《自動(dòng)控制原理》教學(xué)改革探索

劉亞卓++趙新蕖

摘 要：《自動(dòng)控制原理》是電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其有很強(qiáng)的理論性和抽象性，學(xué)生學(xué)習(xí)起來有很大的難度，為改善該課程的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提出教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面的多種改革措施。從改革效果來看，此種改革方法有效提高了教學(xué)效果，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主體參與意識(shí)，改革成效明顯。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（a）-0127-02

自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化專業(yè)和電氣專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程理論性較強(qiáng)，對高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí)和電路、模擬電路等電子技術(shù)知識(shí)有很大的依賴性。其開設(shè)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和分析、設(shè)計(jì)能力，在自動(dòng)控制類專業(yè)的學(xué)科體系中占據(jù)著十分重要的地位[1，2]。

1 當(dāng)前教學(xué)現(xiàn)狀

筆者所在校是新晉的應(yīng)用型本科學(xué)院，學(xué)生動(dòng)手能力強(qiáng)，但理論基礎(chǔ)薄弱，對工科類基礎(chǔ)理論課程的學(xué)習(xí)積極性不高，畏難情緒嚴(yán)重。筆者自承擔(dān)該課程教學(xué)以來，結(jié)合所在學(xué)院學(xué)生的實(shí)際情況，力求培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高其專業(yè)基礎(chǔ)能力和專業(yè)綜合素質(zhì)，積極摸索改進(jìn)，在教學(xué)手段和方法方面總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)[2]。

2 講好第一堂課

自動(dòng)控制原理課程是自動(dòng)化學(xué)生從高中階段到大學(xué)階段認(rèn)知事物的重要的一個(gè)分水嶺，她第一次引導(dǎo)學(xué)生從“系統(tǒng)”而非“部件”去認(rèn)知事物，那么第一堂課的內(nèi)容安排和教學(xué)方法選擇就顯得尤為重要。

“系統(tǒng)”是什么，“系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”是什么，這兩個(gè)問題是“自動(dòng)控制原理”學(xué)習(xí)中首先需要回答的。以前我們往往用兩種方法講解：一是選擇書中給出的系統(tǒng)示意圖；二是選擇我們身邊的常用電器，這兩種方法的效果并不是很好，學(xué)生依然形成不了清晰的概念?，F(xiàn)在我們選擇第一堂課直接進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，對著看得見摸得著的系統(tǒng)進(jìn)行講解。例如我們用實(shí)驗(yàn)室THSA-1型過控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：

第一步：老師講解實(shí)驗(yàn)裝置組成。

第二步：組織學(xué)生討論“傳感器是干什么的，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是干什么的，加熱管是干什么的，PID調(diào)節(jié)器是干什么的”。

第三步：老師講解系統(tǒng)的構(gòu)成。

這樣的三步走使得學(xué)生真實(shí)地觸摸到了系統(tǒng)，認(rèn)真地思考了系統(tǒng)的構(gòu)成，課堂氣氛非?；钴S，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，克服了畏難情緒。而且老師在講解過程中要告訴學(xué)生傳感器、電機(jī)、SCR、PLC是干什么的，從而引出學(xué)科體系中的前續(xù)課程和后續(xù)課程，使學(xué)生明白這些課程的學(xué)習(xí)在系統(tǒng)中的重要性，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)課的學(xué)習(xí)熱情。

3 教學(xué)內(nèi)容改革

自動(dòng)控制原理經(jīng)典教材大多數(shù)是以側(cè)重基本理論知識(shí)詳細(xì)講述為主要目的，中間加以繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，這樣使學(xué)生的理解變得非常困難，不容易抓住重點(diǎn)。筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對自動(dòng)控制原理教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了多方面的改革。

首先，從基本理論和概念出發(fā)，強(qiáng)調(diào)物理概念，淡化繁雜的理論推導(dǎo)[5]。比如我們講解系統(tǒng)的多種分析方法（時(shí)域分析法、頻域分析法）和校正方法（超前校正、滯后校正、PID校正）時(shí)，統(tǒng)一以系統(tǒng)的3個(gè)基本性能：穩(wěn)、準(zhǔn)、快為中心線進(jìn)行講解，淡化理論推導(dǎo)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對該門課的邏輯性和清晰度大大提高。

其次，在數(shù)學(xué)模型的內(nèi)容安排上，從以往注重講解對動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的各種等效變換，轉(zhuǎn)變?yōu)橹恢v解方框的串聯(lián)、并聯(lián)和反饋這3種基本變換形式，求解系統(tǒng)的傳遞函數(shù)用MATLAB軟件進(jìn)行。大大減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生的精力更多地投入到對系統(tǒng)性能的分析理解中，而不是純粹的傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的變換中。

最后，在頻率分析法中，從以往注重對幅相頻率特性曲線圖和數(shù)特性曲線圖的詳細(xì)講解，轉(zhuǎn)變?yōu)楹喕瘓D形本身的講解，注重兩種圖形的對比以及參數(shù)的變化在兩種圖中如何分析系統(tǒng)性能的變化。使學(xué)生不至于在學(xué)習(xí)過程中偏離主線，始終關(guān)注“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”這一中心點(diǎn)的分析。

4 教學(xué)方法的改進(jìn)

