習，不至于將所有復習工作都堆在期末考試前，在整個教學過程中安排兩次小測驗。采用開卷考試的形式，在課后進行習題的簡單講解，并且給學生分發詳細的習題解答，督促學生能在階段性的學習之后及時地復習，并使得學生在作業題的基礎上有更多的題型可以用作期末考試復習材料。

4.綜合設計題小組答辯。在批改學生作業時發現抄襲作業的現象較嚴重，為督促學生獨立完成作業，在學期中段安排綜合設計題小組答辯的環節。提前兩周布置綜合設計題題目，要求用理論分析和Matlab/Simulink編程的方式進行控制系統分析以及控制器設計。2～3名學生一組，每個小組選一名學生進行3～5分鐘的講解，之后所有小組成員回答問題，對小組全體以及每個成員進行打分。最終從全部小組中選出3～4個優秀的小組在課堂上進行講解，教師和全體學生提問，并且教師就過程中學生遇到的問題和不足進行講解，通過對優秀小組學生適當加分的方式對其進行激勵。

四、教學改革的效果

比較近幾年自動化專業5個班近150名學生的期末考試成績，在考題難度基本不變的前提下，平均分有穩步的提高，尤其是在90～100分數段區間內，學生人數從無到有，并且有逐漸增加的趨勢，而50～59分數段內的學生人數逐年減少。顯然，通過新式的教學改革嘗試，對專業興趣濃厚、學有余力的學生能更加扎實地掌握課程所學內容，并且能進行靈活運用。與此同時調動了興趣不足的學生的積極性，并幫助學習吃力的學生達到課程要求。在后續的教學和實踐環節以及畢業設計中，也能明顯地感覺到學生在“自動控制原理”課程上打下的基礎并發揮著積極作用。

五、結語

“自動控制原理”課程是自動化相關專業重要的專業基礎課程，課程知識點多，理論與實際相結合，學生學起來有一定的難度，所以針對北京信息科技大學的實際情況開展了一系列教學改革措施。在課程開始階段給學生打好預防針，在課程中間階段及時地督促學生，使學生有一種緊迫的危機感。這樣在課程臨近結束的時候學生才能較好地掌握基本知識，順利地通過期末考試。只有緊追時代的腳步，通過教學改革與創新因材施教，牢牢把握學生觀念思想的變化，才能進一步提高“自動控制原理”的教學質量。

參考文獻：

[1]Katsuhiko Ogata. Modern Control Engineering（Fourth Edition）[M].北京：電子工業出版社，2007.

[2]劉小河.自動控制原理[M].北京：高等教育出版社，2014.

[3]徐穎秦，潘豐.自動控制原理立體化教學新體系的探索與實踐[J].電力系統及其自動化學報，2012，24（2）：152-155.

[4]周武能，石紅瑞.自動控制原理教學改革與實踐[J].教學研究，2010，33（1）：63-66.

[5]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，2011，33（8）：48-51.

[6]陳雪波，歐陽鑫玉.自動控制原理教學中的關聯教學實例[J].中國科教創新導刊，2012，13（25）：110-111，230.

[7]劉燦，龍祖強，譚延亮，等.自動控制原理實驗教學改革探索[J].電子制作，2013，20（11）：147.