“自動控制原理”課程教學(xué)探索

潘奇明?李博?周文輝

摘要：針對“自動控制原理”課程的教學(xué)特點，結(jié)合所在學(xué)院的實際情況，對理論教學(xué)和實驗教學(xué)進行了總結(jié)并提出了一些新思路、新方法，并將其應(yīng)用于教學(xué)實踐中。實踐證明，提出的教學(xué)方法有效提高了教學(xué)質(zhì)量，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：自動控制原理；教學(xué)實踐；多媒體授課

作者簡介：潘奇明（1980-），女，湖南寧鄉(xiāng)人，電子科技大學(xué)中山學(xué)院，講師；李博（1977-），男，廣東茂名人，電子科技大學(xué)中山學(xué)院，講師。（廣東 中山 528400）

基金項目：本文系電子科技大學(xué)中山學(xué)院質(zhì)量工程建設(shè)項目（項目編號：ZLGC2011JXTD08）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）07-0080-02

“自動控制原理”是自動化專業(yè)及其他相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)。該課程教學(xué)中存在如下兩方面的問題：第一，該課程涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，必須先修“物理”、“高等數(shù)學(xué)”、“復(fù)變函數(shù)”、“電路分析”、“模擬電路基礎(chǔ)”、“電機與拖動”、“機械”等課程，教學(xué)內(nèi)容豐富，因此在有限的課時內(nèi)難以做到面面俱到；第二，該課程理論性強，修過“信號與系統(tǒng)”課程或者數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好的學(xué)生理解起來相對容易，否則較困難。針對以上問題，在總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了教學(xué)實踐中的具體解決方法。實踐證明，提出的方法可以有效解決以上問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣，進而提高教學(xué)質(zhì)量。

一、選取適合的教材

“自動控制原理”內(nèi)容多、理論性強，對數(shù)學(xué)及電子電路等先修課程的要求較高，在人才培養(yǎng)中占極重要的地位。而教材是課程的根本和重點，目前《自動控制原理》教材種類繁多，有些教材難度較大，適合基礎(chǔ)較好的學(xué)生使用，有的教材講得很詳細，比較適合學(xué)生自學(xué)?？紤]到部分基礎(chǔ)較好的學(xué)生會考研或繼續(xù)深造，在近幾年的教學(xué)過程中，前四章（控制系統(tǒng)導(dǎo)論、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)的時域分析法和線性系統(tǒng)的根軌跡法）采用了胡壽松老師編寫的《自動控制原理》（科學(xué)出版社），后四章（頻率特性分析法、自動控制系統(tǒng)的校正、非線性控制系統(tǒng)的分析方法和線性離散時間控制系統(tǒng)分析）采用了高國燊等老師編寫的《自動控制原理》（華南理工大學(xué)出版社）。這兩本教材結(jié)合起來較合適教學(xué)，教師好教，學(xué)生學(xué)起來也容易。教材選合適了，不但有利于提高教師的教學(xué)效果，更有利于增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能動性。

二、優(yōu)化教學(xué)模式

教學(xué)過程中重視教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位，廣泛采用多樣化的教學(xué)方法：啟發(fā)式教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)、研討式教學(xué)、案例式教學(xué)、歸納式教學(xué)等，鼓勵學(xué)生課前預(yù)習(xí)，帶著問題有目的性地聽課，鼓勵學(xué)生發(fā)表自己的見解，調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力。對于課前預(yù)習(xí)好的學(xué)生采取加平時分的措施，沒有預(yù)習(xí)好的同學(xué)不減分，對他們以鼓勵為主。

