“自動控制原理”課程教學探索

潘奇明?李博?周文輝

摘要：針對“自動控制原理”課程的教學特點，結合所在學院的實際情況，對理論教學和實驗教學進行了總結并提出了一些新思路、新方法，并將其應用于教學實踐中。實踐證明，提出的教學方法有效提高了教學質量，增強了學生的學習興趣，提高了學生分析問題和解決問題的能力。

關鍵詞：自動控制原理；教學實踐；多媒體授課

作者簡介：潘奇明（1980-），女，湖南寧鄉人，電子科技大學中山學院，講師；李博（1977-），男，廣東茂名人，電子科技大學中山學院，講師。（廣東 中山 528400）

基金項目：本文系電子科技大學中山學院質量工程建設項目（項目編號：ZLGC2011JXTD08）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）07-0080-02

“自動控制原理”是自動化專業及其他相關專業的重要專業技術基礎課程，是學習后續專業課的基礎。該課程教學中存在如下兩方面的問題：第一，該課程涉及多個學科領域，必須先修“物理”、“高等數學”、“復變函數”、“電路分析”、“模擬電路基礎”、“電機與拖動”、“機械”等課程，教學內容豐富，因此在有限的課時內難以做到面面俱到；第二，該課程理論性強，修過“信號與系統”課程或者數學基礎較好的學生理解起來相對容易，否則較困難。針對以上問題，在總結多年教學經驗的基礎上，提出了教學實踐中的具體解決方法。實踐證明，提出的方法可以有效解決以上問題，提高學生的學習效率和學習興趣，進而提高教學質量。

一、選取適合的教材

“自動控制原理”內容多、理論性強，對數學及電子電路等先修課程的要求較高，在人才培養中占極重要的地位。而教材是課程的根本和重點，目前《自動控制原理》教材種類繁多，有些教材難度較大，適合基礎較好的學生使用，有的教材講得很詳細，比較適合學生自學。考慮到部分基礎較好的學生會考研或繼續深造，在近幾年的教學過程中，前四章（控制系統導論、控制系統的數學模型、線性系統的時域分析法和線性系統的根軌跡法）采用了胡壽松老師編寫的《自動控制原理》（科學出版社），后四章（頻率特性分析法、自動控制系統的校正、非線性控制系統的分析方法和線性離散時間控制系統分析）采用了高國燊等老師編寫的《自動控制原理》（華南理工大學出版社）。這兩本教材結合起來較合適教學，教師好教，學生學起來也容易。教材選合適了，不但有利于提高教師的教學效果，更有利于增強學生的學習興趣和學習能動性。

二、優化教學模式

教學過程中重視教師的主導作用和學生的主體地位，廣泛采用多樣化的教學方法：啟發式教學、任務驅動式教學、研討式教學、案例式教學、歸納式教學等，鼓勵學生課前預習，帶著問題有目的性地聽課，鼓勵學生發表自己的見解，調動學生的積極性，提高學習興趣，培養他們分析問題和解決問題的能力。對于課前預習好的學生采取加平時分的措施，沒有預習好的同學不減分，對他們以鼓勵為主。

自動控制系統的分析計算包括定性分析和定量計算。對于定量計算，只要理解了那些計算公式的由來，手工計算相對較簡單，較復雜的計算也可通過MATLAB進行仿真。而對于定性分析，比如考慮系統某個參數變化對系統響應或性能的影響時，對于簡單情況可以把定量的值代入計算公式，得到性能指標值，比較之后可以得到定性分析的結論，對于復雜情況可以采用MATLAB工具軟件，通過改變參數或環節來仿真，直觀觀察該參數或環節對整個系統響應過程的影響，學生對比曲線之后容易發現規律，從而得到定性分析的結果，這種從分析特例得出結論的“歸納式教學法”不失為定性分析的一種較好的手段。關于定性分析，高國燊等老師編寫的《自動控制原理》（華南理工大學出版社）有很多實例，便于學生自學。教師在授課時可以在多媒體課件和該仿真系統之間隨意切換，計算、繪圖可實時演示和顯示。通過這種直觀的教學，學生對新知識的印象深刻，同時避免了課件一晃而過的缺陷，達到較好的教學效果，這樣極大提高了學生的學習興趣，從而使教材中的公式和理論更容易理解和記憶，教學效果明顯改善。

隨著現代教育技術的迅速發展，目前，“自動控制原理”課程大多采用PPT多媒體授課，講解速度加快，這種方式可以解決有限學時內擴充授課容量的問題，但成績較差的學生思維速度緩慢，難以及時消化，這樣并沒有達到提高學習效率、改善教學效果的目的。因此，傳統板書的優點和現代教育技術的優點合理結合才是提高學習效率和教學效果的最優途徑。例如，在講解根軌跡繪制法則和頻域穩定性判據時，雖然手工繪制曲線不如MATLAB繪制的漂亮，但是它能清晰地體現步驟，便于學生加深理解，記憶深刻。

