“自動控制原理”課程在應(yīng)用型本科高校教學模式下的教學改革與探討

張捷

摘? 要：基于應(yīng)用型本科高校培養(yǎng)方案的制定，針對“自動控制原理”課程本科教學面臨著較大的課時刪減等的現(xiàn)狀，根據(jù)獨立學院“應(yīng)用型”本科高校人才培養(yǎng)模式的特點，研究了高等學校課程教學改革的思路，提出多種改革方式，提升該課程在應(yīng)用型本科教學中的適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科? 獨立學院? 自動控制原理? 教學改革

中圖分類號：G64 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）03（c）-0076-02

自動控制原理是筆者學校電氣工程與自動化專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性和實踐應(yīng)用性都很強，涉及多門學科知識交叉并且概念抽象難以理解，往往學生學習起來相對困難。針對“自動控制原理課程”目前存在的很多問題，從理論和實踐的教學體系、教學方法、考核形式等方面進行改革和探究，達到了良好的效果。

1? 目前的教學現(xiàn)狀

目前該校電氣工程及其自動化專業(yè)開設(shè)的該課程總學時48（理論44學時，實驗4學時），要在44個學時內(nèi)將該課程的理論知識傳遞給學生，值得我們認真的思考。原有的光靠課堂板書講授的單一模式對于基礎(chǔ)薄弱的獨立學院的學生而言，總是感覺到概念抽象，用數(shù)學語言描述的概念難以轉(zhuǎn)化為實際控制系統(tǒng)的動作。其次，學校是一所年輕的院校，缺乏辦學經(jīng)驗，且年輕教師居多，限制了教學方法的改進。在實驗教學方面，開展的實驗主要以驗證目的為主，學生缺乏對于相關(guān)問題多方面的分析，學生被束縛在驗證性實驗中，很難培養(yǎng)其分析問題和解決問題的能力，也不利于思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。再者，考核方式為筆試，期中卷面占70%，實驗及考勤占30%，考核方式結(jié)構(gòu)僵化，容易讓學生重理論輕實驗，培養(yǎng)出來的學生只會做題，這不符合學校的“應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式”的辦學理念。綜上所述，要從理論教學、實踐教學及考核方式3個方面進行改革。

2? 課程教學改革思路

2.1 理論教學方法的改革

（1）隨著控制理論的發(fā)展，該課程內(nèi)容不斷增多，而課程學時卻沒有增加，教學內(nèi)容與學時的矛盾進一步突出。為了適應(yīng)這種變化，借助于多媒體教學是教學改革的重要方式之一。多媒體不但具有形象化輔助教學的效果，而且能讓學生了解整個控制的過程，使之印象深刻。同時減少了教師上課時的板書時間，采用多媒體則讓教師有更多的時間詳細地講解難點。該方法對提高教學效率，保證教學質(zhì)量是十分有效的。

但是多媒體技術(shù)在自動控制原理教學中也存在多方面的缺陷。

①多媒體的頻繁翻頁讓內(nèi)容一縱即逝，學生在聽課過程中很難高度集中地、長時間地跟上教師的講課思路，連貫性較差。

②該校學生的實際特點是最大的問題。少數(shù)學生基礎(chǔ)知識扎實，絕大部分學生基礎(chǔ)不好，理解能力差，往往學習是為了考試，全靠考前突擊復習通過考試，基礎(chǔ)是不牢固的，直接影響后續(xù)課程的學習。

因此，我們認為多媒體和板書相結(jié)合是一種較為理想的教學方式。比如在根軌跡、頻率法等章節(jié)中公式的推導、講解則采用板書的形式，讓講課速度有所減慢，學生可以有時間理解、思考、做筆記，從而加固了對知識的理解。

（2）“以教師為中心、以課堂為中心、以教材為中心”這種陳舊、單一的傳統(tǒng)課堂教學模式”，轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W生為中心、以知識掌握為基礎(chǔ)，以能力培養(yǎng)為主線，以素質(zhì)培養(yǎng)為目標”的新型教學模式。為了更好地體現(xiàn)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標的思想，在授課過程中，實例的引入教學非常重要。在教學中，我們要多從學生比較熟悉的電路、電機題目舉例，將控制理論的方法實際化，實現(xiàn)從抽象到形象的過渡[2]。在時域分析法的教學內(nèi)容中，以電路為例，將有助于學生對于穩(wěn)定性、快速性、準確性概念的理解。

