《自動(dòng)控制原理》教學(xué)探討與實(shí)踐

呂文淵

（太原學(xué)院，山西 太原 030032）

1 引言

“自動(dòng)控制原理” 是本、?？圃盒ｋ姎庾詣?dòng)化以及自動(dòng)化專業(yè)的一門重要的理論基礎(chǔ)課。該門課程的主要特點(diǎn)是涉及的知識(shí)面比較廣，涉及的相關(guān)學(xué)科比較多，理論性比較強(qiáng)，而且課程內(nèi)容比較抽象，不好理解。因此，學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程會(huì)感覺比較吃力，教師講授該門課程也會(huì)感覺比較難講。

2 目前教學(xué)中存在的問題

2.1 學(xué)生存在的負(fù)面心理影響

目前，很多在校大學(xué)生都存在不同程度的心理問題，比如自卑、消極、迷茫、功利等等。如果學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中受到這些負(fù)面心理因素的干擾，那么學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒和學(xué)習(xí)積極性就會(huì)受到很大的影響。

在 《自動(dòng)控制原理》 的教學(xué)實(shí)踐中，由于該課程的理論性非常強(qiáng)，所涉及到的前續(xù)學(xué)科較多，而且有很多的數(shù)學(xué)推理，隨著課程的深入，一些學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性就會(huì)大大降低，學(xué)習(xí)態(tài)度也變得消極被動(dòng)，嚴(yán)重影響了該門課程的學(xué)習(xí)效果。

2.2 學(xué)生基礎(chǔ)課程薄弱

《自動(dòng)控制原理》 所涉及到的相關(guān)學(xué)科較多，比如大學(xué)物理、電路分析、信號(hào)與系統(tǒng)、復(fù)變函數(shù)、線性代數(shù)等，要求學(xué)生對(duì)相關(guān)學(xué)科都要有一定的了解，而學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中并沒有做好相關(guān)知識(shí)的積累，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)該門課程的時(shí)候感覺枯燥、吃力，久而久之對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣也越來越低。

2.3 教學(xué)方式單一

目前的教學(xué)方式還是以教師講、學(xué)生聽為主，課堂講授主要是教師將現(xiàn)成的定理、公式、計(jì)算方式、繪圖方式告訴學(xué)生，學(xué)生主動(dòng)思考和探索的機(jī)會(huì)很少，致使學(xué)生產(chǎn)生了厭學(xué)情緒。

3 教學(xué)改革的方向

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

3.1.1 選取適合應(yīng)用型本科學(xué)生的教材

目前，針對(duì)不同類型院校、不同類型專業(yè)，《自動(dòng)控制原理》 可選擇的教材特別多。我們可以針對(duì)自己學(xué)校學(xué)生基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)積極性不高的特點(diǎn)，選取一些內(nèi)容有條理，而且便于學(xué)生們閱讀和理解的教材來進(jìn)行授課。在教學(xué)過程中，我們應(yīng)該著重給同學(xué)們講清楚該課程所涉及到的基本概念、基本理論以及一些應(yīng)用案例，并且能夠結(jié)合課后的習(xí)題讓學(xué)生對(duì)所講內(nèi)容有更深刻的認(rèn)識(shí)。

3.1.2 保持課程內(nèi)容的先進(jìn)性

《自動(dòng)控制原理》 涉及到的內(nèi)容都是一些經(jīng)典的控制理論，而控制理論近年來隨著科技的進(jìn)步也得到了蓬勃的發(fā)展，尤其在涉及到非線性控制、魯棒自適應(yīng)控制、模糊控制以及智能控制等方面。如果在講課過程中，我們能適時(shí)、合理地選取一些與課程內(nèi)容相關(guān)的前沿知識(shí)介紹給學(xué)生，那么學(xué)生在學(xué)好書本知識(shí)的同時(shí)，也能拓寬知識(shí)面，并且能夠培養(yǎng)他們積極探索未知科學(xué)領(lǐng)域的能力和興趣。

3.1.3 教學(xué)內(nèi)容中引入仿真軟件

在 《自動(dòng)控制原理》 的授課過程中，我們可以引入Matlab 等仿真軟件，通過仿真軟件可以將書本上的理論知識(shí)轉(zhuǎn)換為更直觀、更便于學(xué)生理解的曲線。通過采用這種比較直觀、易懂的仿真教學(xué)環(huán)節(jié)，可以使學(xué)生對(duì)所學(xué)新知識(shí)的印象更加深刻，對(duì)繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和抽象難懂的概念也有了深入的理解，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的學(xué)習(xí)積極性。

3.2 教學(xué)方法的改進(jìn)

