“5W模式”在自動(dòng)控制原理教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：根據(jù)拉斯威爾的傳播行為理論，設(shè)計(jì)了一種“以學(xué)生為中心”的自動(dòng)控制原理新型教學(xué)模式。新型教學(xué)模式從“教師、學(xué)生、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課程評(píng)價(jià)”5個(gè)方面來(lái)描述。然后在“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)過(guò)程中實(shí)踐新型教學(xué)模式，并采用定期跟蹤學(xué)生反饋意見的形式評(píng)價(jià)教學(xué)效果并逐步改進(jìn)，最終使自動(dòng)控制原理教學(xué)取得好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：5W模式；教學(xué)改革；理論教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；Matlab

作者簡(jiǎn)介：程麗平（1976-），女，山東濟(jì)寧人，山東科技大學(xué)機(jī)電工程系，講師。（山東#8194;泰安#8194;271019）

中圖分類號(hào)：G642.3#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2012）15-0073-02

1948年，美國(guó)政治學(xué)家H.拉斯威爾提出了把信息傳播過(guò)程分解為傳者、受者、信息、媒介、效果。他認(rèn)為傳播行為一個(gè)方便的方法是回答下列五個(gè)問(wèn)題：Who（誰(shuí)）；To Who（對(duì)誰(shuí)）；Say What（說(shuō)什么）；In Which channel（從什么途徑）；With what effect（取得什么效果）。這就是著名的“5W模式”。教學(xué)過(guò)程也是一種信息傳播的過(guò)程。

“自動(dòng)控制原理”是自動(dòng)化類專業(yè)的核心課程，是理論性和工程實(shí)踐性均較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣、信息量大、更新發(fā)展快的特點(diǎn)。而習(xí)題類型多，有深度且比較抽象又是這門課的難學(xué)之處。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中和學(xué)習(xí)結(jié)束后都存在著這樣那樣的問(wèn)題。怎樣解決這些問(wèn)題呢？

一、教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容的熟練把握和對(duì)學(xué)生主體可能發(fā)生問(wèn)題的正確分析

“師者，傳道授業(yè)解惑也”雖然是對(duì)老師的定義，但包含了教學(xué)信息傳播過(guò)程中的兩個(gè)主體：who（教師傳道）和to who（解學(xué)生的惑）。教師作為信息的傳播主體之一，必須對(duì)所要傳授的信息掌握非常透徹，掌握課程的體系結(jié)構(gòu)，這是能進(jìn)行“傳道授業(yè)”的前提?？v觀國(guó)內(nèi)外代表性的教材和大多數(shù)高校的授課體系，“自動(dòng)控制原理”本科教學(xué)的基本內(nèi)容和傳統(tǒng)分章順序通常為：緒論；數(shù)學(xué)模型；時(shí)域方法；根軌跡方法；頻域方法；系統(tǒng)校正；離散系統(tǒng)；非線性系統(tǒng)；狀態(tài)空間方法。[1]

仔細(xì)分析這一體系會(huì)看到貫穿其中的線索為：線性連續(xù)系統(tǒng)→線性離散系統(tǒng)→非線性系統(tǒng)→現(xiàn)代控制理論。重點(diǎn)講解的是線性連續(xù)系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)建模、三大分析法（時(shí)域、根軌跡、頻域分析法）、系統(tǒng)校正；離散系統(tǒng)的分析法是連續(xù)系統(tǒng)的繼承性復(fù)制；非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法和相平面法；現(xiàn)代控制理論中對(duì)MIMO系統(tǒng)的分析。換成更容易理解的話就是，對(duì)于給定的系統(tǒng)首先建模，然后分析這個(gè)系統(tǒng)是否穩(wěn)定。如果穩(wěn)定，穩(wěn)定程度怎樣？典型信號(hào)輸入下的輸出是什么樣的？如果不穩(wěn)定，怎樣對(duì)系統(tǒng)校正？

作為師者，要熟練掌握體系結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用到具體問(wèn)題的分析中，這樣才能做到融會(huì)貫通，不至于使自己所講的每個(gè)問(wèn)題變得支離破碎，沒(méi)有連貫性，增加學(xué)生理解的難度。

另一方面，學(xué)生是信息傳播的另一主體，是信息的接受者。作為老師要認(rèn)真考慮學(xué)生接受信息的方式、學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平和理解能力。利用作業(yè)和課下的交談以及讓學(xué)生定期反饋信息等各種方式，掌握學(xué)生的理解誤區(qū)、學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，以便對(duì)上課所教授的內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。例如：設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：，那么系統(tǒng)增益為2，而好多學(xué)生想當(dāng)然地認(rèn)為系統(tǒng)的增益為8。學(xué)生在求解穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)就會(huì)出錯(cuò)。這是一個(gè)學(xué)生理解上的誤區(qū)，要求在上課時(shí)把系統(tǒng)增益和系統(tǒng)的根軌跡增益的區(qū)別講清楚。

