自動控制原理課程探究式教學方法研究

段納1. 王世進2.1.江蘇師范大學電氣工程及自動化學院； 2.江蘇師范大學商學院

自動控制原理課程探究式教學方法研究

段納1. 王世進2.1.江蘇師范大學電氣工程及自動化學院； 2.江蘇師范大學商學院

本文針對自動控制原理課程教學進行探討。分析傳統教學中的問題及新工科背景下的要求，給出自動控制原理探究式教學方法的具體思路，并提供行之有效的操作步驟。通過課堂教學的反饋來看，探究式教學能錘煉學生獨立思考和邏輯推理的能力，獲得良好的教學效果。

自動控制原理 探究式教學 博德圖

一、引言

自動控制原理課程主要研究自動控制系統的一般規律，涵蓋控制系統的模型建立、系統分析和系統設計的基本理論和相關技術，是一門理論與實踐緊密結合的課程。其特點是理論性強、具有繁瑣的數學推導、復雜的繪圖理論及數學計算[1-3]。學生在學習過程中不僅要掌握理論知識，還需加強工程實踐能力訓練[4-6]。教好學好本課程都具有重要的意義，但是目前普遍存在的問題是教師在教的過程中往往強調其邏輯性及理論體系性，而學生在學的過程中卻常常忙于背公式做習題，將其當成更為高深難懂的數學課程。為改善這種狀況，突顯自動控制原理課程與工程實際緊密聯系的特點，本文引入自動控制原理課程的探究式教學理念，以項目驅動為基礎，并結合問題互動、先進輔助教學手段等方式對傳統教學方法進行了改革。

二、探究式教學方法的具體思路

探究式教學，又稱發現法、研究法，是指學生在學習概念和原理時，教師只是給他們一些事例和問題，讓學生自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去獨立探究，自行發現并掌握相應的原理和結論的一種方法。探究式教學體現了教師指導下的學生主體作用，教師必須更新一些觀念適當引導，學生能主動學習。

（一）項目驅動

通過在自動控制原理的教學中加入實踐項目環節，學生利用理論知識自主思考，探究給出解決方案，從而培養學生的學習、創新和團隊合作的能力。其中，教師需要合理設置項目，并給出合適的討論方式。圍繞知識點和實際應用設置實踐項目，體現目的性和層次性，考慮到前后章節的連續性，前后項目設置要有關聯，這樣既能培養學生理論知識的實際應用能力，又能使學生從不同角度不同層面思考問題。

項目完成后應及時組織小組討論，選擇合適的項目討論機制不但能讓學生對已完成內容進行整理總結，養成良好的探究習慣，并能令其在討論中發現新的問題，激發進一步深入探究的熱情。教師要在探究意識的初期階段下足功夫，發揮積極的作用[7]。

通過項目驅動推進學生的探究學習意愿及創新意識,利用臺階式問題的互動學習模式培養學生的批判思維能力,同時結合先進輔助教學手段及合理的評價體系促進學生的學習參與度與主動性。實踐表明,探究式教學模式能幫助學生在學好專業知識的過程中有效提高自身的創新應用能力,更好地滿足實現新工科背景下對應用創新型人才的需求[8,9]。

（二）設置臺階式問題，開展互動學習

由于自動控制原理課程本身知識點的抽象性，決定了學生在學習一些概念和易混淆的知識點時，出現理解不到位的情況。教師在教學過程中需認真講解基本概念，同時合理設置臺階式問題，采用一問一答式教學模式。教師把問題拋出，請學生提出問題解決方案，當學生提出多種解決方案時，可以對每一種解決方案進行分析和論證，最后教師需要對問題及解決方案給出總結、反饋和點評。

比如控制系統的頻域響應這一章節的知識點比較抽象，在講解系統博德圖與系統性能的關系時，教師首先提出問題，系統的動態特性主要取決于博德圖什么位置? 系統的穩態誤差與博德圖有什么關系? 學生根據問題分小組討論，通過查閱文獻，分析問題的原因和結果，最后給出問題的解決方案。采用這種教學方法時，教師可以布置開放性的題目，將探究式教學中的學延伸到了課外，教師的教學靈活多樣，教師和學生還可以借助網絡或其他多種網絡教學討論和交流。