同時，由于該課程涉及數(shù)學知識較多，尤其是微積分和拉普拉斯變換等內(nèi)容，許多的結(jié)論都基于數(shù)學的推導基礎(chǔ)上，很多學生誤以為學習自動控制原理就像學習高等數(shù)學一樣，并且很多學生數(shù)學底子較差，這樣就更加沒有學習的動力。由此，我們在課堂教學中，應(yīng)該適當?shù)叵魅鯏?shù)學的地位，引入Matlab軟件。利用軟件的強大功能去完成復雜的數(shù)學計算及圖形的繪制。例如，在根軌跡分析法教學中，我們可以直接用Matlab軟件繪制根軌跡圖形，讓學生有更多精力理解根軌跡法的理論知識，同時學會了軟件繪圖的使用方法，減輕了學生對于數(shù)學推導的過程。

2.2 實踐教學方法的改革

自動控制原理課程理論性較強，理論來自與實踐。在該課程的教學中就更加要注重實踐教學環(huán)節(jié)。目前的實驗教學安排了4個學時的實驗，涉及系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬研究、典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性測試2個實驗。主要利用實驗箱的虛擬示波器觀察波形。可以看出內(nèi)容上幾乎是利用運算放大器等模擬元件來完成的，在之前的模擬電子技術(shù)等課程中，學生已經(jīng)掌握了該元件的使用方法，所以學生沒有太多興趣完成實驗。其次，每個實驗學生只要參考實驗指導書就可以完成，實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗步驟以及接線方法都寫得很詳細、具體。因此并沒有真正培養(yǎng)獨立思考、獨立解決問題的能力。

因此，從課時上由原來的4學時增加到8學時，增加了Matlab仿真實驗部分，運用Matlab仿真軟件進行《自動控制原理》教學，能讓學生直觀、動態(tài)地觀察參數(shù)的變化對實驗結(jié)果的影響，加深對課堂知識的理解，突破時間和空間的限制，體現(xiàn)以學生為中心的理念，注重學生實踐動手能力的提高，具有很強的實用性。其次，我們增加了綜合性和設(shè)計性實驗，比如可以讓學生自己設(shè)計一個PID控制器，給出學生具體的設(shè)計參數(shù)及要求，學生通過查閱資料了解控制器的結(jié)構(gòu)框架、工作原理，根據(jù)要求在Simulink中搭建控制系統(tǒng)的模型，根據(jù)控制對象選擇整定方案，將整定后的參數(shù)作為PID控制器的參數(shù)，運行整個系統(tǒng)，反復調(diào)整直到達到要求。在教師的引導下，從工程的角度培養(yǎng)學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。從而可以很好地調(diào)動學生學習的積極性，培養(yǎng)學生自我獨立意識和創(chuàng)新精神，激發(fā)創(chuàng)作激情[3]。

2.3 輔助教學環(huán)節(jié)的改革

為了讓更多的學生有機會與教師交流，我們每周安排2個課時的答疑輔導時間。在講解習題時可以使學生在教師的啟發(fā)下進行思考，也能讓教師對學生的掌握情況有所了解，拉近了教師與學生的距離。針對現(xiàn)有的以筆試為主的考核方式，設(shè)計合理的考核評估方案，降低筆試所占的權(quán)重，增加過程性考核機制，加大實驗考核及課堂表現(xiàn)所占權(quán)值，通過以上考核方式的改革，讓學生在重視理論學習的同時，通過實踐能力提高綜合成績。

3? 結(jié)語

總體而言，深化課程教學改革，實現(xiàn)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標是一個長期而系統(tǒng)的工程。在自動控制原理課程的教學改革中，我們要從教學模式、教學方法和手段等方面進行不懈的探索和創(chuàng)新，結(jié)合筆者學校的實際，以培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)為教學工作重點，深化教學改革，優(yōu)化課堂教學，全面提高教學質(zhì)量，以適應(yīng)對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。

參考文獻

[1] 趙環(huán)宇.關(guān)于自動控制原理教學的幾點思考[J].大學教育，2016（12）：148-149.

[2] 劉曉燕，周彬.自動控制原理課程實驗的EWB仿真[J].重慶職業(yè)技術(shù)學院學報，2006（5）：51-52.

[3] 張平.自動化專業(yè)自動控制原理實驗教學改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017（23）：64-66.