二、教學(xué)內(nèi)容的組織和教學(xué)方法的使用

在解決了“誰(shuí)”和“對(duì)誰(shuí)”兩方面的問(wèn)題后，從教學(xué)的目的和教學(xué)的效果來(lái)說(shuō)我們都應(yīng)當(dāng)確定以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容的組織（Say What）和教學(xué)方法的使用（In Which channel）都應(yīng)當(dāng)圍繞這個(gè)中心，學(xué)生的學(xué)習(xí)模式也應(yīng)當(dāng)是自主學(xué)習(xí)：教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的“指導(dǎo)者”、“引導(dǎo)者”，引導(dǎo)學(xué)生圍繞所要掌握的內(nèi)容學(xué)習(xí)，避免放任自流。學(xué)生應(yīng)主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中，獨(dú)立地掌握系統(tǒng)的書本知識(shí)，獲得自學(xué)方法。

1.理論教學(xué)內(nèi)容的組織和教學(xué)方法的使用

（1）仔細(xì)分析整個(gè)理論教學(xué)內(nèi)容?？梢詺w結(jié)為：怎樣判定系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)的性能指標(biāo)怎樣，所有分析問(wèn)題的方法都是圍繞“系統(tǒng)閉環(huán)特征根全部落在左半平面是系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件”和“系統(tǒng)零極點(diǎn)的位置決定了系統(tǒng)的性能指標(biāo)”。因此在教學(xué)過(guò)程中要把這一分析結(jié)果融會(huì)到系統(tǒng)建模分析后的每一章節(jié)中，這樣更有利于學(xué)生獨(dú)立掌握系統(tǒng)的書本知識(shí)，更容易挖掘每種分析法后更深層的東西，也更有利于創(chuàng)新火花的迸發(fā)。

（2）研究往屆學(xué)生的反映情況。自動(dòng)控制原理這門課就是做題，感覺(jué)與實(shí)際聯(lián)系不密切。根據(jù)這個(gè)實(shí)際情況，在教學(xué)內(nèi)容的組織上應(yīng)注意密切聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生知道為什么學(xué)、學(xué)什么、怎么學(xué)、學(xué)了怎么用。為了使學(xué)生更清楚地認(rèn)識(shí)所學(xué)課程與專業(yè)方向的關(guān)系以及在今后工作中的應(yīng)用，對(duì)學(xué)習(xí)目的更加明確，在教學(xué)內(nèi)容中我們?cè)黾恿艘恍┖徒虒W(xué)內(nèi)容適應(yīng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，設(shè)計(jì)的視頻短片。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生走出課堂，到專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，了解專業(yè)課老師從事的科研工作，明確這些科學(xué)研究與所學(xué)課程的關(guān)系，懂得學(xué)習(xí)的重要性。同時(shí)，采取座談會(huì)的方式，任課教師到學(xué)生班與學(xué)生交流，了解他們想些什么、有什么要求和疑惑，將學(xué)科發(fā)展的新動(dòng)向、新的學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)介紹給學(xué)生，開拓學(xué)生的視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（3）不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法。如系統(tǒng)建模采用“學(xué)生自主練習(xí)，在不斷的犯錯(cuò)誤中掌握知識(shí)”，系統(tǒng)微分方程的建立、結(jié)構(gòu)圖的化簡(jiǎn)、梅遜公式的應(yīng)用方法介紹之后就讓學(xué)生自己練習(xí)，然后發(fā)現(xiàn)自己的誤區(qū)，改正錯(cuò)誤并掌握知識(shí)。如根軌跡采用“討論式教學(xué)方法”，給出多種零極點(diǎn)分布圖，讓學(xué)生們根據(jù)法則討論根軌跡的可能形狀在爭(zhēng)執(zhí)中解決問(wèn)題；如離散控制系統(tǒng)采用“對(duì)照比較分析法”，離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的各種分析法相對(duì)照，學(xué)生可以更容易地掌握離散系統(tǒng)。

（4）采用與Matlab和多媒體相結(jié)合的教學(xué)模式、傳統(tǒng)的粉筆加黑板教學(xué)以及演示性教學(xué)相結(jié)合的辦法。例如用一個(gè)具體的工業(yè)小系統(tǒng)導(dǎo)出一些基本控制理論概念，然后用基本物理知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)它建立模型，接著用Matlab的Simulink進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖的構(gòu)建等講到時(shí)域分析時(shí)再給出在某個(gè)特定輸入下的響應(yīng)曲線。通過(guò)Matlab的仿真結(jié)果，能給學(xué)生留下直觀的印象，便于學(xué)生理解和掌握。

（5）制訂標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生出題并給出答案的復(fù)習(xí)模式的探討取得了良好的效果。為了讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，學(xué)期結(jié)束時(shí)我們根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容制定了出題標(biāo)準(zhǔn)，讓每個(gè)學(xué)生出份考試試題，并給出答案。這種方法既讓學(xué)生復(fù)習(xí)了，又鍛煉了文字處理能力和畫圖能力，同時(shí)為題庫(kù)建設(shè)提供了儲(chǔ)備。