此外，利用學院的網絡教學平臺，可以突破時間和空間的限制，教師把教學資源全部放到網上，使學生能自由地學習與練習、復習，同時教師可以及時跟蹤學生的學習次數，對于有疑問的學生及時給予解答，不僅達到了教師與學生及時交流的目的，也是對學生平時學習情況考核的一種有效手段，同時也能滿足不同層次學生的需求。

三、注重學科之間的聯系

目前一般高校的自動化專業開設了“電路分析”、“模擬電路基礎”、“信號與系統”和“自動控制原理”等課程。雖然這幾門課之間存在一定的交叉，但是合理安排各門課授課內容，既可以避免重復，又可以為后續課做好必要的鋪墊。比如，在“電路分析”這門課程中可以不講授“電路的復頻域分析”和“二階系統的階躍響應和沖激響應”，而是把它放在“信號與系統”中分析和理解。目前有的高校考研科目為“信號與系統”和“電路分析”的綜合專業課，學完“信號與系統”課程的學生發現，很多二階電路分析題目都可以利用“信號與系統”中學的方法來迅速求解。“信號與系統”這門課程中講授“系統的復頻域分析”時，既完善了“電路分析”中未學的部分，又為學習“自動控制原理”的“系統的時域分析”和“系統的頻率特性分析法”打下了必要的基礎。

在做“自動控制原理”硬件實驗的時候，每個實驗都需要學生自己在實驗箱上搭建電路系統。實驗完成后，學生不但掌握了控制系統的分析、設計和相關計算，而且進一步鞏固了模擬電路和電路分析所學的相關知識點及其應用。

因此，教師上專業課或者專業技術基礎課時，不能孤立地教授某一門課，應把所有相關課程緊密有機聯系起來，充分考慮課時安排和所授課內容，才能合理利用課時，盡可能多、盡可能靈活地傳授知識。

四、強化與改善實驗教學

實驗是在理論知識學習基礎上完成的。理論教學與實驗教學相輔相成，實驗促進教學，教學為實驗的實施做必要的理論準備，學生要完成實驗課必修的16課時。為了更好地開展實驗教學，學校設立了開放實驗室。目前開放實驗室內容正在繼續完善中，已有液位控制綜合實驗、溫度控制實驗、步進電機控制實驗、直流電機調速控制實驗、自動供料系統模型等。有濃厚興趣和學有余力的學生可以利用課余時間，以團隊為單位，向實驗中心提出申請，充分利用已有實驗設備，自主地完成一些控制類的課外實驗，這樣既可以獲得選修學分，也增強了動手能力和分析問題、解決問題的能力。這些綜合開放性的實驗為學生將來做畢業設計打下了較好的基礎，鞏固了課堂所學的控制系統分析以及設計的方法。同時，科研能力強的老師帶領學生，以工程為背景，提出不同的設計題目，每個題目由多名學生合作完成，每人承擔不同的任務，每人承擔的工作既獨立又有聯系。在整個設計過程中，學生都能經歷資料查閱、方案的確定、購買元器件和系統制作、軟硬件調試的全過程，遇到問題能互相協商，最后完成設計，真正做到了理論聯系實踐，培養了學生的創新能力，樹立了團隊合作意識，最大限度發揮個人的能力。

五、采取合理的考核方式

課程考核是教學評價的重要手段之一。對學生而言，考核是對其學習效果的一種評價，而這種評價本身是一種積極的激勵機制。為了促進學風建設，激發學生在整個學習過程中都能認真投入到學習中，鼓勵創新，將理論考試總評成績分為平時過程考核成績和卷面考試成績兩部分。平時成績占總分的30%～40%，主要根據考勤、預習情況、課堂表現，學習主動性、作業完成情況、參加各類跟專業相關的科技競賽等情況綜合評定；卷面考試成績占總分的60%～70%，采用AB卷統一命題，主要考核學生掌握基本知識的情況和綜合分析計算能力及創新能力。

六、結束語

筆者總結了多年來講授“自動控制原理”課程的一些教學經驗，提出的新思路、新方法應用于教學實踐中，使得存在的一些問題得到了明顯的改善，可以有效提高學生的學習能動性和教學效果，培養了學生的創新能力和工程實踐能力。在學習理論時，大部分學生的主動性大大提高，能夠做到理解記憶，能綜合運用所學知識分析相關問題；在實驗教學中，學生具有較高的熱情，動手積極性提高，動手能力得到很大改善，真正做到了理論和實踐的有機結合，基本上達到了應用型人才培養的目的。

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（責任編輯：宋秀麗）