《自動控制原理》教學改革探索

劉亞卓++趙新蕖

摘 要：《自動控制原理》是電類專業的專業基礎課，其有很強的理論性和抽象性，學生學習起來有很大的難度，為改善該課程的教學效果，激發學生的學習興趣，提出教學內容和教學方法等方面的多種改革措施。從改革效果來看，此種改革方法有效提高了教學效果，增強了學生學習的興趣和主體參與意識，改革成效明顯。

關鍵詞：自動控制原理 教學內容 教學方法

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（a）-0127-02

自動控制原理是自動化專業和電氣專業重要的專業基礎課。該課程理論性較強，對高等數學、復變函數等數學知識和電路、模擬電路等電子技術知識有很大的依賴性。其開設的主要目的是培養學生的專業素養和分析、設計能力，在自動控制類專業的學科體系中占據著十分重要的地位[1，2]。

1 當前教學現狀

筆者所在校是新晉的應用型本科學院，學生動手能力強，但理論基礎薄弱，對工科類基礎理論課程的學習積極性不高，畏難情緒嚴重。筆者自承擔該課程教學以來，結合所在學院學生的實際情況，力求培養學生學習積極性，提高其專業基礎能力和專業綜合素質，積極摸索改進，在教學手段和方法方面總結出以下幾點經驗[2]。

2 講好第一堂課

自動控制原理課程是自動化學生從高中階段到大學階段認知事物的重要的一個分水嶺，她第一次引導學生從“系統”而非“部件”去認知事物，那么第一堂課的內容安排和教學方法選擇就顯得尤為重要。

“系統”是什么，“系統的結構”是什么，這兩個問題是“自動控制原理”學習中首先需要回答的。以前我們往往用兩種方法講解：一是選擇書中給出的系統示意圖；二是選擇我們身邊的常用電器，這兩種方法的效果并不是很好，學生依然形成不了清晰的概念。現在我們選擇第一堂課直接進實驗室，對著看得見摸得著的系統進行講解。例如我們用實驗室THSA-1型過控綜合自動化控制系統實驗平臺：

第一步：老師講解實驗裝置組成。

第二步：組織學生討論“傳感器是干什么的，電動調節閥是干什么的，加熱管是干什么的，PID調節器是干什么的”。

第三步：老師講解系統的構成。

這樣的三步走使得學生真實地觸摸到了系統，認真地思考了系統的構成，課堂氣氛非常活躍，大大提高了學生的學習興趣，克服了畏難情緒。而且老師在講解過程中要告訴學生傳感器、電機、SCR、PLC是干什么的，從而引出學科體系中的前續課程和后續課程，使學生明白這些課程的學習在系統中的重要性，激發學生對專業課的學習熱情。

3 教學內容改革

自動控制原理經典教材大多數是以側重基本理論知識詳細講述為主要目的，中間加以繁雜的數學推導過程，這樣使學生的理解變得非常困難，不容易抓住重點。筆者結合多年的教學經驗對自動控制原理教學內容進行了多方面的改革。

首先，從基本理論和概念出發，強調物理概念，淡化繁雜的理論推導[5]。比如我們講解系統的多種分析方法（時域分析法、頻域分析法）和校正方法（超前校正、滯后校正、PID校正）時，統一以系統的3個基本性能：穩、準、快為中心線進行講解，淡化理論推導，使學生在學習過程中對該門課的邏輯性和清晰度大大提高。

其次，在數學模型的內容安排上，從以往注重講解對動態結構圖的各種等效變換，轉變為只講解方框的串聯、并聯和反饋這3種基本變換形式，求解系統的傳遞函數用MATLAB軟件進行。大大減輕了學生的學習任務，讓學生的精力更多地投入到對系統性能的分析理解中，而不是純粹的傳統系統結構形式的變換中。

最后，在頻率分析法中，從以往注重對幅相頻率特性曲線圖和數特性曲線圖的詳細講解，轉變為簡化圖形本身的講解，注重兩種圖形的對比以及參數的變化在兩種圖中如何分析系統性能的變化。使學生不至于在學習過程中偏離主線，始終關注“穩、準、快”這一中心點的分析。

