《自動控制原理》課程教學方法的改進

于新剛

摘 要：本文針對《自動控制原理》課程的教學內容特點以及教學過程中出現的問題，分析了問題產生的原因，提出了解決問題的五個方面改進建議，希望能夠提高學生學習興趣和主動性，實現提高教學質量的目的。

關鍵詞：自動控制原理；問題；教學方法

自動控制技術[1]在當今社會生產和生活中已經無處不在，極大了提高了生產效率，改善和提高了人民群眾的生活水平。例如化工生產過程中的溫度、壓力等是靠自動控制系統來控制的；生活中洗衣機、空調、廁所里的水箱水位等也是依靠自動控制系統進行控制。自動控制學是研究自動控制技術共同規律的理論性很強兼有實踐性的技術科學。美國著名的控制論創始人維納在1948年發表了《控制論——關于在動物和機器中控制和通訊的科學》一書，形成了完整的控制理論體系——以傳遞函數為基礎的經典控制理論，主要是研究線性定常系統的單輸入單輸出（SISO）的分析和設計。本課程《自動控制原理》教學內容主要是經典控制理論，包括控制系統模型、線性系統時域分析法、線性系統根軌跡法、線性系統頻域分析法以及線性系統的校正方法。《自動控制理論》課程是一門理論性和系統性很強、基礎知識面很廣的專業基礎課程。學生在學習過程中需要理解新的概念、原理和掌握控制系統比較復雜的分析和設計方法[2]。因此學生在學習時學習困難較大，學習效果不佳。以我院15級測控專業某班為例，全班共計44人，2017-2018第二學期期末考試卷面成績有23人不及格，及格率僅為47.7%，超過一半的人學習成績不達標。本文針對在整個教學過程中出現的問題，提出了一些在教學和學習方法[3-5]上的改進建議，以期提高教學質量。

一、加強學生《自動控制原理》課程相關前備基礎課程的學習

在學習《自動控制原理》課程之前，學生應掌握基礎課程的學習，如《高等數學》、《復變函數》、《物理》、《電路原理》、《模擬電路》、《計算機組成》、《理論力學》等。而這些基礎學習難度比較大，理論水平也很深。經過與該班學生溝通，一大部分學生在學習這些基礎課程的時候智能勉強通過考試，掌握知識很不扎實。而這些基礎課程對于學習《自動控制原理》又很重要，起到基礎性功能。因此有必要加強基礎課程的學習，為后續《自動控制原理》課程的順利學習做好準備。同時，作為任課老師可以有重點的輔助學生回憶、復習《自動控制原理》需要的基礎課程知識點和章節。

二、教師應指導學生做好預習，提倡學生養成自主學習和課后復習的習慣

做好預習、養成自學的學習習慣是提高學生學習能力的良策。但是有很多學生懶于甚至于厭惡做此項。因此教師有必要有針對性的引導學生。例如，以控制系統時域數學模型為例。在該章節中研究由電阻、電感和電容組成的無源網絡的數學模型。教師可以指導學生做好熟悉《電路原理》中無源網絡和《高等數學》中齊次微分方程求解等知識點的提前預習，并且在教授知識點前可以隨機檢查學生預習和自學情況。學生如能下足功夫做好預習，教授新的知識將會事半功倍。課后溫習新的教學內容也可作為教師課堂上抽查內容。同時不做好課后復習，僅靠課堂上的學習很難熟練掌握和理解新的知識內容。對自學的學習方法，教師應該起到指導性作用，教授學生獨立學習和理解相關內容，并學會分析和解決問題的能力。滿堂灌式教學方法只能被動接受知識，這樣的教學效果往往不理想，因此培養學生自主的主動性學習習慣和方法勢在必行。

三、加強教學管理工作

對學生學習過程嚴格要求，加強教學管理工作，促成良好的課堂紀律和氛圍。正式上課前由該班班長負責收拾手機，集中存放。根據課堂上學生的學習態度給予獎懲，記入平時分考核。針對某些學生抄襲作業的情況，首先與學生約談溝通，詢問抄襲作業原因，例如是因為不會做、不想做、來不及做還是忘了做。了解原因、對癥下藥，鼓勵學生獨立完成作業。能夠及時改正的學生應及時表揚，并將作業情況核算為平時分記入綜合成績。

