“自動控制原理”理論教學(xué)探究*

張星紅 ，陳慧波 ，鄭秀麗 ，常文平

（河南工學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

“自動控制原理”是自動化類、電氣類、電子信息類、計(jì)算機(jī)類等專業(yè)的核心課程，也是許多工科專業(yè)非常重要的課程。因此，該課程涉及的專業(yè)面十分廣泛。同時(shí)，該課程也是一門方法論的課程，尤其是經(jīng)典控制理論部分，以負(fù)反饋系統(tǒng)為主要內(nèi)容，其利用“誤差消除誤差”的核心思想，從定性建立數(shù)學(xué)模型到定量分析性能指標(biāo)，體現(xiàn)了信息流通、系統(tǒng)論、控制思想的一套方法論。因此，在學(xué)習(xí)中不僅要掌握理論知識，更要掌握其體現(xiàn)出來的研究方法，培養(yǎng)系統(tǒng)的觀念，提高綜合分析問題能力[1-5]。

“自動控制原理”數(shù)學(xué)推導(dǎo)內(nèi)容理論性強(qiáng)、教學(xué)內(nèi)容抽象化、公式推導(dǎo)復(fù)雜化，再加上教學(xué)內(nèi)容一環(huán)扣一環(huán)，采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，教師與學(xué)生之間缺少交流互動，學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度和積極性不高，學(xué)生感到枯燥無味，難以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。如何提高學(xué)生對這門課的興趣，更大程度地接受基礎(chǔ)知識、基本理論和基本方法，同時(shí)使學(xué)生人生觀、價(jià)值觀和世界觀得到升華[6-9]。為達(dá)到提高全方位育人質(zhì)量的教學(xué)目的，在教學(xué)過程中，作者從以下幾方面進(jìn)行教學(xué)探究。

1 將思政教育引入課堂

借助于“雙閉環(huán)”的思想[10]，采取思政為內(nèi)環(huán)、理論知識為外環(huán)的教學(xué)模式。將思政“潤物細(xì)無聲”地引入“自動控制原理”，使學(xué)生不僅僅學(xué)習(xí)理論，也能受到思政教育，更好地樹立學(xué)生正確的“三觀”和指明未來發(fā)展方向，詳情如圖1所示。比如，講述閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)，引入反饋思想，指出整個(gè)社會也是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，結(jié)合我國的經(jīng)濟(jì)政策等，闡述我國的各項(xiàng)政策制定充分反映了反饋調(diào)節(jié)的思想；在講述系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，自然而然引入“穩(wěn)定”，只有社會和諧穩(wěn)定，國家才能富強(qiáng)，民族才可以復(fù)興，國家才可以長治久安，號召同學(xué)們共同為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢而奮斗。

圖1 專業(yè)-思政融合的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖

在講授“自動控制原理”的同時(shí)，對學(xué)生進(jìn)行思政教育，幫助學(xué)生養(yǎng)成正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，建立符合社會主義核心價(jià)值的人生觀，強(qiáng)調(diào)“專業(yè)知識傳授中的價(jià)值引領(lǐng)”原則。既使學(xué)生充分掌握科學(xué)知識，又使學(xué)生得到思想政治教育，最終的目標(biāo)是培養(yǎng)出能夠建設(shè)中國特色社會主義的人才。

2 學(xué)以致用，激發(fā)學(xué)生興趣

在教學(xué)過程中，將自控原理知識應(yīng)用到生活中，做到知行合一，讓學(xué)生體會到高深的理論也可在生活中“活靈活現(xiàn)”。比如，在講述干擾輸入量時(shí)，可以引入課堂上的干擾量之一——手機(jī)，借機(jī)也可以號召同學(xué)們合理利用手機(jī)；在講述檢測裝置時(shí)，可以引進(jìn)教師批改作業(yè)的過程其實(shí)就是檢測裝置檢測輸出量的一個(gè)過程，詳細(xì)內(nèi)容如圖2所示。

圖2 知行合一單閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖

將枯燥的理論引入到生活中來解釋，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)理論的興趣，有助于學(xué)生理解理論知識，而且無意中也削弱了“自動控制原理”的“理論強(qiáng)”和“抽象化”。