4 教學方法的改進

自動控制原理課程對學生的定性分析能力、定量評價能力和綜合運用能力都有一定的要求。傳統的教學方法是“灌輸式”，以教師的講授為主，學生上課邊聽邊抄筆記，學習很被動，經常會顧此失彼而使學生在學習中感到困難重重，影響學習效果。因此，在課程教學中筆者采取了以下幾種方法，引導學生主動思維，明顯改善了教學效果[5]。

4.1 打破壁壘，理論課實驗化

在我們的理論教學中，有很多的內容如果用傳統的教學方法講授往往會花費很多的時間而得不到較好的教學效果，而如果把這些內容放在實驗室用MATLAB仿真軟件邊講授邊實驗效果就會很好。比如在二階系統參數變化影響系統性能的分析中，讓學生在實驗室中用仿真軟件自己改變系統的參數，從仿真圖中分析和的變化影響了系統的什么性能以及此種性能發生了什么變化，這種變化是否好的變化（見圖1）。此種改革使得學生學習興趣提升，對此部分內容印象深刻，自己分析出來的結果能夠更加深入地理解，既節約了課時又取得了更好的教學效果。

4.2 變被動灌輸為主動探究

我們在學習過程中什么時候更有學習的欲望呢？當我們迫切地想要知道一個答案的時候。就像猜謎語，上節課老師給出一個謎面，讓學生課下預習查閱資料給出自己的答案，下節課老師再揭示謎底，大大提升了學生的學習欲望。比如講人工控制轉為自動控制系統時，一個由人進行觀察，計算，調控的鍋爐溫度控制系統，如果轉變成為自動控制系統，需要由什么部件來代替人的觀察作用、計算作用、調控作用，從而引出自動控制系統的主要組成及每部分的作用，使學生在活潑的探討中，順理成章地掌握了相關概念和原理。

5 微課的應用

微課就是微型課堂，是一種短時的教學過程，時長不超過10 min，主要以視頻為載體，圍繞某一個知識點講解。微課的特點是：內容精、時間短、類型多、形式多[7]。

5.1 微課在課堂教學中的應用

在我們做每章教學內容總結時，以往就是簡單羅列，效果一般，學生不易把握該章節的全部內容。在微課中我們就可以把重點難點制作成講解型微課，結合具體的知識點，找一些現成的相關小視頻穿插其中，形象而生動。

5.2 微課在課外自學中的應用

為了使學生在課下自學中有依附教學內容的學習素材，我們可以制作濃縮精華內容的微課，方便學生課后觀看鞏固課程的理論知識。我們還可以制作引導討論型微課，通過制定一個討論提綱和要求，讓學生課后通過微課把討論情景建立起來，自行練習，準備討論素材。

5.3 微課在實驗教學中的應用

在實驗教學中，以往我們往往用大量的時間向學生介紹實驗目的、實驗原理、實驗步驟等，留給學生的動手思考時間就被大大壓縮。而現在我們可以把這些講解內容做成微課，在實驗之前就提前發給學生，讓學生在課下進行情景式預習。

6 結語

通過筆者和學生的一系列創新摸索，有效地激發了學生的學習興趣，提高了學生的學習效果。于老師而言很好地完成了教學任務，于學生而言筑牢了他們的專業基礎，為其后續課程的學習及專業綜合素質的提高打下了良好的基礎。

參考文獻

[1] 謝忠玉，初紅霞，王希鳳.在潛移默化中提高學生學習自動控制原理課程的主動性[J].科教導刊，2014（4）：118，149.

[2] 馮寶，趙虹.新晉本科“自動控制原理”教學方法研究[J].教育觀察，2016（4）：92-93.

[3] 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.

[4] 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（25）：110-111.

[5] 張東妍，周宏威，戴天虹，等.基于多元化模式的自動控制原理課程改革[J].中國電力教育，2014（12）：144-145.

[6] 屈婉瑩，魏為民，徐曉麗.“自動控制原理”課堂實例仿真軟件設計[J].上海電力學院學報，2014，30（4）：357-360.

[7] 王憲磊.微課在機械類專業自動控制原理課程教學中的應用[J].現代農業科技，2016（5）：349.