四、提高教師教學和業務水平

任課教師應認真研究消化教材，對知識點的概念、原理和方法掌握到位，將整個課程知識體系做到心中有數，能夠融會貫通，并且能夠以合適的教學方法教授學生。例如講解二階系統時域單位階躍響應，根據二階系統閉環極點在復平面坐標系中的不同位置分布，結合單位階躍響應輸出函數表達式，教師應能指出兩者的內在聯系，指出響應曲線樣式及其特點。在教學中，采用了研究典型問題、過程圖形化的方法，使學生更易于理解和掌握知識點。例如教材（胡壽松所著《自動控制原理（第六版）》）P172習題4-2，根據開環零極點分布繪出閉環根軌跡。這一典型題目覆蓋了繪制根軌跡規則的所有內容，題目既簡單考核知識點又全面。針對該題目，課堂上采用集體討論，每一位學生都參與的方式，讓每一位學生都能熟練掌握本知識點。此外，課后作業在精而不在多，要求布置的作業覆蓋教學內容且具有典型性，不搞題海戰術，要求學生獨立完成、按時上交，結合作業出現問題及時糾正錯誤。此外，課下積極和學生交互溝通，安排答疑課解答疑難。

五、重視實驗環節

《自動控制原理》課程兼有理論性和工程性的特點，實踐是檢驗真理的唯一標準，本課程的實驗環節是驗證抽象的理論結論正確性和可重復性的唯一手段。實驗可以鞏固和加深理解學生所學理論知識，因此必須重視實驗環節的教學[6]。另外實驗環節還可以提升學生動手能力、分析和解決實際問題的能力。本課程實驗包括MATLAB軟件仿真和驗證實驗。例如學生利用MATLAB軟件做出二階系統在不同阻尼比下參數的階躍響應仿真曲線，再根據阻尼比，選擇RLC參數，搭建RLC二階電路實際測試輸出曲線，以驗證仿真曲線和實際輸出是否一致。實驗過程中，提倡學生自主選擇參數，教師不干預，不強制設定參數，學生可以自由嘗試和選擇。完成實驗環節后，學生須認真完成實驗報告，認真分析實驗結果和數據，寫出實驗中出現問題和體會，以加深對所學理論知識的理解。針對部分學生對實驗缺乏興趣，懶于動手，甚至他人幫做，抄襲實驗報告的情況，一方面教師在實驗過程中加強監管，鼓勵學生自己獨立動手、挑戰自我，同時可以延長實驗時間；另外將每組實驗人數定位2人，避免濫竽充數的情況出現。有雷同實驗報告的學生，提出批評和警告且酌情減少實驗成績。總之，通過實際的實驗操作讓學生體會到動手的樂趣和成就感，進而鞏固所學理論知識。

本文針對測控專業151級某班在《自動控制原理》課程教學過程中出現的問題，分別在《自動控制原理》課程相關基礎課程、教學前自學、教學管理、教師教學能力和實驗環節等五方面提出了改進教學方法的建議。目的在于引導學生學習興趣，培養學生良好的學習習慣，達到改善教學質量。因樣本數并不大，難免有管中窺豹之嫌，希望本文能起到拋磚引玉的作用。另外本課程采用教材為胡壽松所著《自動控制原理（第六版）》，該教材為國家級規劃教材，知識點全面，內容詳盡，但是針對測控專業須依據教學大綱對教學內容應做一定調整，本文尚未對此方面做出研究，這也是后續教學工作中需要努力改進的方向。

參考文獻：

[1]胡壽松.自動控制原理（第六版）[M].北京：科學出版社，2013.

[2]黃家英.論《自動控制原理》課的知識結構體系[J].成都大學學報（自然科學版），1994（13）：54-58.

[3]王志強.談《自動控制原理》課的教學方法[J].機械職業教育，1997（5）：30.

[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）： 63-66.

[5]段納，高清爭.自動控制原理教學中的問題及對策探討[J].曲阜師范大學學報，2011（37）：7-10.

[6]張德銀，何志祥，鐘玲玲，高峰，李軍輝.“自動控制原理”課實驗教學改革[J].內蒙古師范大學學報（教育科學版），2016（4）：148-151.