“自動控制原理”課程教學研究與實踐

摘 要： 針對“自動控制原理”內(nèi)容多和理論性強的特點，在進一步明確本課程的教學內(nèi)容和學時分配的基礎(chǔ)上，本文從教學方法和教學設(shè)計兩個方面對“自動控制原理”課程教學進行了研究和實踐，實踐表明通過對“自動控制原理”課堂的教學改革，達到了很好的教學效果。

關(guān)鍵詞： “自動控制原理” 教學內(nèi)容 學時分配 教學方法 教學設(shè)計

“自動控制原理”是電子信息科學與技術(shù)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。它側(cè)重于理論角度，系統(tǒng)闡述了自動控制科學和技術(shù)領(lǐng)域的基本概念和基本規(guī)律，介紹了自動控制技術(shù)從建模分析到應(yīng)用設(shè)計的各種思想和方法，內(nèi)容十分豐富。通過自動控制理論教學，學生全面系統(tǒng)地掌握自動控制技術(shù)領(lǐng)域的基本概念、基本規(guī)律和基本分析與設(shè)計方法，以便將來勝任實際工作，具有從事相關(guān)工程和技術(shù)工作的基本素質(zhì)，同時具有一定的分析和解決有關(guān)自動控制實際問題的能力。

本課程是電子通信工程、機電一體化、包裝工程等工科和理科專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程。通過本課程的學習，學生將初步掌握自動控制的基礎(chǔ)理論，并具有對簡單連續(xù)系統(tǒng)進行定性分析、定量估算和初步設(shè)計的能力，進而為專業(yè)課程的學習和參加控制工程實踐打下必要基礎(chǔ)（方曉柯，2008）[1]。

1.教學內(nèi)容研究

本課程的教學內(nèi)容重點應(yīng)放在以下方面：

（1）自動控制的概念、基本控制方式及特點和對控制系統(tǒng)性能的基本要求。

（2）典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖化簡或梅森公式及控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立和表示方法、小偏差線性化方法和通過機理分析建立數(shù)學模型的方法。

（3）暫態(tài)性能指標、勞思判據(jù)、穩(wěn)態(tài)誤差、終值定理、穩(wěn)定性的概念及利用這些概念對二階系統(tǒng)性能的分析、高階系統(tǒng)分析方法和主導(dǎo)極點的概念。

（4）根軌跡的概念和繪制法則，并能利用根軌跡對系統(tǒng)性能進行分析、偶極子的概念及添加零極點對系統(tǒng)性能的影響。

（5）頻率特性的概念、開環(huán)系統(tǒng)頻率特性Nyquist圖和Bode圖的畫法和奈氏判據(jù)。絕對穩(wěn)定系統(tǒng)、條件穩(wěn)定系統(tǒng)、最小相位系統(tǒng)、非最小相位系統(tǒng)、穩(wěn)定裕量、頻域性能指標的概念和頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系。

（6）校正的基本概念、基本校正方式和反饋校正的作用、復(fù)合校正的概念和以串聯(lián)校正為主的頻率響應(yīng)綜合法、串聯(lián)校正為主的根軌跡綜合法和常用校正裝置及其作用。

為使學生更好地學習和掌握自動控制原理這門課程，依據(jù)學校制定的教學大綱，結(jié)合自己在日常教學中的經(jīng)驗和我校學生的基本情況，現(xiàn)將本課程的教學內(nèi)容和學時安排如下，見表1所示，學時共計72學時見下表。

表 “自動控制原理”課程教學內(nèi)容及學時分配

2.教學方法研究

“自動控制原理”為我校物理與電子科學系應(yīng)用物理學和電氣工程及其自動化這兩個本科專業(yè)的必修課程，目前校內(nèi)每年學習這門課程的學生人數(shù)在100人左右；在日常教學過程中，我們重視對學生的啟發(fā)與引導(dǎo)，鉆研教學教法，不斷改革與創(chuàng)新，采用多種行之有效的教學方法和手段，并取得良好的教學效果。

2.1啟發(fā)—引導(dǎo)式課堂教學

課堂教學的目的是啟發(fā)學生積極主動地建構(gòu)知識，引導(dǎo)學生分析、解決問題（閻金鐸，2009）[3]。例如，在講解典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖化簡時，可以先啟發(fā)學生根據(jù)自己的思路化簡結(jié)構(gòu)圖，求出傳遞函數(shù)，然后引導(dǎo)學生根據(jù)書本上的規(guī)則進行結(jié)構(gòu)圖化簡。在啟發(fā)、引導(dǎo)學生建構(gòu)知識的過程中，教師必須對所教知識本身及其來龍去脈、認識方法有清楚的認識；必須研究學生的認知規(guī)律，進而使知識的傳授過程符合學生的認知規(guī)律。這一教學模式分為以下幾步：

首先，要激發(fā)學生學習新知識的動機。

其次，要引導(dǎo)學生獲得豐富的感性認識，這是學生進行下一步思維加工必不可少的基礎(chǔ)。

第三，要引導(dǎo)學生的思維加工過程，進行分析、推理，然后表述認識的結(jié)果，建立概念，總結(jié)規(guī)律。

第四，要讓學生學會運用新知識解決問題。

最后，要讓學生鞏固新知識，將新知識與已有知識建立聯(lián)系，納入自己的認知結(jié)構(gòu)體系。

通過運用這一教學模式，一方面教師要積極研究教學內(nèi)容，找出教學內(nèi)容的內(nèi)在邏輯，另一方面要分析、掌握學生的認知規(guī)律與心理活動，進而將二者有機結(jié)合。