3.2.1 注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程

在教學(xué)中，我們要避免一味地采用 “灌輸式”的教學(xué)方法，只是考慮在課堂上要把教學(xué)大綱里規(guī)定的知識(shí)全部介紹給學(xué)生，而并沒有考慮學(xué)生對(duì)所教的知識(shí)的掌握和理解程度。在課堂上，我們可以設(shè)置提問環(huán)節(jié)和討論環(huán)節(jié)，這樣不僅活躍了課堂氛圍，促進(jìn)了學(xué)生獨(dú)立思考以及學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，而且對(duì)老師也起到了及時(shí)反饋的作用，能了解到學(xué)生對(duì)當(dāng)節(jié)課所講內(nèi)容的掌握程度。

針對(duì)課堂上所講的知識(shí)點(diǎn)，精心挑選涉及到這些知識(shí)點(diǎn)的習(xí)題，以便使學(xué)生在課后能夠通過習(xí)題的解答對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧和總結(jié)，從而加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握。

3.2.2 授課方式的改變

首先，《自動(dòng)控制原理》的課程性質(zhì)決定了該門課程中會(huì)有大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明過程，但是這些數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明過程又不是該門課程的重點(diǎn)，所以，如果在每節(jié)課中都花費(fèi)大量的時(shí)間來進(jìn)行這些推導(dǎo)和證明，就會(huì)讓學(xué)生覺得課程枯燥無味，漸漸喪失了學(xué)好該門課程的興趣。因此，在 《自動(dòng)控制原理》 的講授過程中，我們可以盡可能地淡化不必要的推導(dǎo)，比如Laplace 變換，只要讓學(xué)生記住該門課程中常用的幾個(gè)典型環(huán)節(jié)的變換結(jié)果即可，不必花費(fèi)大量的課堂時(shí)間來講述Laplace 變換的證明過程。其次，在講授過程中，對(duì)于一個(gè)新知識(shí)點(diǎn)的引入，我們應(yīng)該合理的設(shè)疑，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)新知識(shí)點(diǎn)的必要性，并對(duì)該知識(shí)點(diǎn)有了深刻的印象。比如在講授勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定的時(shí)候，由于系統(tǒng)是否穩(wěn)定與閉環(huán)特征方程的根的分布情況有關(guān)系，那么就可以設(shè)置一個(gè)問題，給學(xué)生一個(gè)五階系統(tǒng)：5S5+4S4+3S3+2S2+S+1=0，來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。學(xué)生在難以求出該系統(tǒng)根的情況下，自然而然就會(huì)想是否還有別的辦法來判斷，那么我們順勢(shì)就可以引入勞斯判據(jù)。

3.2.3 采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段

我們可以采用目前比較流行的 “慕課”、“微課”形式，將每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解錄制一個(gè)小視頻，放到我們的教學(xué)網(wǎng)站里，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況選取自己上課時(shí)沒有聽懂的章節(jié)進(jìn)行自行學(xué)習(xí)，也可以將自己碰到的問題及時(shí)反饋給教師。

3.3 課程考核方式的改變

考核雖然不是教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目的，但是合理的考核方式能夠反映學(xué)生掌握該門課程的基本情況，而且能夠成為驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)好該門課程的動(dòng)力。為此，我們可以采取考試成績、平時(shí)考勤成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績和創(chuàng)新內(nèi)容成績相結(jié)合的多元化考核方式。通過這種考核方式，教師能夠準(zhǔn)確地掌握學(xué)生在觀察分析、動(dòng)手操作以及創(chuàng)新思維方面的能力，從而對(duì)每一個(gè)學(xué)生給出客觀的評(píng)定。

3.4 課外學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的補(bǔ)充

如果只依靠課堂教學(xué)時(shí)間，并不能培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和動(dòng)手能力。傳統(tǒng)的教學(xué)方式希望學(xué)生在課堂上聽了老師講解以后，課后通過解答大量的習(xí)題來鞏固所學(xué)知識(shí)，并加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的了解，但是對(duì)于絕大部分對(duì)知識(shí)內(nèi)涵沒有深入理解的學(xué)生來說，習(xí)題的解答只能看成是一種解題熟練度的反映，并不能促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有更深入的探索。而合理的課外學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的設(shè)置，便能對(duì)加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解起到很好的輔助作用。比如，在課余時(shí)間可以組織一些具有創(chuàng)新性的小型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生將理論應(yīng)用于實(shí)踐，并提高學(xué)生的獨(dú)立思考和探索能力。

4 結(jié)束語

隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及當(dāng)代社會(huì)對(duì)大學(xué)畢業(yè)生越來越嚴(yán)苛的要求，只有在教學(xué)上的不斷探索與改革，不斷掌握各學(xué)科的最新理論發(fā)展，并應(yīng)用到我們的教學(xué)與科研上，才能取得更好的教學(xué)效果，全面提高教學(xué)質(zhì)量，才能讓大學(xué)畢業(yè)生更好地適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)的需要。