“自動控制原理”教學(xué)改革探索

李明大 劉小河 管萍 劉麗華

摘要：“自動控制原理”課程在自動化類專業(yè)中占有重要地位。本文從理論性、實踐性和綜合性幾方面分析了課程的特點，在此基礎(chǔ)上針對本校學(xué)生的實際情況，采用了嚴肅課堂紀律、課后補充擴展、學(xué)期中小測驗以及綜合設(shè)計題小組答辯等方式進行了教學(xué)改革與創(chuàng)新嘗試，并進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：自動化專業(yè)；自動控制原理；教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0112-02

“自動控制原理”是自動化專業(yè)和電氣工程專業(yè)本科生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課“現(xiàn)代控制理論”、“計算機控制系統(tǒng)”等課程的基礎(chǔ)課，是很多高?？刂瓶茖W(xué)與工程專業(yè)研究生入學(xué)考試的必考科目，也是“線性系統(tǒng)理論”、“自適應(yīng)控制”、“非線性系統(tǒng)理論”等研究生課程的基礎(chǔ)。自動控制原理的基本思想是整個控制科學(xué)理論體系的基石，同時也貫穿在自動化工程師的整個職業(yè)生涯中，學(xué)生對課程知識的掌握程度對個人的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃產(chǎn)生重要的影響，也直接關(guān)系到學(xué)生進入社會后所做出的貢獻程度[1，2]。

對于“自動控制原理”課程教學(xué)的重要性，相關(guān)高校給予了高度的重視，通過有針對性地自編教材或精選教育部指定教材，由有十年以上教齡的具有豐富教學(xué)一線經(jīng)驗的教師擔(dān)任課程的主講教師，制作生動的多媒體課件，創(chuàng)建國家級、省市級或校級精品課程等方式，進行了大量的教學(xué)改革探索與實踐，取得了豐富的教學(xué)研究成果[3-7]。

本文將結(jié)合北京信息科技大學(xué)的實際情況，分別闡述“自動控制原理”課程教學(xué)的特點、改革的必要性以及改革的措施。

一、課程教學(xué)的特點

1.“自動控制原理”課程的特點?！白詣涌刂圃怼笔且婚T理論性很強的課程，基礎(chǔ)數(shù)學(xué)中的微積分、復(fù)變函數(shù)與積分變換等知識貫穿其中。另外，進行控制系統(tǒng)建模時根據(jù)被控對象的不同，需要電學(xué)、力學(xué)等物理知識和電路理論、電機理論等專業(yè)知識。在整個課程體系中，需要嚴謹?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)與計算，這些都要求學(xué)生具有較高的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

“自動控制原理”是一門實踐性很強的課程，廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程、軍事國防、航空航天等各個領(lǐng)域，具有實際的工程背景。另外，在國家宏觀經(jīng)濟調(diào)控、人口計劃生育等社會科學(xué)中也體現(xiàn)了本課程的基本思想。所以，如果學(xué)生在學(xué)習(xí)中沒有對課程知識的應(yīng)用有感性的認識，則會造成理論與實際的脫節(jié)。

“自動控制原理”也是一門綜合性的課程，既要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)能進行數(shù)學(xué)分析和計算，又要求學(xué)生具有一定的自主設(shè)計控制系統(tǒng)的能力。同時，課程大量使用圖形與計算相結(jié)合的方法，也要求學(xué)生具有一定的繪圖能力。

2.學(xué)生的實際情況。目前，北京信息科技大學(xué)自動化專業(yè)在北京以及全國大部分省份是本科一批招生，只在個別省份是本科二批招生，所以可以保證生源質(zhì)量。但由于北京市的一本錄取率較其他省份高很多，所以北京的生源質(zhì)量不如其他省份高。又由于生源地為北京的學(xué)生普遍沒有找工作的壓力以及讀研究生深造的想法，所以大學(xué)期間學(xué)習(xí)的積極性不高，對未來沒有危機感，在一定程度上影響了整個專業(yè)的學(xué)習(xí)氛圍。

二、教學(xué)改革的必要性

鑒于以上特點與問題，如果采用傳統(tǒng)的方法進行教學(xué)，不可避免會造成學(xué)生平時學(xué)習(xí)效果不好，只靠期末考試前突擊復(fù)習(xí)的后果。因此，為了使學(xué)生較好的掌握“自動控制原理”的知識，為以后的職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)，也為更好地解決教學(xué)環(huán)節(jié)的相關(guān)問題，必須進行教學(xué)改革與實踐。

三、教學(xué)改革的措施

圍繞“自動控制原理”課程的教學(xué)，北京信息科技大學(xué)自動化學(xué)院進行了一些教學(xué)改革嘗試。

1.嚴肅課堂教學(xué)紀律。針對部分學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、課堂出勤率低的問題，采取了嚴格的課堂考勤制度，把關(guān)請假情況，并執(zhí)行缺勤時間超過總課時的三分之一即沒有考試資格的規(guī)定，嚴厲打擊各種曠課、遲到、早退的現(xiàn)象。對上課時學(xué)生不專心聽講玩手機的學(xué)生進行及時提醒，必要時暫時沒收手機。

