問題驅動教學法在《自動控制原理》“穩態誤差分析”教學中的應用

楊艷麗 郭一鋒 張國良 王蜂

摘要：自動控制原理課程是第二炮兵工程大學測控工程等專業一門非常重要的工程技術基礎必修課，肩負著為后續武器系統相關課程打下堅實理論基礎的任務。為了改變傳統填鴨式的教學模式，在教學過程中采用問題驅動教學法。實踐結果表明：該方法充分調動了學生的積極性和主動性，激發了學生的學習興趣，培養了學生的合作精神，開拓了學生的創新能力，推動了教學改革，提高了課堂教學的質量和效果。

關鍵詞：自動控制原理；問題驅動教學法；過程設計

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）17-0184-02

“自動控制原理”是第二炮兵工程大學生長干部學歷教育“測控工程”等專業的一門必修工程技術基礎課程，肩負著為后續武器系統相關課程打下堅實理論基礎的任務。該課程來源于控制工程的社會實踐，又回到工程實際中去指導系統的分析和設計，具有濃厚的工程背景，理論性較強，公式較多，計算繁瑣。如果按照傳統的“填鴨式”方法組織教學，學生會覺得枯燥乏味，產生厭學情緒，教學效果大打折扣。因此在本課程的教學中貫穿問題驅動教學法，以“問題驅動”調動學生自主學習的積極性，培養學生的合作精神，開拓學生的創新能力。

一、何謂問題驅動教學法

著名科學方法論學者源普爾（K.R.Popper）認為：“正是問題激發我們去學習，去發展知識，去實踐，去觀察”。問題驅動教學法即基于問題的教學方法是一種以學生為主體、以專業領域內的各種問題為學習起點，以問題為核心規劃學習內容，以探索問題來引導和維持學習者的學習興趣和動機，讓學生圍繞問題尋求解決方案的一種學習方法。教師在此過程中的角色是問題的提出者、課程的設計者以及結果的評估者，學生必須擁有學習的主動權，教師不斷地引導和激勵學生前進。

二、問題驅動教學法過程設計

1.教師提出問題。教師要在課前準備好問題。從現代教學論點看，教學過程既是學生的認識過程，又是學生思維發展的過程，而思維的動力又是由疑問引起的，學生心中有了疑問，才會促使他們主動探究，合作交流，向老師質疑，以解心中的疑團，從而獲取新知識。因此，在學生學習知識過程中，運用問題驅動教學的第一步是提出問題[1]。

2.分析問題。這一階段以學生的活動為主，常常讓全班同學相互間進行討論和交流，也可以全體同學分組討論，爭取讓每個學生都提出自己的觀點和看法。教師在此階段主要是發揮引導作用，當討論發生跑題或者學生們誤解問題的本意時，給予及時的提醒和引導。

3.解決問題。即在教師的引導下，讓學生們通過自主探索、小組合作交流等一些手段和方法進行相關知識的學習，提出解決問題的方法，這時可以讓學生用報告的方式與全班進行交流。學生會從中獲得成功的愉悅、自信的情感，逐步形成主動探索知識的能力

4.結果評價。包括自我評估、小組互評及教師評價等，評價內容為小組整體表現、問題解決方法的合理性、個人貢獻等。

三、問題驅動教學法的實施

在多年的教學實踐中，筆者運用問題驅動教學法講授《自動控制原理》“線性系統的穩態誤差計算”課程，取得了較好的效果，下面加以說明。

1.提出問題。控制系統的穩態誤差，是系統控制準確度的一種度量，是一項重要的技術指標。穩態誤差和哪些因素有關，如何計算穩態誤差呢？

2.分析問題接下來讓學生自由討論。從穩態誤差的定義入手，e（∞）=lime（t），顯然，計算穩態誤差最直接的方法是定義法，對于如下所示的典型線性系統結構圖：

3.解決問題。對表格進行分析可以發現：對于靜態誤差系數而言，對角線上是開環增益，對角線以上是0，對角線以下是無窮大；對穩態誤差而言，對角線上是常數，對角線以上是無窮大，對角線以下是0，表格可以向右向下無限擴展。對一個特定形式的輸入來說，積分環節的個數ν越多，穩態誤差越小；開環增益越大，穩態誤差越小；但是兩者的影響是有區別的，ν的影響是質的變化，它可以使穩態誤差由無窮大變為一個常數，由一個常數變為0，開環傳遞函數中ν越多，系統跟蹤變化輸入信號的能力越強；開環增益的影響是量的變化，它只能影響一個特定輸入和一個對應ν下穩態誤差的大小；這樣一種求解穩態誤差的方法雖然是從終值定理中來，但是對于具有t形式的輸入來說，它完全可以脫離終值定理而獨立存在，我們甚至不必求出誤差信號的復數域表達式E（s），只需開環傳遞函數即可，相比終值定理，計算的復雜性進一步降低了。

4.結果評價。小組將各成員的最終成果匯總整合，形成統一的PPT匯報文檔，由各小組做報告，然后其他組自由質詢，最后全班針對問題進行討論，同時個人提交書面課程總結。課程學習的最終成績由課程學習質量和課程總結質量綜合評分，前者以小組評分為主，主要指標包括學習過程的表現、學習成果的組織、匯報時的語言表述、匯報時與聽眾的交流技巧；后者以個人評分為主，主要指標包括總結內容的正確性、深度和規范性。

四、結論

通過實踐發現問題驅動教學法有利于激發學生的學習興趣，培養學生分析問題、解決問題的能力，提高學生自主學習及與他人協作的能力，推動了《自動控制原理》的教學改革，提高了課堂教學的質量和效果，提升了人才的培養質量，更好地適應部隊任職對人才的需要。