自動控制理論課程教學改革探索

摘要： 為了更好地適應新形勢下自動控制理論的教學，本文從課程體系、教學內容、教學方法、教學實踐、考核形式等方面進行了改革探索實踐，提出了一系列較為行之有效的措施和方法，對自動控制理論的教學起到了良好的效果。

關健詞： 自動控制理論 課程教學 教學改革 實踐

1.引言

自動控制理論是非常活躍的一個學科，它不僅僅是自動化專業的核心基礎課程，還在航天、農業、交通、電氣、機械制造等工程學科中都有非常廣泛、重要的應用。隨著計算機控制技術、通訊技術和網絡技術的不斷發展，自動控制理論處于一個關鍵的歷史時期，正向著“廣度”和“深度”兩個方面快速發展和開拓。但是，由于該課程具有概念抽象、涉及的數學知識較多、工程實踐性強等特點，因此用傳統的教學方法，不少教師感到“難教”，學生也感到“抽象”難學，教學質量難以得到根本的保證。因此，在自動控制理論的教學工作中，針對社會發展變革對其新的要求，針對自動控制原理的課程特點，探索新的教學方法是非常重要和必要的。

2.課程教學改革的思路與實踐

2.1堅持課程地位，提高學生學習的興趣。

自動控制理論是一門理論性很強的課程，學生在學習該課程的時候還未接觸過專業課程，因此，在學生剛開始接觸這門課程的時候，不能一味地只對其灌輸純粹理論，講述公式推導。過深的專業術語、過多的數學公式會使他們對這門課程產生畏難思想。興趣是最好的老師，教師從第一堂課開始就應培養學生對這門課的興趣，摒棄傳統教學中發展歷史的簡單羅列，代之以聲情并茂的圖文、視頻展示，如此既能融入大量專業信息，又能激發學生求知、探索的興趣和激情，讓學生真正理解和體會到自動控制理論課程在自動化專業中所處的重要位置。

2.2打破傳統課程體系結構的約束。

傳統的課程體系是將控制原理中經典控制理論和現代控制理論兩大部分內容分割開來，自成體系，獨立開課。從教學的效果來看，這樣的講授方式不利于學生建立自動控制學科基礎理論和方法的總體框架。因此，我們在對課程的教學中，盡管仍然分為自動控制理論和現代控制理論兩門課，但在整個課程的教學體系上已經完全打破了舊體系的約束，將經典與現代控制理論融會貫通進行教學。例如，在講述控制對象的微分方程模型和傳遞函數模型的同時引入系統狀態空間的概念，繼而講解狀態空間和傳遞函數這兩種系統描述之間的相互轉換。通過這樣一個過程，就可以將經典控制理論與現代控制理論的基本思路有機地結合。實踐證明，利用這種教學方式，不僅能夠使學生更好地認識控制理論的體系結構，還提高了學生學習的靈活性和主動性。

2.3加強數學知識的學習。

自動控制理論課程涉及較多的數學知識，包括高等數學、線性代數、積分變換、復變函數及矩陣論等數學知識。大量的數學知識常常令學生倍感學習壓力，數學基礎不好的學生更是顧慮重重，畢竟自動化系的學生是工科學生，不是純理科學生。但是由于自動控制理論課程其自身的特點決定了學好該門課程必須具備一定的數學基礎。所以，在教學過程中，教師應當根據課程的進度，有計劃地給學生補習諸如拉普拉斯變換、傅立葉變換、三角變換、積分變換、留數定理、矩陣分析等數學知識，給學生創造一個相對輕松的心理環境。

2.4強化工程意識，培養工程能力。

自動控制理論課程雖然與數學等課程聯系緊密，但該課程決不等同于數學課程。在該課程的教學中，我們從理論和工程應用相結合的角度，注意強化學生的工程意識，提高其工程實踐能力。例如：在講解系統的數學模型——微分方程的求解中，詳細分析微分方程的解所對應的實際系統中的含義，使學生深刻理解數學意義與物理意義以及實際工程之間的聯系。

2.5加強現代教學手段的使用。

隨著當今信息技術地發展和網絡設施的進一步完善，現代教學越來越多地依托于各種新興的信息技術和設備。這些技術設備不僅可以有效地豐富教學手段，還可以很好地開展網絡遠程教育。自動控制理論課程的圖形示意、圖解分析較多，傳統的板書方式很難直觀形象地表達出來，因此適當地采用多媒體課件等現代化教學手段有助于學生理解。比如，在講述動態“過渡過程”的概念時，采用多媒體授課方式可以將系統的過渡過程生動形象地表現出來，給學生提供最形象、直觀的教學演示，有利于學生對抽象概念的理解，加深學生對這些知識點的理解，能夠取得非常好的教學效果。

2.6注重實踐教學，培養學生分析問題和解決問題的能力。

理論知識需要實踐性教學的支持，實踐性教學對鞏固理論知識、培養學生分析解決問題的能力及開發他們的創造力都有重要的作用。而自動控制理論又是一門與實際緊密聯系的課程，一般都安排在大學三年級第一學期，是學生接觸較早的一門專業課。初學專業課的學生對實際的自動控制系統和常見的控制元件、控制器、執行機構等都沒有直觀的認識，對于該課程如果僅限于對知識的講解，那么無論講得怎么透徹，學生在學習過程中往往還是感到抽象難懂，在具體問題中，也不能夠靈活運用課程中學到的知識和方法去解決。因此，引入實驗教學，并且在實驗過程中把理論知識的講解和實際運用結合起來，會收到很好的效果，既使學生親身體驗控制理論的具體方法和思想，對解決實際問題能力的提高大有幫助，同時也有助于進一步深化理解所學的理論知識。

2.7考核形式的改革。

科學地運用考試的檢查評價、教育激勵、反饋調控、培養督導等功能對提高教育質量、推進素質教育會產生不可替代的作用。考試形式及成績的評定，對于調動學生的積極性及提高學生的素質有重要的作用，為了檢驗學生的學習效果，可以將考試成績劃分為四個組成部分：平時成績20%（包括作業、出勤率和平時課堂學習表現）、實驗20%（包括實驗操作和實驗報告）、期中考試20%、期末考試40%。這種考核形式改變了一考定終身的考核制度，而對平時的學習及實踐提出了更高的要求。結果表明，這種考核方式不僅使學生對于理論知識有很好的掌握，還充分地調動了學生實驗操作的積極性，減輕了學生考試的負擔，提高了學生學習的主動性。

3.結語

對自動控制理論課程的教學改革和實踐切實提高了教學的靈活性和開放性，提高了學生的工程意識和創新能力。隨著控制理論研究的范圍進一步擴大，控制理論思想的發展和進步，在教學過程中應該不斷發展和更新教學內容。

參考文獻：

［1］胡壽松.自動控制理論［M］.北京：科學出版社，2002.

［2］孟令雅.自動控制理論教學漫談［J］.電氣電子教學學報，2006，28（1）：48-50.