《自動控制原理》課程教學方法的改進

于新剛

摘 要：本文針對《自動控制原理》課程的教學內容特點以及教學過程中出現的問題，分析了問題產生的原因，提出了解決問題的五個方面改進建議，希望能夠提高學生學習興趣和主動性，實現提高教學質量的目的。

關鍵詞：自動控制原理；問題；教學方法

自動控制技術[1]在當今社會生產和生活中已經無處不在，極大了提高了生產效率，改善和提高了人民群眾的生活水平。例如化工生產過程中的溫度、壓力等是靠自動控制系統(tǒng)來控制的；生活中洗衣機、空調、廁所里的水箱水位等也是依靠自動控制系統(tǒng)進行控制。自動控制學是研究自動控制技術共同規(guī)律的理論性很強兼有實踐性的技術科學。美國著名的控制論創(chuàng)始人維納在1948年發(fā)表了《控制論——關于在動物和機器中控制和通訊的科學》一書，形成了完整的控制理論體系——以傳遞函數為基礎的經典控制理論，主要是研究線性定常系統(tǒng)的單輸入單輸出（SISO）的分析和設計。本課程《自動控制原理》教學內容主要是經典控制理論，包括控制系統(tǒng)模型、線性系統(tǒng)時域分析法、線性系統(tǒng)根軌跡法、線性系統(tǒng)頻域分析法以及線性系統(tǒng)的校正方法?！蹲詣涌刂评碚摗氛n程是一門理論性和系統(tǒng)性很強、基礎知識面很廣的專業(yè)基礎課程。學生在學習過程中需要理解新的概念、原理和掌握控制系統(tǒng)比較復雜的分析和設計方法[2]。因此學生在學習時學習困難較大，學習效果不佳。以我院15級測控專業(yè)某班為例，全班共計44人，2017-2018第二學期期末考試卷面成績有23人不及格，及格率僅為47.7%，超過一半的人學習成績不達標。本文針對在整個教學過程中出現的問題，提出了一些在教學和學習方法[3-5]上的改進建議，以期提高教學質量。

一、加強學生《自動控制原理》課程相關前備基礎課程的學習

在學習《自動控制原理》課程之前，學生應掌握基礎課程的學習，如《高等數學》、《復變函數》、《物理》、《電路原理》、《模擬電路》、《計算機組成》、《理論力學》等。而這些基礎學習難度比較大，理論水平也很深。經過與該班學生溝通，一大部分學生在學習這些基礎課程的時候智能勉強通過考試，掌握知識很不扎實。而這些基礎課程對于學習《自動控制原理》又很重要，起到基礎性功能。因此有必要加強基礎課程的學習，為后續(xù)《自動控制原理》課程的順利學習做好準備。同時，作為任課老師可以有重點的輔助學生回憶、復習《自動控制原理》需要的基礎課程知識點和章節(jié)。

二、教師應指導學生做好預習，提倡學生養(yǎng)成自主學習和課后復習的習慣

做好預習、養(yǎng)成自學的學習習慣是提高學生學習能力的良策。但是有很多學生懶于甚至于厭惡做此項。因此教師有必要有針對性的引導學生。例如，以控制系統(tǒng)時域數學模型為例。在該章節(jié)中研究由電阻、電感和電容組成的無源網絡的數學模型。教師可以指導學生做好熟悉《電路原理》中無源網絡和《高等數學》中齊次微分方程求解等知識點的提前預習，并且在教授知識點前可以隨機檢查學生預習和自學情況。學生如能下足功夫做好預習，教授新的知識將會事半功倍。課后溫習新的教學內容也可作為教師課堂上抽查內容。同時不做好課后復習，僅靠課堂上的學習很難熟練掌握和理解新的知識內容。對自學的學習方法，教師應該起到指導性作用，教授學生獨立學習和理解相關內容，并學會分析和解決問題的能力。滿堂灌式教學方法只能被動接受知識，這樣的教學效果往往不理想，因此培養(yǎng)學生自主的主動性學習習慣和方法勢在必行。

三、加強教學管理工作

對學生學習過程嚴格要求，加強教學管理工作，促成良好的課堂紀律和氛圍。正式上課前由該班班長負責收拾手機，集中存放。根據課堂上學生的學習態(tài)度給予獎懲，記入平時分考核。針對某些學生抄襲作業(yè)的情況，首先與學生約談溝通，詢問抄襲作業(yè)原因，例如是因為不會做、不想做、來不及做還是忘了做。了解原因、對癥下藥，鼓勵學生獨立完成作業(yè)。能夠及時改正的學生應及時表揚，并將作業(yè)情況核算為平時分記入綜合成績。

