技本生源《自動控制原理》課程教學改革簡論*

王菁華李輝盧勝利段海龍

（天津職業技術師范大學自動化與電氣工程學院天津300222）

技本生源《自動控制原理》課程教學改革簡論*

王菁華李輝盧勝利段海龍

（天津職業技術師范大學自動化與電氣工程學院天津300222）

《自動控制原理》課程理論性強、抽象性強，要求學生有扎實的數學基本功，這些特點對于沒有高中經歷直接從技校考入大學的技本生源來說，加劇了畏難情緒。針對這種現狀，應從改革實驗教學為主，同時對教學內容進行合理的刪減，輔以現代教育技術。本文系統地闡述了這門課程教學改革的思路和方法。

自動控制原理；技本生源；教學改革；實驗教學

《自動控制原理》是自動化類、電類等專業的重要專業基礎課程。該課程的主要任務是使學生掌握自動控制系統的基本概念和自動控制系統分析、設計的基本方法，是后續專業課程必要的理論基礎。然而，該課程的教學對于我校技本生源①來說存在著幾個突出的問題：（1）課程的理論性強，涉及面廣，尤其是運用數學的力度較大，抽象性強，計算復雜，學生感到難學；（2）教學對象層次差異大，有些技本生源有高中三年的求學經歷，有些沒有，學生水平參差不齊，教師感到難教；（3）隨著自動化技術的發展，新方法、新矛盾、新問題層出不窮，迫使自動控制原理的教與學必須跟上時代的要求，不斷更新內容；（4）新形勢下，對學生應用自動化技術處理問題的能力要求越來越高，而目前教學中設置的各個環節對學生能力的培養比較薄弱。

為了解決上述問題，我校對技本生源的《自動控制原理》課程的實驗教學內容、理論教學內容、教學方法和教學手段等進行了初步的改革。

首先，積極推進實驗教學改革。

《自動控制原理》課程的實驗教學應該將理論與實踐有機地結合起來，以便深化學生對課堂理論的理解。但長期以來，我校一直進行的都是傳統的驗證性實驗教學，即學生通過matlab軟件編寫程序，然后觀察系統的響應曲線和各項性能指標。在實驗教學過程中，學生按照實驗指導書的內容編寫matlab語句，記錄響應曲線。絕大部分學生在實驗中缺乏主動性，究其根源，是因為傳統驗證性實驗缺少設計性和創新性，并且學時少，無法激發學生的學習興趣。因此，要推進實驗課程的教學改革，應以安排直觀形象的實踐環節為突破點。

根據《自動控制原理》課程新的學時分配（由原來的12學時增至16學時），選定的實驗內容遵循以下優化原則：（1）壓縮驗證實驗的教學時數，實驗環節要突出學生的動手能力，體現我校特色，增加設計型實驗、綜合型實驗及創新研究性實驗的內容，同時在實驗內容上注意新穎性、趣味性和實用性。（2）引進新技術，豐富實驗教學內容。（3）虛實搭配，讓學生對自己所搭建的硬件電路能同時通過專業軟件監測波形，對控制系統進行圖形化分析。（4）實驗教學內容體現多層次、模塊化形式。除了基礎驗證型實驗外，還提供部分設計型、綜合型和創新研究型實驗，供學生選做。改革前，所有的實驗均為matlab仿真驗證性實驗，改革后，刪減了原來的實驗1——熟悉matlab仿真工具，將原來的的實驗6——基于matlab的系統穩定性分析由仿真實驗變為在實驗箱上由學生親自搭建硬件電路，調整參數，監測波形，充分地將理論與實踐相結合。同時還增加了其他3個設計性實驗，改革前后實驗變動情況如表1所示。從表1中可以看出，改革前所有的實驗均是應用matlab軟件進行仿真，一般都是給定學生已知的傳遞函數，通過編寫簡單語句仿真軟件然后得到圖形，學生完全接觸不到實際的控制系統，無法將學到的自動控制原理的相關知識應用到實際問題解決中，常常造成實驗與理論脫節，大部分學生在實驗中表現被動，教學效果達不到預想的水平。而改革后，有50%的實驗脫離了單純的仿真軟件，而是應用實驗箱由學生自己搭建硬件電路，充分鍛煉了學生的動手能力，在參數調解過程中遇到的種種實際情況大大激發了學生自主分析問題解決問題的能力，教學效果得到了明顯提升。

其次，改革和整合教學內容。

隨著控制理論的發展和計算機技術的應用，新的控制方法和控制手段也越來越多。為了適應時代要求，根據本科專業培養目標和專業特點，我們對自動控制課程的內容進行了重新整合，選用優秀教材，制定了新的教學大綱、實驗大綱和考核大綱，適時地把一些新內容、新的教學成果、應用實例融入教學內容中，做到課程內容的基礎性與先進性相結合，把握經典與現代、本課程與其他相關課程內容的關系處理。大幅度減少了學時數（由96學時減至80學時），將經典控制理論與現代控制理論結合起來講授，重點講解控制理論的基本知識及應用，理清思路，了解方法，增強系統性。針對技本生源的特點，對一些定理和法則的推導過程略講甚至不講，比如在第六章控制系統的校正講解中，改革之前要花上至少1個學時的時間給學生講解傳遞函數和頻率特性之間對應關系的證明過程，而在改革之后，對證明推導過程點到為止，而重點強調要學會運用。