自動控制系統(tǒng)的分析計算包括定性分析和定量計算。對于定量計算，只要理解了那些計算公式的由來，手工計算相對較簡單，較復(fù)雜的計算也可通過MATLAB進行仿真。而對于定性分析，比如考慮系統(tǒng)某個參數(shù)變化對系統(tǒng)響應(yīng)或性能的影響時，對于簡單情況可以把定量的值代入計算公式，得到性能指標值，比較之后可以得到定性分析的結(jié)論，對于復(fù)雜情況可以采用MATLAB工具軟件，通過改變參數(shù)或環(huán)節(jié)來仿真，直觀觀察該參數(shù)或環(huán)節(jié)對整個系統(tǒng)響應(yīng)過程的影響，學(xué)生對比曲線之后容易發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從而得到定性分析的結(jié)果，這種從分析特例得出結(jié)論的“歸納式教學(xué)法”不失為定性分析的一種較好的手段。關(guān)于定性分析，高國燊等老師編寫的《自動控制原理》（華南理工大學(xué)出版社）有很多實例，便于學(xué)生自學(xué)。教師在授課時可以在多媒體課件和該仿真系統(tǒng)之間隨意切換，計算、繪圖可實時演示和顯示。通過這種直觀的教學(xué)，學(xué)生對新知識的印象深刻，同時避免了課件一晃而過的缺陷，達到較好的教學(xué)效果，這樣極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而使教材中的公式和理論更容易理解和記憶，教學(xué)效果明顯改善。

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的迅速發(fā)展，目前，“自動控制原理”課程大多采用PPT多媒體授課，講解速度加快，這種方式可以解決有限學(xué)時內(nèi)擴充授課容量的問題，但成績較差的學(xué)生思維速度緩慢，難以及時消化，這樣并沒有達到提高學(xué)習(xí)效率、改善教學(xué)效果的目的。因此，傳統(tǒng)板書的優(yōu)點和現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)點合理結(jié)合才是提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)效果的最優(yōu)途徑。例如，在講解根軌跡繪制法則和頻域穩(wěn)定性判據(jù)時，雖然手工繪制曲線不如MATLAB繪制的漂亮，但是它能清晰地體現(xiàn)步驟，便于學(xué)生加深理解，記憶深刻。

此外，利用學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可以突破時間和空間的限制，教師把教學(xué)資源全部放到網(wǎng)上，使學(xué)生能自由地學(xué)習(xí)與練習(xí)、復(fù)習(xí)，同時教師可以及時跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)次數(shù)，對于有疑問的學(xué)生及時給予解答，不僅達到了教師與學(xué)生及時交流的目的，也是對學(xué)生平時學(xué)習(xí)情況考核的一種有效手段，同時也能滿足不同層次學(xué)生的需求。

三、注重學(xué)科之間的聯(lián)系

目前一般高校的自動化專業(yè)開設(shè)了“電路分析”、“模擬電路基礎(chǔ)”、“信號與系統(tǒng)”和“自動控制原理”等課程。雖然這幾門課之間存在一定的交叉，但是合理安排各門課授課內(nèi)容，既可以避免重復(fù)，又可以為后續(xù)課做好必要的鋪墊。比如，在“電路分析”這門課程中可以不講授“電路的復(fù)頻域分析”和“二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)”，而是把它放在“信號與系統(tǒng)”中分析和理解。目前有的高?？佳锌颇繛椤靶盘柵c系統(tǒng)”和“電路分析”的綜合專業(yè)課，學(xué)完“信號與系統(tǒng)”課程的學(xué)生發(fā)現(xiàn)，很多二階電路分析題目都可以利用“信號與系統(tǒng)”中學(xué)的方法來迅速求解?！靶盘柵c系統(tǒng)”這門課程中講授“系統(tǒng)的復(fù)頻域分析”時，既完善了“電路分析”中未學(xué)的部分，又為學(xué)習(xí)“自動控制原理”的“系統(tǒng)的時域分析”和“系統(tǒng)的頻率特性分析法”打下了必要的基礎(chǔ)。