自動(dòng)控制原理課程對學(xué)生的定性分析能力、定量評價(jià)能力和綜合運(yùn)用能力都有一定的要求。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是“灌輸式”，以教師的講授為主，學(xué)生上課邊聽邊抄筆記，學(xué)習(xí)很被動(dòng)，經(jīng)常會(huì)顧此失彼而使學(xué)生在學(xué)習(xí)中感到困難重重，影響學(xué)習(xí)效果。因此，在課程教學(xué)中筆者采取了以下幾種方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思維，明顯改善了教學(xué)效果[5]。

4.1 打破壁壘，理論課實(shí)驗(yàn)化

在我們的理論教學(xué)中，有很多的內(nèi)容如果用傳統(tǒng)的教學(xué)方法講授往往會(huì)花費(fèi)很多的時(shí)間而得不到較好的教學(xué)效果，而如果把這些內(nèi)容放在實(shí)驗(yàn)室用MATLAB仿真軟件邊講授邊實(shí)驗(yàn)效果就會(huì)很好。比如在二階系統(tǒng)參數(shù)變化影響系統(tǒng)性能的分析中，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中用仿真軟件自己改變系統(tǒng)的參數(shù)，從仿真圖中分析和的變化影響了系統(tǒng)的什么性能以及此種性能發(fā)生了什么變化，這種變化是否好的變化（見圖1）。此種改革使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提升，對此部分內(nèi)容印象深刻，自己分析出來的結(jié)果能夠更加深入地理解，既節(jié)約了課時(shí)又取得了更好的教學(xué)效果。

4.2 變被動(dòng)灌輸為主動(dòng)探究

我們在學(xué)習(xí)過程中什么時(shí)候更有學(xué)習(xí)的欲望呢？當(dāng)我們迫切地想要知道一個(gè)答案的時(shí)候。就像猜謎語，上節(jié)課老師給出一個(gè)謎面，讓學(xué)生課下預(yù)習(xí)查閱資料給出自己的答案，下節(jié)課老師再揭示謎底，大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。比如講人工控制轉(zhuǎn)為自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)由人進(jìn)行觀察，計(jì)算，調(diào)控的鍋爐溫度控制系統(tǒng)，如果轉(zhuǎn)變成為自動(dòng)控制系統(tǒng)，需要由什么部件來代替人的觀察作用、計(jì)算作用、調(diào)控作用，從而引出自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要組成及每部分的作用，使學(xué)生在活潑的探討中，順理成章地掌握了相關(guān)概念和原理。

5 微課的應(yīng)用

微課就是微型課堂，是一種短時(shí)的教學(xué)過程，時(shí)長不超過10 min，主要以視頻為載體，圍繞某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解。微課的特點(diǎn)是：內(nèi)容精、時(shí)間短、類型多、形式多[7]。

5.1 微課在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

在我們做每章教學(xué)內(nèi)容總結(jié)時(shí)，以往就是簡單羅列，效果一般，學(xué)生不易把握該章節(jié)的全部內(nèi)容。在微課中我們就可以把重點(diǎn)難點(diǎn)制作成講解型微課，結(jié)合具體的知識(shí)點(diǎn)，找一些現(xiàn)成的相關(guān)小視頻穿插其中，形象而生動(dòng)。

5.2 微課在課外自學(xué)中的應(yīng)用

為了使學(xué)生在課下自學(xué)中有依附教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)素材，我們可以制作濃縮精華內(nèi)容的微課，方便學(xué)生課后觀看鞏固課程的理論知識(shí)。我們還可以制作引導(dǎo)討論型微課，通過制定一個(gè)討論提綱和要求，讓學(xué)生課后通過微課把討論情景建立起來，自行練習(xí)，準(zhǔn)備討論素材。

5.3 微課在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以往我們往往用大量的時(shí)間向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等，留給學(xué)生的動(dòng)手思考時(shí)間就被大大壓縮。而現(xiàn)在我們可以把這些講解內(nèi)容做成微課，在實(shí)驗(yàn)之前就提前發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生在課下進(jìn)行情景式預(yù)習(xí)。

6 結(jié)語

通過筆者和學(xué)生的一系列創(chuàng)新摸索，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。于老師而言很好地完成了教學(xué)任務(wù)，于學(xué)生而言筑牢了他們的專業(yè)基礎(chǔ)，為其后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及專業(yè)綜合素質(zhì)的提高打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝忠玉，初紅霞，王希鳳.在潛移默化中提高學(xué)生學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理課程的主動(dòng)性[J].科教導(dǎo)刊，2014（4）：118，149.

[2] 馮寶，趙虹.新晉本科“自動(dòng)控制原理”教學(xué)方法研究[J].教育觀察，2016（4）：92-93.

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

[4] 陳雪波，歐陽鑫玉.自動(dòng)控制原理教學(xué)中的關(guān)聯(lián)教學(xué)實(shí)例[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（25）：110-111.

[5] 張東妍，周宏威，戴天虹，等.基于多元化模式的自動(dòng)控制原理課程改革[J].中國電力教育，2014（12）：144-145.

[6] 屈婉瑩，魏為民，徐曉麗.“自動(dòng)控制原理”課堂實(shí)例仿真軟件設(shè)計(jì)[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，30（4）：357-360.

[7] 王憲磊.微課在機(jī)械類專業(yè)自動(dòng)控制原理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（5）：349.