3 構(gòu)建多元化的教學(xué)手段

傳統(tǒng)的“以教為主”的教學(xué)模式，不能滿足人才培養(yǎng)的需求。圍繞“以學(xué)生為中心”的教育理念，積極推進(jìn)信息化技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，進(jìn)行教學(xué)改革與課程建設(shè)。比如，在學(xué)習(xí)通上傳教學(xué)視頻、課件等教育資源，建立題庫，并完成相應(yīng)的測驗(yàn)環(huán)節(jié)，用來檢測學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度，合理布置學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)內(nèi)容。讓學(xué)生互評作業(yè)，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，保證學(xué)習(xí)效果。另外，隨著計(jì)算機(jī)手段的提高，尤其是MATLAB軟件的加入，可以讓學(xué)生自己動手編寫小程序，使得復(fù)雜的計(jì)算不再成為困難，使得抽象化的理論變得更加直觀，如圖3所示。

圖3 人才培養(yǎng)與理論相結(jié)合

4 優(yōu)化成績的評價(jià)模式

傳統(tǒng)的課程考核模式以期末成績作為主要評分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合作業(yè)成績，模式單一，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。教師需要在課程成績的構(gòu)成上進(jìn)行優(yōu)化，使課程成績能夠真正反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和對于知識點(diǎn)的掌握以及應(yīng)用能力。強(qiáng)化過程考核、突出日常學(xué)習(xí)、多指標(biāo)差異化評價(jià)的考核模式，優(yōu)化課程考核體系?？己四Ｊ降木C合成績構(gòu)成包括期末考試成績、平時(shí)測驗(yàn)成績、作業(yè)成績、實(shí)驗(yàn)成績、課堂表現(xiàn)及出勤率等。這樣學(xué)生要想取得優(yōu)秀成績，必須強(qiáng)化日常學(xué)習(xí)效果，不能靠考前突擊。如圖4所示，一個(gè)學(xué)生期末成績90分，若平時(shí)表現(xiàn)不是太好的話，按照總分=期末卷面成績*60%+過程原始成績*40%計(jì)算（實(shí)驗(yàn)成績15分，平時(shí)測驗(yàn)和課堂表現(xiàn)成績各10分，出勤占5分），則該同學(xué)最終成績只有86分。

圖4 成績計(jì)算圖表

平時(shí)授課中，重點(diǎn)內(nèi)容突出，針對性地進(jìn)行督促和引導(dǎo)。在習(xí)題課上，進(jìn)行課堂翻轉(zhuǎn)，讓學(xué)生講解題思路和書寫詳細(xì)步驟，了解學(xué)生對知識的理解程度和應(yīng)用能力。出期末卷子時(shí)，適當(dāng)增加應(yīng)用型及綜合型題目的比例。

5 拓寬學(xué)生知識面

探究性教學(xué)的過程，也是一個(gè)讓學(xué)生的知識面不斷延伸的過程。講授數(shù)學(xué)模型時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)模型方面的知識，了解系統(tǒng)模型有線性、非線性、時(shí)變、定常、連續(xù)、離散、集中參數(shù)、分布參數(shù)、確定性及隨機(jī)系統(tǒng)等。在課堂上適時(shí)引進(jìn)控制方向有很多，如自適應(yīng)控制、魯棒控制、模糊控制、滑模控制等。對能力較強(qiáng)的學(xué)生，推薦閱讀與知識點(diǎn)密切相關(guān)的學(xué)術(shù)文章，開啟其探索學(xué)術(shù)之門，提高其眼界，如圖5所示。

圖5 拓展知識面

6 結(jié)論

通過引入思政教育、生活例子，采取多元化的教學(xué)手段，改進(jìn)評價(jià)模式和拓寬學(xué)生知識面等提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生編寫MATLAB仿真程序，根據(jù)獲悉的結(jié)果進(jìn)行分析和討論，掌握處理信息和觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，使學(xué)生對專業(yè)知識有更深刻的理解和更寬闊的思路。實(shí)踐證明，這種教學(xué)方法可以真正使學(xué)生活學(xué)活用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主性，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和方法，樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。