2.課后補充擴展。對于基礎(chǔ)好、學(xué)有余力、渴望繼續(xù)深造的同學(xué)，在課后安排額外時間補充Matlab/Simulink控制系統(tǒng)仿真方面的知識，讓這部分同學(xué)在掌握理論知識的基礎(chǔ)上，通過編程仿真的方式進一步學(xué)會控制系統(tǒng)的分析與控制器設(shè)計。利用微信等新型通訊方式進行靈活的答疑以及常見問題的講解，使得學(xué)生有問題可以及時詢問，進而得到解答。

3.學(xué)期中小測驗。由于“自動控制原理”課程學(xué)時很多，包括實驗共90個學(xué)時，課程涉及到的知識點多，彼此有一定關(guān)聯(lián)卻又能自成體系。為督促學(xué)生能及時地進行階段性的復(fù)習(xí)，不至于將所有復(fù)習(xí)工作都堆在期末考試前，在整個教學(xué)過程中安排兩次小測驗。采用開卷考試的形式，在課后進行習(xí)題的簡單講解，并且給學(xué)生分發(fā)詳細的習(xí)題解答，督促學(xué)生能在階段性的學(xué)習(xí)之后及時地復(fù)習(xí)，并使得學(xué)生在作業(yè)題的基礎(chǔ)上有更多的題型可以用作期末考試復(fù)習(xí)材料。

4.綜合設(shè)計題小組答辯。在批改學(xué)生作業(yè)時發(fā)現(xiàn)抄襲作業(yè)的現(xiàn)象較嚴重，為督促學(xué)生獨立完成作業(yè)，在學(xué)期中段安排綜合設(shè)計題小組答辯的環(huán)節(jié)。提前兩周布置綜合設(shè)計題題目，要求用理論分析和Matlab/Simulink編程的方式進行控制系統(tǒng)分析以及控制器設(shè)計。2～3名學(xué)生一組，每個小組選一名學(xué)生進行3～5分鐘的講解，之后所有小組成員回答問題，對小組全體以及每個成員進行打分。最終從全部小組中選出3～4個優(yōu)秀的小組在課堂上進行講解，教師和全體學(xué)生提問，并且教師就過程中學(xué)生遇到的問題和不足進行講解，通過對優(yōu)秀小組學(xué)生適當(dāng)加分的方式對其進行激勵。

四、教學(xué)改革的效果

比較近幾年自動化專業(yè)5個班近150名學(xué)生的期末考試成績，在考題難度基本不變的前提下，平均分有穩(wěn)步的提高，尤其是在90～100分數(shù)段區(qū)間內(nèi)，學(xué)生人數(shù)從無到有，并且有逐漸增加的趨勢，而50～59分數(shù)段內(nèi)的學(xué)生人數(shù)逐年減少。顯然，通過新式的教學(xué)改革嘗試，對專業(yè)興趣濃厚、學(xué)有余力的學(xué)生能更加扎實地掌握課程所學(xué)內(nèi)容，并且能進行靈活運用。與此同時調(diào)動了興趣不足的學(xué)生的積極性，并幫助學(xué)習(xí)吃力的學(xué)生達到課程要求。在后續(xù)的教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)以及畢業(yè)設(shè)計中，也能明顯地感覺到學(xué)生在“自動控制原理”課程上打下的基礎(chǔ)并發(fā)揮著積極作用。

五、結(jié)語

“自動控制原理”課程是自動化相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程知識點多，理論與實際相結(jié)合，學(xué)生學(xué)起來有一定的難度，所以針對北京信息科技大學(xué)的實際情況開展了一系列教學(xué)改革措施。在課程開始階段給學(xué)生打好預(yù)防針，在課程中間階段及時地督促學(xué)生，使學(xué)生有一種緊迫的危機感。這樣在課程臨近結(jié)束的時候?qū)W生才能較好地掌握基本知識，順利地通過期末考試。只有緊追時代的腳步，通過教學(xué)改革與創(chuàng)新因材施教，牢牢把握學(xué)生觀念思想的變化，才能進一步提高“自動控制原理”的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]Katsuhiko Ogata. Modern Control Engineering（Fourth Edition）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2]劉小河.自動控制原理[M].北京：高等教育出版社，2014.

[3]徐穎秦，潘豐.自動控制原理立體化教學(xué)新體系的探索與實踐[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2012，24（2）：152-155.

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

[5]王萬良.“自動控制原理”課程教學(xué)中的幾個關(guān)鍵問題[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011，33（8）：48-51.

[6]陳雪波，歐陽鑫玉.自動控制原理教學(xué)中的關(guān)聯(lián)教學(xué)實例[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012，13（25）：110-111，230.

[7]劉燦，龍祖強，譚延亮，等.自動控制原理實驗教學(xué)改革探索[J].電子制作，2013，20（11）：147.