2.2自學-討論式課堂教學

課堂教學的目的除了使學生學習新知識外，更重要的是使學生學會學習。教師指導(dǎo)學生以知識為載體，搜集資料、閱讀理解、表達交流，從而深化對知識的理解（李振龍等，2009）[2]。例如，在講解根軌跡的概念和繪制法則時，可以讓學生先自學根軌跡的繪制法則，并給出例題讓學生自行繪制根軌跡，然后進行課堂討論，根軌跡繪制究竟應(yīng)該怎么畫，要遵循怎樣的繪制原則，并且這些繪制原則之間的順序與關(guān)系是怎樣的，討論出結(jié)果之后，教師再根據(jù)這些原則畫出之前讓學生自行繪制的例題，讓學生與自己繪制的根軌跡作對比，然后發(fā)現(xiàn)自己哪里畫得不對，為什么不對，是漏掉或者弄錯了哪條繪制原則。

使用自學—討論式課堂教學，主題的選取非常重要，在教學前教師就要進行深入研究，選取適合學生自學的主題。自學之后每個學生獨立完成一個任務(wù)，之后就完成的任務(wù)進行成果交流與討論，最后師生共同梳理自學的內(nèi)容，達成完整、準確的共識，最后形成結(jié)論。

2.3探究式課堂教學

探究式課堂教學的目的是強調(diào)學生真實的研究經(jīng)歷，讓學生參與探究活動，發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想、交流論證，得出結(jié)論。例如，在講解校正的基本概念、基本校正方式時，可以讓學生先分析為什么需要對系統(tǒng)進行校正，并且探究可以采用何種方式進行校正，提出猜想或假設(shè)，然后設(shè)計校正方案，分析論證方案的正確性與可行性，最后得出結(jié)論。在實際的課堂實踐中，大部分的學生雖然沒有探究出合理的校正方法，但是通過這種教學方式不僅發(fā)散了學生的思維，而且使學生對正確的校正方式印象深刻。

3.教學設(shè)計研究

本課程的教學設(shè)計主要包括以下幾個方面：

3.1制定教學目標。

3.2分析教學內(nèi)容。

3.3分析學生和教學環(huán)境。對學生的分析包括以下方面：學生原有知識、技能，學生對教學內(nèi)容的了解，學生對教學內(nèi)容和多媒體的態(tài)度，學生的興趣，學生對教師的態(tài)度，學生以前的學習成就和能力層次，學生的一般學習方式，學生的總體特征，等等。學生的學習過程是通過運用已有知識解釋所學內(nèi)容進而建構(gòu)新知識的過程?；谒麄儽旧淼慕?jīng)驗，學生對教學內(nèi)容和教學方式會有一定看法，他們可能對教學內(nèi)容不感興趣或者不喜歡教學所使用的教學方式。只有提前了解他們對學習內(nèi)容的態(tài)度及對教學方式的期望，才能據(jù)此設(shè)計相應(yīng)的教學方式和教學手段，啟發(fā)引導(dǎo)學生，激發(fā)他們的學習興趣和求知欲望。譬如，講解對控制系統(tǒng)性能的基本要求時，引用現(xiàn)實中電阻爐溫控制系統(tǒng)、飛機自動駕駛儀系統(tǒng)等作為實例，講清楚為什么控制系統(tǒng)的性能需要滿足穩(wěn)、快、準的要求，達到良好的效果。

3.4選擇具體教學模式、方法和策略。

3.5利用教學資源。利用學校的多媒體資源，結(jié)合板書，進行教學。并幫助學生安裝MATLAB仿真軟件進行部分習題的仿真。

3.6制定測評方法。對每一章的作業(yè)進行認真的批改，每次批改完之后總結(jié)學生易錯的題目是哪些，為什么學生在這些題目上出錯，學生是哪一部分的內(nèi)容沒有掌握，以便復(fù)習的時候?qū)@部分內(nèi)容進行詳細講解。

3.7教學反思和修改。在教學過程中不斷進行反思，并根據(jù)學生的反饋信息不斷修改自己的教學內(nèi)容和教學方法，以期實現(xiàn)教學系統(tǒng)的整體優(yōu)化。

4.結(jié)語

“自動控制原理”是控制理論與控制工程專業(yè)的主干和必修課程，在我國的生產(chǎn)制造業(yè)中應(yīng)用比較廣泛，尤其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用與推廣。本文在研究課程教學內(nèi)容和學時分配的基礎(chǔ)上，從課堂教學方法、課堂教學設(shè)計方面對本課程的教學理論與實踐進行了研究，實踐結(jié)果表明，本課程的教學內(nèi)容安排是合理的，教學方法和教學設(shè)計也取得了良好效果?！白詣涌刂圃怼笔且婚T理論性與實踐性都很強的課，要想上好這門課，必須對教學內(nèi)容、教學方法、教學設(shè)計進行更深入的研究。

參考文獻：

[1]方曉柯，王建輝，鄭艷，等.《自動控制原理》教學改革的探索與實踐[J].教育實踐研究，2008，（11）：101-102.

[2]李振龍，喬俊飛，孫亮，等.自動控制原理課程體系結(jié)構(gòu)和教學方法探討[J].教學研究，2009，32（2）：66-68，72.

[3]閻金鐸，郭玉英.中學物理教學概論[M].北京：高等教育出版社，2009.

基金項目：貴州省教育廳高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才支持計劃項目，黔教合KY[2013]146。