2.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的組織

（1）學(xué)生課堂實(shí)驗(yàn)。我們把實(shí)驗(yàn)分為基本實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、和綜合實(shí)驗(yàn)。基本實(shí)驗(yàn)是對(duì)理論教學(xué)中基本理論的驗(yàn)證，仿真實(shí)驗(yàn)利用Matlab語(yǔ)言的控制系統(tǒng)仿真功能，讓學(xué)生學(xué)習(xí)與掌握 Matlab語(yǔ)言的基本程序設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)應(yīng)用Matlab語(yǔ)言的控制仿真程序設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行控制系統(tǒng)的仿真并完成一般控制系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)。綜合實(shí)驗(yàn)是盡可能利用實(shí)驗(yàn)室的條件開出2～4個(gè)與實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)類似的實(shí)驗(yàn)，如交直流調(diào)速系統(tǒng)和鍋爐溫度控制系統(tǒng)等。通過(guò)以上三種形式的實(shí)驗(yàn)真正可以做到從“單元”到“系統(tǒng)”，從“演示”到“仿真”到“設(shè)計(jì)”到“實(shí)現(xiàn)”，大大提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，使理論教學(xué)環(huán)節(jié)得到了有效的補(bǔ)充和驗(yàn)證，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的目的性得到了提高。

（2）學(xué)生課程設(shè)計(jì)。在課堂講授和課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)課程設(shè)計(jì)加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握。課程設(shè)計(jì)隨教學(xué)過(guò)程進(jìn)行，把課程設(shè)計(jì)寓于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生帶著任務(wù)學(xué)習(xí)，在不斷解決問(wèn)題中學(xué)習(xí)。課程設(shè)計(jì)的題目可以從給定的題目中選取，也可以自主選擇，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。[2]

（3）開設(shè)以學(xué)生為主體的自主實(shí)驗(yàn)。根據(jù)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與掌握，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，利用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備自由設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所學(xué)的理論知識(shí)或充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)體的能動(dòng)性、探究性、創(chuàng)新性自主設(shè)計(jì)一些自動(dòng)控制系統(tǒng)。自主實(shí)驗(yàn)包括：基于Matlab-Simulink的控制仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；基于labview的自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)；物理對(duì)象實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。[3]

另外，我們組織指導(dǎo)學(xué)生參加科技創(chuàng)新活動(dòng)，把控制理論教學(xué)輻射到課程設(shè)計(jì)、科技制作、電子競(jìng)賽、課件開發(fā)、科研項(xiàng)目等方方面面，為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型科技人才探索了有效的途徑。

三、“自動(dòng)控制原理”教學(xué)模式改革效果分析

教學(xué)改革是以學(xué)生為中心而進(jìn)行的，所以也從學(xué)生的角度來(lái)分析該教學(xué)模式的效果，找出該模式實(shí)際運(yùn)用中存在的問(wèn)題并提出解決問(wèn)題的措施，以便進(jìn)一步完善該教學(xué)模式。我們每一個(gè)月讓學(xué)生將信息反饋一次，主要包括以下內(nèi)容：你認(rèn)為哪些教學(xué)內(nèi)容你沒(méi)有完全掌握？你認(rèn)為根據(jù)需要采取多媒體教學(xué)比純黑板式教學(xué)或純多媒體教學(xué)學(xué)習(xí)效果更好嗎？請(qǐng)舉例說(shuō)明哪些地方采用的教學(xué)方式不好。你認(rèn)為該部分內(nèi)容采用什么樣的教學(xué)方法更合適？課程設(shè)計(jì)題目關(guān)于這部分內(nèi)容的困難是什么？你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)安排的改革對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)課程內(nèi)容有很大幫助嗎？你認(rèn)為綜合性實(shí)驗(yàn)有助于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、解決問(wèn)題能力以及提高實(shí)踐能力嗎？你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注重過(guò)程考核能夠促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性嗎？你認(rèn)為教師在授課過(guò)程中真正起到了組織者、幫助者和促進(jìn)者的作用嗎？[4]你認(rèn)為在課堂中適當(dāng)進(jìn)行討論式教學(xué)對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)和理解知識(shí)有益嗎？你認(rèn)為讓大家出試題的方法可行嗎？通過(guò)一個(gè)學(xué)期對(duì)一個(gè)班級(jí)的跟蹤，并對(duì)教學(xué)過(guò)程不斷的總結(jié)與改進(jìn)最終取得了良好的效果，特別是讓學(xué)生出試題的做法得到學(xué)生的普遍認(rèn)同。

四、總結(jié)

在一個(gè)學(xué)期“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)實(shí)踐中，我們根據(jù)學(xué)生的反饋信息收集了大量的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析總結(jié)形成了這篇文章，期望與各位同行交流探討，以便進(jìn)一步改進(jìn)和完善。總之，“自動(dòng)控制原理”是一門理論性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)的課程。教師只有在教學(xué)過(guò)程中不斷學(xué)習(xí)教育理論、積極研究和探索教學(xué)方法、采用多種教學(xué)方式和手段并不斷提高自身素質(zhì)才能提高教學(xué)質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）