（三）利用先進手段輔助教學

在教學過程中，傳統的教學手段可以做到將知識點傳遞給學生，而合理使的使用先進教學手段能夠進行更為有效地教學。相對于傳統教學手段而言，多媒體教學手段直觀新穎，能有效利用情景演示激發學生學習興趣，尤其在自動控制原理某一些章節優越性較為明顯。在框圖的等效變換、時域分析法、根軌跡法和頻域分析法這些章節的教學中，可以讓學生直觀感受框圖變換、時域、根軌跡、頻域圖形。例如框圖的等效變換法則，相鄰的比較點和引出點不可以交換位置，可以在PPT中做好動畫設計，學生能較直觀的接受。根軌跡圖及頻域圖形可以用多媒體教學直觀體現，既能規范作圖，又直觀形象。還可以借助Matlab /Simulink 軟件中成熟的控制工具箱能夠快捷方便地向學生展現相關方法實現的過程與結果[10]，根軌跡圖和頻域圖形都能較形象體現。

（四）建立科學考核評價方法

學生的學習過程是個全方位的動態過程，因此對學生的考核應采取多種方式和多個過程，需要建立科學的考核評價方式。為了較好的引導學生全面發展，對學生的學習效果合理科學評價,可以在基礎理論、基本知識、基本技能以及分析問題、 解決問題的能力及綜合素質等內容考核學生。考試形式應多樣化，可以將完成平時作業的情況、在課堂上的回答問題表現、實驗環節處理分析情況、開卷考試或閉卷考試卷面情況、小組討論、課程設計論文及其他的檢測手段綜合參考。

三、結束語

新工科背景下要求工程科技人才具備更高的創新創業能力和跨界整合能力，因此在學生培養過程中要樹立新理念，積極探索新模式。

利用探究式教學法教師對學生的思維加以引導和啟發，使學生的學習始終處于“問題—思考—探索—解答”的積極參與狀態，使學生保持濃厚的興趣和高度集中的注意力，最終體會到概念的內涵和規律的實質，錘煉學生獨立思考和邏輯推理的能力，能獲得良好的教學效果。

[1]李振龍,喬俊飛,孫亮.自動控制原理課程體系結構和教學方法探討[J].秦皇島: 教學研究,2009,32(2) : 66-72.

[2]李長云.“自動控制理論”的系統化教學實踐[J].電氣電子教學學報,2013,35(4) :75-77.

[3]余潔,楊平,王新剛.提高“自動控制原理”課程教學質量的探討[J].教育與職業,2010,(29): 28-130．

[4]林敏,鄭永軍,黃詠梅.二階系統頻率特性的探究性教學[J].電氣電子教學學報,2010,32(2) : 106-108.

[5]唐超穎,姜斌.“自動控制原理”課程的探究性教學實踐[J].電氣電子教學學報,2007,29(6): 91-93.

[6]劉琳,劉志新,張秀玲.基于控制系統分析的自動控制理論課程建設及實踐[J].教學研究,2012,35( 3) : 47-50.

[7]劉燦,王文煒,龍祖強.自動控制原理課程教學改革的探索[J].衡陽師范學院學報,2011,32(3): 166-168.

[8]賈鶴鳴,張冬妍,戴天虹.自動控制原理課程教學的探索與研究—以東北林業大學為例[J].科教文匯,2015(36): 53-54.

[9]崔明濤,過潤秋，盛英，葉俊杰，段學超.自動控制原理課程教學改革探究與實踐[J].電氣電子教學學報,2015(3): 24-26.

[10]汪洋.基于MATLAB 教學平臺的自動控制原理教學改革研究[J].臺州學院學報,2011,33(3): 76-81.

段納（1981-），女，山東棗莊人，副教授，主要從事自動控制原理的課程教學，研究方向：非線性系統的控制理論與應用。

項目來源：江蘇師范大學教學研究項目資助，項目號:XJG201282。