自動控制原理課程線上教學探索與實踐

劉方軍

（佛山科學技術學院自動化學院，廣東 佛山528000）

自動控制原理課程是電氣自動控制專業的一門重要的專業基礎課，具有較強的理論性和實踐性，涉及知識繁雜并且概念抽象難以理解[1]。本課程既體現了數學理論知識點，如拉普拉斯變換、矩陣分析等，也包含力學、電學、熱學的物理知識，還涉及電路理論等機電專業課程的內容，學生難以及時吸收所學知識，影響了教學效果，沒能很好地培養學生數學建模能力，從而影響了解決實際問題的能力。傳統講授的單一模式對于基礎薄弱的學生而言學習較難，概念抽象，用數學語言描述難以轉化為自動化控制系統[2]。尤其在實驗教學方面，實驗課程教學系統設備有限，或者不能及時更新以適應現代化發展的需要；開展的實驗主要以驗證目的為主，缺乏綜合性、探索型實驗，很難培養學生分析、解決問題的能力，不利于實踐創新能力的培養[3，4]。同時，傳統課程考核方式為筆試，期末考試成績占70%，平時成績占30%，考核方式不能反映學生學習過程評價，學生往往重視期末理論考試，而忽視實踐能力與學習能力，這不符合學校的高水平應用型人才培養理念[5]。傳統教學模式不能滿足當前學生實踐創新能力的培養需求。在當前面臨新冠疫情形勢下，如何提高自動控制原理課程線上教學方法與效果，是亟待解決的關鍵問題。在新冠疫情期間，線上課程教學成為大學課程教學主要模式，極大地促進了課程教學的改革。本文從優化線上教學設計、開展MATLAB 線上綜合訓練、改進線上考核體系三個方面，開展自動控制理論課程線上教學探索與實踐。

1 優化線上教學設計

近年來，線上課程教學成為高校課程教學改革切入點[2]。筆者在過去線上線下教學經驗的基礎上，利用騰訊課堂在線教學平臺，開展自動控制原理線上教學。利用該平臺可以實現課程教學直播、課堂互動以及生成回放，特別適合學生課后復習。在課前可以按照進度將課件以及相關資料上傳到學生QQ 群，便于學生提前預習，教師可以把更多精力講解課程的重難點，減少了教師對簡單概念的講解。在課堂授課時，可以通過線上平臺討論區進行師生互動，把學生完成的整個情況呈現出來，可以精準把握學生掌握較好或較差的內容，課堂上可以進行針對性的授課和總結，方便教師進行教學反思，以更好地調整教學環節。同時，通過騰訊課堂的簽到模式可以讓教師更加直觀的了解班級的出勤率，高效管理班級。此外，課堂討論區功能使得師生互動更加便捷，營造出良好的課堂氛圍。

另一方面，選擇MOOC 平臺作為課程教學的補充，進一步豐富課程教學內容。在當前信息時代，學生有更多碎片化時間，如果引導學生充分利用碎片化時間進行課程學習，將會提高課程學習效果。目前，MOOC 網絡課程平臺具有資源豐富、教學知識點，教學視頻短小精煉等特點，突破了傳統課程時空的限制，是碎片化學習的合適的教學資源[3]。借助MOOC 平臺，有機結合“自動控制原理”網絡課程，逐步完善了課件、視頻、測試等課程資源，學生可以隨時隨地聆聽教師講授。

但是，線上教學也是存在一些不足的，最突出問題是沒有傳統課堂教學氛圍，學生的自制力不高，學生上課效率較低，這需要在線上教學過程中不斷探索。筆者針對這一問題，采用線上點名方法，讓被點名同學回答問題，督促他們集中精力學習，同時檢查學習的效果。同時，與傳統線下課程教學相比，線上教學師生互動不順暢，如果學生有不懂的地方，不能立刻請教老師或同學，可能需要通過討論區留言來進行溝通，尤其在教師講授PPT 時可能未及時看到討論區交流。

2 開展線上Matlab 綜合訓練

Matlab 仿真分析是自動化控制系統計算機輔助分析的重要工具，將Matlab 與自動控制原理課程的教學有機結合是線上教學的重要的趨勢[6]。自動控制原理課程教學以培養學生數學建模、解決實際問題的能力為目標，將理論學習轉移到應用知識解決實際問題方面。課程教學引入Maltab 軟件，便捷進行拉普拉斯變換/微分方程求解、根軌跡和頻域分析等，使得復雜系統的結構簡化，抽象概念具體化，利用Matlab 強大的計算能力和豐富的色彩表現力，繪制出這個曲線，動態地演示曲線的生成，大大提高學生學習興趣與熱情。

線上教學增加綜合訓練環節，作為培養學生的實踐動手能力重要思路。結合課程內容與工程問題，提煉出綜合訓練題目，與傳統實驗教學項目相輔相成。將MATLAB 軟件與自動控制原理課程相結合，借助于MATLAB 語言和Simulink 模塊對直流電機拖動系統與性能進行編程仿真分析（圖1），能讓學生直觀、動態地觀察參數的變化對實驗結果的影響，加深對課堂知識的理解，突破時間和空間的限制。在Matlab 綜合訓練過程中，教師給出自動控制具體的設計參數及要求，學生通過查閱資料了解控制器的結構框架、工作原理，并在Simulink 中搭建控制系統的模型，根據控制對象選擇整定方案，將整定后的參數作為系統控制參數，運行整個系統，反復調整直到達到要求。通過線上Matlab 綜合訓練，提高學生對實際工程問題的實踐操作能力，實現從理論到工程應用能力的轉變，使學生掌握扎實的計算機輔助分析和設計能力，有效調動學生學習的積極性，培養學生創新精神與工程實踐能力。

圖1 直流電機拖動系統仿真分析

3 探索線上課程考核體系

課程考核體系是課程教學的重要環節，《自動控制原理》課程傳統考核方式以筆試為主，基本上以期末筆試成績（70%）+平時成績（30%）考核模式。在線上課程考核方面，無法開展傳統期末閉卷考試方式，同時，以往平時成績評定常流于形式，如出勤率等，缺乏課程教學的過程考核，難以反映學生獲得的知識能力和經驗的評價。因此，如何設計線上課程考核體系是每一個教師面臨的緊迫問題。筆者認為，為了有效引導學生學習動力，應該建立基于課程全過程的多元化考核體系，由過去期末知識考試轉變為綜合應用知識解決實際問題的能力考核。課程考核成績分為平時成績20%、Matlab 綜合訓練30%、線上考試成績50%。平時成績主要包括在線網絡資源的學習情況，課堂交流互動情況，隨堂測試情況以及課后作業完成情況。線上考試以開卷模式，這要求期末考核試題刪減知識點記憶性質考核，從綜合應用知識解決實際工程問題的能力，有利于線上考核應用推廣。另一方面，將課程Matlab 仿真綜合訓練納入考核體系，考核學生運用計算機軟件分析解決問題的能力，體現課程學習過程考核，引導學生課程學習興趣與動力，調動學生的主觀能動性，在自主探究學習能力上有所突破與創新，進而達到培養目的。

4 結束語

線上課程教學發展促進了高等院校課程教學的改革與創新。本文通過騰訊課堂、MOOC 等開展自動控制原理課程線上教學，從優化線上教學設計、開展MATLAB 線上綜合循環、改進線上考核體系等三個方面，開展了自動控制理論課程線上教學改革與實踐，取得較好教學效果，為今后線上線下課程教學提供有益借鑒。