新時代背景下“自動控制理論”教育方法的探討

劉棟博 房玉 黃永茂 郭奕 王維博 王海濱

摘 要 目前社會處在技術飛速發展的新時代，“自動控制理論”作為機電專業、自動化等相關專業的理論基礎課程，是一門工程性比較強的專業理論課程。本文針對“自動控制理論”課程在教育教學方面的現狀進行思考，從理論教學及學生學習的雙重角度探討新時代下“自動控制理論”課程的教學內容與方法，提高學生在新背景下實踐應用所要求的能力及“自動控制理論”課程的教學質量，

關鍵詞 自動控制理論 新背景 教學 方法

中圖分類號：G642 ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.01.033

On the Educational Method of "Automatic Control Theory" in the New Era

LIU Dongbo， FANG Yu， HUANG Yongmao， GUO Yi， WANG Weibo， WANG Haibin

（School of Electrical Engineering and Electronic Information， Xihua University， Chengdu， Sichuan 610039）

Abstract At present， the society is in a new era of rapid development of technology. "Automatic control theory"， as a theoretical basis course of mechanical and electrical specialty， automation and other related majors， is a professional theoretical course with strong engineering. Based on the current situation of "automatic control theory" course in education and teaching， this paper discusses the teaching content and methods of "automatic control theory" course in the new era from the perspective of theory teaching and students' learning， so as to improve the ability of students' practical application in the new background and the teaching quality of "automatic control theory" course.

Keywords automatic control theory; new background; teaching; methods

“自動控制理論”作為工程背景專業下特別是自動化專業的學生必修的一門專業基礎理論課程，在整個專業培養體系中都有著非常重要的意義。隨著自動控制技術的迅猛發展及運用，“自動控制理論”課程的不斷發展和深入有利于將很多分散的學科問題融合在一起，并運用于同一種問題上，主要是使相關專業的學生對自動控制系統的理論原理能夠有基礎的認識，掌握解決實際技術問題和控制設計的基本思想，深化學生對控制原理的理解，從而提升學生的專業能力，并為后續的專業課程提供理論基礎。

1 教學內容的改革

結合目前“自動控制理論”課程的教學內容，主要是講解傳統控制理論中各種線性系統模型的建立及性能分析的方法。由于自動控制課程屬于專業理論基礎課，需要圍繞系統模型建立及分析進行教學，課程中有著大量的如微分方程、傳遞函數等數學模型及理論推導，同時也需要學生掌握傳統控制理論中根軌跡、伯德圖等圖形化的分析方法，再學習通過時域及頻域進行綜合性能的分析及設計。

理論講解的過程需要研究抽象的傳遞函數，學生往往很難建立起抽象模型與實際對象之間的概念，對于本課程的教學質量及效率有著很大的影響。從本門課程自動化專業的學生來看，往往缺乏實踐教學內容背景下分析原理、解決問題、處理問題的相關能力，因此針對教學內容的優化與更新就非常重要了。

1.1 理論教學內容的更新

學生首先需要從整體上掌握自動控制理論這門課程的主導思想，從這方面考慮，需要對原有理論教學內容進行充實與改革，明確學生需要掌握的內容，重點分析控制系統與控制模型之間的聯系，解決問題的思維方式。在學習這種思維方式的基礎上，掌握相關的基本原理、方法和概念，并加強教學力度，從而能將本門理論基礎課程的思想方法進行發散，充分發揮學生的潛力并提高學生的能力。

1.2 理論與實際結合的內容創新

同時也要結合培養計劃，將理論教學內容與實踐背景結合的更加緊密。面向實際的專業工程與實際項目的問題，在教學內容中將實際例子與理論教學結合起來講解，不僅能提高學生全面分析問題，綜合設計的能力，更能提高學生對于自己專業課程濃厚的興趣。新時代背景下自動控制科技發展日新月異，在實際問題的分析與教學當中，更要與時俱進，面向新型的技術問題，結合實際的理論基礎，增強學生理解和學習內容的效率，從而提高“自動控制理論”課程的教學質量。結合具體的專業項目背景，突出以學生為中心，通過理論與實踐結合的方式，以學生 “學會了什么”，“學好了什么”的具體學習效果為中心。在新工科時代背景下，對于學生的培養模式與內容不斷改進，不僅要培養學生學習“自動控制理論”的成果，更要在教學內容上建立一種持續改進的學習機制和培養模式。

兩者緊密結合，從而促進本門課程教學內容的改革，對教學內容進行更加科學與靈活地調整安排。

2? 教學方式的改革

雖然目前對于學生的教學方式仍是以課堂教學的方式方法為主，但是由于信息化時代的飛速發展，學生獲取知識的途徑和方法已經不僅僅是來源于課堂的教學，學生可以通過各種網絡資源來獲取想要的知識。在信息化時代的背景下，如何將學生的注意力吸引到課程教學中來，并提高課堂教學的效率是我們在“自動控制理論”的課程教學中需要解決的重要問題。在新工科時代背景下應將知識能力與工程素質進行有機結合，培養學生解決復雜工程問題和高級思維的能力。隨著教學方式方法的進一步深入，為了提高教學質量，設計反應時代技術前沿性的內容，需要對原有的課堂教學方式進行改進。