四、提高教師教學和業(yè)務水平

任課教師應認真研究消化教材，對知識點的概念、原理和方法掌握到位，將整個課程知識體系做到心中有數，能夠融會貫通，并且能夠以合適的教學方法教授學生。例如講解二階系統(tǒng)時域單位階躍響應，根據二階系統(tǒng)閉環(huán)極點在復平面坐標系中的不同位置分布，結合單位階躍響應輸出函數表達式，教師應能指出兩者的內在聯系，指出響應曲線樣式及其特點。在教學中，采用了研究典型問題、過程圖形化的方法，使學生更易于理解和掌握知識點。例如教材（胡壽松所著《自動控制原理（第六版）》）P172習題4-2，根據開環(huán)零極點分布繪出閉環(huán)根軌跡。這一典型題目覆蓋了繪制根軌跡規(guī)則的所有內容，題目既簡單考核知識點又全面。針對該題目，課堂上采用集體討論，每一位學生都參與的方式，讓每一位學生都能熟練掌握本知識點。此外，課后作業(yè)在精而不在多，要求布置的作業(yè)覆蓋教學內容且具有典型性，不搞題海戰(zhàn)術，要求學生獨立完成、按時上交，結合作業(yè)出現問題及時糾正錯誤。此外，課下積極和學生交互溝通，安排答疑課解答疑難。

五、重視實驗環(huán)節(jié)

《自動控制原理》課程兼有理論性和工程性的特點，實踐是檢驗真理的唯一標準，本課程的實驗環(huán)節(jié)是驗證抽象的理論結論正確性和可重復性的唯一手段。實驗可以鞏固和加深理解學生所學理論知識，因此必須重視實驗環(huán)節(jié)的教學[6]。另外實驗環(huán)節(jié)還可以提升學生動手能力、分析和解決實際問題的能力。本課程實驗包括MATLAB軟件仿真和驗證實驗。例如學生利用MATLAB軟件做出二階系統(tǒng)在不同阻尼比下參數的階躍響應仿真曲線，再根據阻尼比，選擇RLC參數，搭建RLC二階電路實際測試輸出曲線，以驗證仿真曲線和實際輸出是否一致。實驗過程中，提倡學生自主選擇參數，教師不干預，不強制設定參數，學生可以自由嘗試和選擇。完成實驗環(huán)節(jié)后，學生須認真完成實驗報告，認真分析實驗結果和數據，寫出實驗中出現問題和體會，以加深對所學理論知識的理解。針對部分學生對實驗缺乏興趣，懶于動手，甚至他人幫做，抄襲實驗報告的情況，一方面教師在實驗過程中加強監(jiān)管，鼓勵學生自己獨立動手、挑戰(zhàn)自我，同時可以延長實驗時間；另外將每組實驗人數定位2人，避免濫竽充數的情況出現。有雷同實驗報告的學生，提出批評和警告且酌情減少實驗成績?？傊?，通過實際的實驗操作讓學生體會到動手的樂趣和成就感，進而鞏固所學理論知識。

本文針對測控專業(yè)151級某班在《自動控制原理》課程教學過程中出現的問題，分別在《自動控制原理》課程相關基礎課程、教學前自學、教學管理、教師教學能力和實驗環(huán)節(jié)等五方面提出了改進教學方法的建議。目的在于引導學生學習興趣，培養(yǎng)學生良好的學習習慣，達到改善教學質量。因樣本數并不大，難免有管中窺豹之嫌，希望本文能起到拋磚引玉的作用。另外本課程采用教材為胡壽松所著《自動控制原理（第六版）》，該教材為國家級規(guī)劃教材，知識點全面，內容詳盡，但是針對測控專業(yè)須依據教學大綱對教學內容應做一定調整，本文尚未對此方面做出研究，這也是后續(xù)教學工作中需要努力改進的方向。

參考文獻：

[1]胡壽松.自動控制原理（第六版）[M].北京：科學出版社，2013.

[2]黃家英.論《自動控制原理》課的知識結構體系[J].成都大學學報（自然科學版），1994（13）：54-58.

[3]王志強.談《自動控制原理》課的教學方法[J].機械職業(yè)教育，1997（5）：30.

[4]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）： 63-66.

[5]段納，高清爭.自動控制原理教學中的問題及對策探討[J].曲阜師范大學學報，2011（37）：7-10.

[6]張德銀，何志祥，鐘玲玲，高峰，李軍輝.“自動控制原理”課實驗教學改革[J].內蒙古師范大學學報（教育科學版），2016（4）：148-151.