在做“自動控制原理”硬件實驗的時候，每個實驗都需要學(xué)生自己在實驗箱上搭建電路系統(tǒng)。實驗完成后，學(xué)生不但掌握了控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計和相關(guān)計算，而且進一步鞏固了模擬電路和電路分析所學(xué)的相關(guān)知識點及其應(yīng)用。

因此，教師上專業(yè)課或者專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課時，不能孤立地教授某一門課，應(yīng)把所有相關(guān)課程緊密有機聯(lián)系起來，充分考慮課時安排和所授課內(nèi)容，才能合理利用課時，盡可能多、盡可能靈活地傳授知識。

四、強化與改善實驗教學(xué)

實驗是在理論知識學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上完成的。理論教學(xué)與實驗教學(xué)相輔相成，實驗促進教學(xué)，教學(xué)為實驗的實施做必要的理論準備，學(xué)生要完成實驗課必修的16課時。為了更好地開展實驗教學(xué)，學(xué)校設(shè)立了開放實驗室。目前開放實驗室內(nèi)容正在繼續(xù)完善中，已有液位控制綜合實驗、溫度控制實驗、步進電機控制實驗、直流電機調(diào)速控制實驗、自動供料系統(tǒng)模型等。有濃厚興趣和學(xué)有余力的學(xué)生可以利用課余時間，以團隊為單位，向?qū)嶒炛行奶岢錾暾垼浞掷靡延袑嶒炘O(shè)備，自主地完成一些控制類的課外實驗，這樣既可以獲得選修學(xué)分，也增強了動手能力和分析問題、解決問題的能力。這些綜合開放性的實驗為學(xué)生將來做畢業(yè)設(shè)計打下了較好的基礎(chǔ)，鞏固了課堂所學(xué)的控制系統(tǒng)分析以及設(shè)計的方法。同時，科研能力強的老師帶領(lǐng)學(xué)生，以工程為背景，提出不同的設(shè)計題目，每個題目由多名學(xué)生合作完成，每人承擔不同的任務(wù)，每人承擔的工作既獨立又有聯(lián)系。在整個設(shè)計過程中，學(xué)生都能經(jīng)歷資料查閱、方案的確定、購買元器件和系統(tǒng)制作、軟硬件調(diào)試的全過程，遇到問題能互相協(xié)商，最后完成設(shè)計，真正做到了理論聯(lián)系實踐，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，樹立了團隊合作意識，最大限度發(fā)揮個人的能力。

五、采取合理的考核方式

課程考核是教學(xué)評價的重要手段之一。對學(xué)生而言，考核是對其學(xué)習(xí)效果的一種評價，而這種評價本身是一種積極的激勵機制。為了促進學(xué)風建設(shè)，激發(fā)學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中都能認真投入到學(xué)習(xí)中，鼓勵創(chuàng)新，將理論考試總評成績分為平時過程考核成績和卷面考試成績兩部分。平時成績占總分的30%～40%，主要根據(jù)考勤、預(yù)習(xí)情況、課堂表現(xiàn)，學(xué)習(xí)主動性、作業(yè)完成情況、參加各類跟專業(yè)相關(guān)的科技競賽等情況綜合評定；卷面考試成績占總分的60%～70%，采用AB卷統(tǒng)一命題，主要考核學(xué)生掌握基本知識的情況和綜合分析計算能力及創(chuàng)新能力。

六、結(jié)束語

筆者總結(jié)了多年來講授“自動控制原理”課程的一些教學(xué)經(jīng)驗，提出的新思路、新方法應(yīng)用于教學(xué)實踐中，使得存在的一些問題得到了明顯的改善，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。在學(xué)習(xí)理論時，大部分學(xué)生的主動性大大提高，能夠做到理解記憶，能綜合運用所學(xué)知識分析相關(guān)問題；在實驗教學(xué)中，學(xué)生具有較高的熱情，動手積極性提高，動手能力得到很大改善，真正做到了理論和實踐的有機結(jié)合，基本上達到了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的。

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（責任編輯：宋秀麗）