2.1 課堂教學方式的改進

在課堂教學中，需要由過去的“被動學習”為主的方式轉化為“主動學習”為主的教學方式。“被動學習”主要是單純的講授專業理論知識，進行示范，學生以視聽結合的方式進行被動學習，學習的效率隨著時間會逐漸下降。而結合“主動學習”的教學方式，可以通過學生分組討論，使面向實踐問題進行分析，對所學內容進行立即的運用，達到提高課堂教學效率的目的。

2.2 教學演示效果的優化

由于“自動控制理論”課程知識面比較廣，理論知識多，技術更新快。在課堂教學過程中，學生對于抽象的理論知識理解起來比較困難，例如在頻率響應法這一重點章節中，奈奎斯特圖與伯德圖的暫態分析、穩定性分析的理論知識往往需要通過抽象的數學知識進行理解。針對這一問題，可以通過軟件仿真的方式，進行圖形的演示，從而能夠使學生有著更加直觀的認識，在理論教學的過程中，一遍理論教學，一遍讓學生觀察演示圖，感受調節參數，對于自動控制系統中暫態過程、穩態過程及各種頻率分析圖形的影響，從而增強了教學方式的靈活性。

2.3 現代教學工具及平臺的運用

將現代化的教學工具運用到“自動控制理論”課程當中，充分調動現代學生的積極性。由于手機已經是生活中必備的一種工具，在現代課程的教學中，可以利用“微信”等平臺將學生與老師聯系起來，也可以通過諸如“雨課堂”等教學輔助平臺幫助互動答疑、作業管理工作。現代化的工具不僅能提高學生的興趣，更能輔助老師進行更好的課堂教學。

多樣化的教學方式方法的轉變，能夠提高學生對于理論課程的學習興趣，調動學生學習的積極主動性，加強師生課堂的有效互動，能夠幫助學生更加直觀的掌握自動控制系統分析和解決問題的方法。

3 教學實驗的改革

實驗教學作為“自動控制理論”課程中必不可少的環節，主要是培養學生的實踐能力，提高學生創新思維及設計能力的重要途徑。自動控制理論實驗教學著重于培養專業學生的創新思維，啟發學生的思想，激勵學生對實驗實踐環節的興趣以及在實踐中的動手能力。需要在保證學生有著基本理論支撐的前提下，建立完善且全面的“自動控制理論”課程實驗教學體系，研究提高學生綜合能力的實驗教學內容。

目前的“自動控制理論”課程中的實驗環節主要是針對課程中理論知識的觀察及驗證，略顯薄弱，難以培養學生創新思維及解決實際問題的綜合能力。自動控制理論課程的理論性較強，有著大量的抽象問題有待分析和解決，在實驗教學中，學生往往只是通過實驗指導書的步驟去完成要求的實驗內容，這種傳統的實驗教學方式，往往在很大程度上限制了學生在實踐上的創新思維，缺乏主觀能動性，束縛了學生的創新能力，學生對于實驗的熱情及積極性也不高。因此本門課程的實驗教學環節的改革也就顯得尤為重要了。

為了提高學生的實驗主動性及綜合實踐能力，需要對傳統的教學實驗內容進行調整。首先需要增加實驗的多樣性，包含驗證型基礎實驗、研究型實驗和綜合設計型實驗等多個方面的實驗內容。在實驗過程中，可以讓學生嘗試同時進行仿真型實驗和動手型實驗，主要幫助學生去觀察鞏固所學的理論知識。綜合設計型實驗可以讓學生真正參與其中，培養學生對于實際問題的創新意識，從而提升學生在實際處理過程中解決問題的綜合能力。

其次在學生培養方面，也可以通過開展一些適當的設計實驗競賽活動，提高學生實踐能力的熱情。這樣，不僅能夠加深學生對理論知識的理解，充分調動學生的積極性，更能提高學生綜合的實踐創新能力，有效地推動這門課程實驗教學質量。

4 結束語

隨著新時代背景下自動控制技術的飛速發展，“自動控制理論”課程的教學方法需要更進一步的深入研究。本文主要從課程教學的內容，新教學方式的改進及教學實驗的環節進行了積極的探討，加強專業學生對實際應用綜合能力的培養，希望對“自動控制理論”課程的教學質量的提高、復合型專業人才的培養有促進意義。

基金項目：西華大學高等教育研究中心2019年開放課題“云教學與大數據技術在高校課程教學管理中的應用研究（GDJY2019- 020）”;西華大學2017年校級教學團隊“信息與通信工程教學團隊”建設項目;2018-2020年四川省高等教育人才培養質量和教學改革項目，“以能力為核心，構建學科融合與多元協同的電子信息類人才培養體系”;教育部產學合作協同育人項目，項目名稱：交叉專業的數據科學基礎課程資源建設，201802151017、新工科下信息通信專業核心課教學改革研究201801129114

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