《自動控制原理》的教學內容有一條主線：系統分析和系統設計。在整個教學過程中，教學內容圍繞這條主線展開，講解自動控制的一般概念、數學模型、時域分析法、根軌跡法、頻域分析法、系統的校正、非線性系統和采樣控制系統的分析等。其中時域分析法、根軌跡法、頻域分析法屬于系統分析的內容，系統的校正屬于系統設計內容，讓學生在整個學習過程中，圍繞“系統分析和設計”這條線進行，做到舉一反三，從而對自動控制理論有一個完整清晰的理解。

在分析設計這個主線下，以穩定性指標為輔線。在各個有關章節的小結中對穩定性都予以重點討論，通過對各種穩定性判斷方法的分析，把前后的知識點加以銜接聯系，并綜合應用。

為體現教學內容的先進性、科學性和前沿性，引導學生進一步學習的興趣，應對目前控制理論研究的熱點和發展趨勢作一些簡要介紹，如模糊控制、智能控制等。

表1 改革前后實驗安排表

再次，改革傳統教學方法和教學手段。

《自動控制原理》對學生的定性分析能力、定量估算能力、綜合運用能力、數形結合能力有一定的要求，需要具有扎實的數學基礎，學生在學習中經常會感到困難而產生畏難情緒，影響學習效果。因此，改革傳統教學方法和教學手段，進而提高教學質量，也是課程改革應該考慮的內容之一。在以信息、知識爆炸為特征的今天，傳統的教學手段已經不能適應時代的需要，教學手段的改革勢在必行。對圖形比較多的章節，如根軌跡法、頻率分析法和系統校正等章節要采用多媒體與板書相結合的教學方法，這樣，既充分利用了多媒體教學生動、逼真、容量大的優點，又充分利用了板書教學嚴謹性、邏輯性強的優點。還可以通過播放視頻資料讓學生了解自動控制技術在前沿領域的應用，激發學生的學習興趣。實踐證明，這一方法取得了良好的教學效果，受到了學生的認可，對教學質量的提高起了一定的積極作用。

該課程的教學改革已在我校技本生源中實施，取得了良好的教學效果，學生的基本知識、專業能力、實踐技能乃至學習興趣等都較以往有很大的提高。當然，教學改革的路還很長，尚需繼續探索和實踐，使之不斷完善。下一步改革的設想有以下幾點：

1.實驗和實踐教學的目的在于培養學生應用控制理論的方法解決實際問題、將實際問題抽象為理論問題的能力。在以后更深入的教學改革中，擬對實驗只提目標和要求，不給學生詳細的實驗步驟和實驗電路圖，讓學生根據個人情況自主選擇難度等級不同的實驗，根據系統的性能要求，獨立完成系統設計、系統搭建和調試以及記錄原始數據和圖形并寫出實驗報告。所有這些必將極大地調動學生學習的主動性和積極性，既能鞏固課程理論，又能激發學生學習的熱情、培養學生的動手能力和獨立思考的能力，使其觀察、分析和解決問題的能力都有較大的提高。

2.從課程的實際及教學規律出發，以培養和提高學生的創新精神和實踐技能為宗旨，真正探索出一種新的實踐教育模式。

3.通過課程的建設和改革，使《自動控制原理》課程內容及課程體系得到優化，教學工作得到進一步完善和規范。在實現理論教學與工程實踐最優化等方面繼續進行探討和改革，做到與時俱進，促進該學科的快速發展。

注釋：

①我校本科生生源有兩種：高中畢業生，簡稱為高本生源；技校畢業生，簡稱為技本生源。

[1]王劃一.自動控制原理（第2版）[M].北京:國防工業出版社，2010.

[2]劉曉燕.自動控制原理課程教改探索[J].重慶職業技術學院學報，2006，（5）.

[3]孫潔.“自動控制原理”實驗教學改革的實踐[J].電氣電子教學學報，2009，（6）.

[4]劉亮.“自動控制原理”課程教學改革實踐與思考[J].黑龍江科技信息，2010，（2）.

[5]袁安富，張偉.《自動控制原理》課程教學改革與創新的探討[J].中國電力教育，2008，（6）.

[6]王菁華.反饋在自動控制原理課程教學中的作用[J].天津工程師范學院學報，2007，（增刊）.

[7]彭冬玲.自動控制原理的教學方法探討[J].價值工程，2010，（9）.

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G712

A

1672-5727（2011）11-0095-02

王菁華（1978—），女，河北灤南人，碩士，天津職業技術師范大學講師，研究方向為控制理論與學科教學法等。