面向三本學生的自動控制原理課程教學改革與實踐

陳惠英

（湖州師范學院工學院，浙江 湖州313000）

0 引言

《自動控制原理》課程是高校電氣自動化專業(yè)的專業(yè)必修課，是電氣類、機械類等許多專業(yè)的學科基礎課。該課程是本科生后續(xù)課程的基礎課程，在控制科學與工程學科中占有重要地位。該課程高度抽象、涉及多方面的數(shù)理知識，是一門具有一定深度和難度的課程，要求學生具有扎實的專業(yè)基礎和較強的抽象思維能力[1]。而我校求真學院三本學生的數(shù)學基礎總體偏弱，面對這樣一門具有理論性強、概念多、系統(tǒng)性強，且數(shù)理基礎要求較高的專業(yè)基礎課程，往往學習的難度較大，造成本課程在求真學院學生班的教學效果上，對基本原理及其分析方法的理解只是停留于公式定理表面，而面對具體問題的時候，不知如何運用相應的知識去解決實際問題。因此，針對三本學生的《自動控制原理》課程的教學，必須根據(jù)學生數(shù)理知識基礎的實際情況，合理安排和優(yōu)化課程的體系結構，改進教學方法。對本課程的教學要理論和實踐并重，采用包括多媒體教學、傳統(tǒng)教學、MATLAB輔助教學[2]在內(nèi)的多種教學方法和手段，根據(jù)學生學習情況的反饋，不斷進行教學模式和教學內(nèi)容結構改革以提高教學質(zhì)量。

1 課程教學改革的探索和實踐

結合筆者在《自動控制原理》課程近幾年的教學工作，對該課程的體系結構、內(nèi)容組織和教學方法進行探討，根據(jù)教學實際需要和實際效果，優(yōu)化該課程的體系結構，尋求適合我校求真學院三本學生教學效果的有效途徑和方法。

1.1 課程體系結構組織與設計

《自動控制原理》課程的內(nèi)容理論性強，建模描述用到了微分方程模型、傳遞函數(shù)模型等，涉及到高等數(shù)學、復變函數(shù)等數(shù)學知識；同時通過對該課程的學習需要培養(yǎng)學生的實踐能力。因此，結合目前我校《自動控制原理》課程理論教學和實驗教學的情況，根據(jù)該課程的教學內(nèi)容，按照課程的教學目標，對該課程的內(nèi)容進行系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和安排。將課程進行合理優(yōu)化，將其設計為教師課堂講授、學生課程實驗、學生課程設計等幾個部分。

課堂講授。課堂講授是學生學習的重要環(huán)節(jié)。筆者首先根據(jù)求真學院的教學要求，制定相應學時的課堂教學內(nèi)容，滿足不同專業(yè)學生的學習需要；然后對于具體的教學內(nèi)容進行教學設計，注重學生的探究和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。借鑒課程組老師教學實踐中總結的幾個要點，將本課程的授課內(nèi)容分為八章，分別是：自動控制系統(tǒng)導論、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、自動控制系統(tǒng)的時域分析、根軌跡法、頻率法分析、控制系統(tǒng)校正、非線性系統(tǒng)和線性離散系統(tǒng)。其中，控制系統(tǒng)校正部分可作為一般性要求內(nèi)容，降低學習難度和要求，但加強了建模部分的講授[3]。教師課堂講授主要是講授自動控制的基本理論、引導學生進行系統(tǒng)分析與設計，讓學生了解和學習“控制論”這種思想方法。

課程實驗。課程實驗是對學生課堂理論學習的檢驗和加深理解。學生利用MATLAB語言的控制系統(tǒng)仿真功能，學習與訓練控制系統(tǒng)分析與設計能力。學生在完成理論學習的基礎上，通過課程實驗，學習應用MATLAB語言的控制仿真程序設計方法，進行控制系統(tǒng)的仿真并完成一般控制系統(tǒng)的校正設計。

課程設計。在課堂講授和課程實驗的基礎上，通過課程設計加深學生對理論知識的理解與掌握，充分利用先進的實驗設備，為學生設計各種實踐教學內(nèi)容。如，通過設計直流伺服電動機控制系統(tǒng)、磁浮球控制實驗系統(tǒng)設計與調(diào)試等，借助于這些系統(tǒng)學生可完成經(jīng)典PID控制器和自選控制算法的設計與仿真[4]。在課程設計中，學生可根據(jù)所學知識采用不同的控制方法，充分發(fā)揮每個學生的創(chuàng)造性，既能加深對基礎理論的理解和掌握，又能提高學生的實際動手能力。

1.2 適應學生的數(shù)理基礎，改進教學方法

課程的教學目標將以講授基礎理論為基礎，結合求真學院的基本定位以及學生的具體情況，根據(jù)該課程的實際內(nèi)容，采用多種教學方法，如將探究式教學，案例式教學，討論式教學、對比式教學、傳統(tǒng)教學方式和多媒體教學方式相結合、傳統(tǒng)教學方式和MATLAB相結合等多種方法并施，不斷提高教學質(zhì)量。為了準確評估課程的講授效果，真正了解該門課程學習中可能存在的問題，不但要時刻注意本專業(yè)學生在學習過程中的反饋意見，而且要廣泛調(diào)研其它學校和專業(yè)的教師在該門課程上的經(jīng)驗總結。在此基礎上，結合筆者的親身體驗和思考，認為求真學院學生在學習該課程過程中可能面對的主要問題包括：（1）學生由于數(shù)學基礎不夠扎實，對課程中涉及到的數(shù)學知識產(chǎn)生畏難情緒，進而無法很好地掌握控制系統(tǒng)的分析方法；（2）不能將所學的控制理論知識與自己專業(yè)的實際案例充分地聯(lián)系起來，這主要是在學習過程中接觸專業(yè)案例少造成的；（3）無法將基本理論和計算機輔助設計軟件MATLAB結合起來進行更有效地控制系統(tǒng)設計，即割裂了基本理論和計算機輔助軟件相輔相成、互相印證、互相促進的關系；（4）從系統(tǒng)角度理解控制系統(tǒng)核心思想的能力不足，即無法做到融會貫通，更談不上靈活運用，這需要授課過程中注意前后串聯(lián)，幫助學生建立起系統(tǒng)概念[5]。針對上述問題，結合求真學院辦學定位和不同專業(yè)對該課程的教學大綱要求，提出有針對性的改革措施。多年來的教學實踐證明，《自動控制原理》課程涉及大量的數(shù)學知識，如拉氏變換及其逆變換、微分方程等，因此扎實的數(shù)學功底是學好該課程的基礎。如果學生缺乏必要的數(shù)學知識，教師又不能適時補上這個不足的話，很容易造成學生在學習過程中的畏難情緒，不可避免地會影響教學效果。因此，一個較可行做法是在課程開課伊始，就給學生列出所有需要用到的基礎數(shù)學知識。一方面引導學生重新復習這些已經(jīng)學過的數(shù)學知識；另一方面，授課教師還應抽出專門的課時來對這些數(shù)學知識進行復習和重點講授。為了不斷加深學生對這些數(shù)學知識的理解，在用到相應的數(shù)學工具時，授課教師應該結合具體的實例進行更詳細地講述。為了盡可能減少學生在學習中的畏難情緒，授課教師在考試中堅持“注重概念，弱化計算”的理念，只要學生思路正確，僅是計算錯誤的話，可少扣或不扣分。

2 結語

針對《自動控制原理》課程在我校求真學院三本學生教學中存在的若干問題，提出了若干有效的教學改革措施，從而提高該課程的教學效果。

［1］周武能,石紅瑞.自動控制原理教學改革與實踐[J].教學研究,2010,33(1)：63-66.

［2］薛定宇.控制系統(tǒng)計算機輔助設計—MATLAB語言與應用[M].第二版.北京：清華大學出版社,2006.

［3］吳曉蓓.“自動控制原理”課程講授的幾個要點[J].中國大學教學,2005(9)：28-30.

［4］唐超穎,姜斌.“自動控制原理”課程的探究性教學實踐[J].電氣電子教學學報,2007,29(6)：91-93.

［5］王萬良.“自動控制原理”課程教學中的幾個關鍵問題[J].中國大學教學,2011(8)：48-51.