“自動(dòng)控制原理”課程多方位教學(xué)改革與實(shí)踐

摘要：以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，針對(duì)“自動(dòng)控制原理”課程在多個(gè)不同專業(yè)教學(xué)的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、教材、考核方式以及試題等方面進(jìn)行多方位教學(xué)改革與創(chuàng)新嘗試，旨在提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型人才；自動(dòng)控制原理；多方位教學(xué)改革

作者簡介：梁春輝（1977-），女，遼寧阜新人，長春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，講師。（吉林 長春 130012）

基金項(xiàng)目：本文系吉林省教育廳教育教學(xué)研究課題、吉林省教育教學(xué)研究會(huì)教學(xué)研究課題、長春工程學(xué)院重點(diǎn)教學(xué)改革課題的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）35-0083-02

“自動(dòng)控制原理”課程是長春工程學(xué)院及吉林省優(yōu)秀課和精品課，是包括自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息、建筑與電氣、機(jī)電工程等多個(gè)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)起著承接作用。該課程理論性較強(qiáng)，涉及到高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)等數(shù)理知識(shí)，內(nèi)容比較抽象。教材中的例題也會(huì)以電機(jī)、電路等實(shí)際問題為背景，所以各專業(yè)本科生來說都有一定的難度。教師在教學(xué)過程中也會(huì)面臨涉及知識(shí)面廣、信息量大、內(nèi)容更新快等問題，存在教師“難教”的問題，傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以滿足要求。所以有必要對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革，提高學(xué)生對(duì)課程的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。長春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院“自動(dòng)控制原理”課程組從以下幾個(gè)方面對(duì)該課程進(jìn)行多方位的改革與創(chuàng)新。

一、根據(jù)具體情況選取不同教材

根據(jù)“自動(dòng)控制原理”課程對(duì)各個(gè)專業(yè)后續(xù)課所起的作用，大綱里對(duì)學(xué)時(shí)的要求也有不同，所以教師選取教材時(shí)應(yīng)考慮滿足多方面的需求。自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)都是56學(xué)時(shí)，需要學(xué)生掌握一定的理論深度，還要涉及到控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，所以選擇科學(xué)出版社普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材《自動(dòng)控制原理（第五版）》。該教材比較全面地闡述了自動(dòng)控制的基本理論與應(yīng)用，還包含用MATLAB軟件仿真的部分。而對(duì)電子信息、機(jī)電工程等專業(yè)等只有42學(xué)時(shí)，則選取上述教材的簡明教程，足以深入淺出地讓學(xué)生理解和學(xué)習(xí)。在長期的教學(xué)過程中，課題組老師又根據(jù)多年的積累和經(jīng)驗(yàn)，專門針對(duì)本校學(xué)生的特點(diǎn)，借鑒其他優(yōu)秀教材的優(yōu)點(diǎn)組織自編教材并使用，也收到了一定的效果。

二、教學(xué)內(nèi)容的改革

1.補(bǔ)充重要的先修課程

在講述第二章數(shù)學(xué)模型過程中，求解線性定常微分方程以及微分方程變換成傳遞函數(shù)都要用到拉普拉斯反變換。而這一部分是很多專業(yè)在復(fù)變函數(shù)課程中作為選修內(nèi)容學(xué)習(xí)的，所以為了讓學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)模型，專門用近兩課時(shí)的時(shí)間來復(fù)習(xí)拉普拉斯反變換的計(jì)算方法。

而現(xiàn)代控制部分涉及到大量的線性代數(shù)，也會(huì)在課前以及授課過程中給學(xué)生適當(dāng)補(bǔ)充行列式和矩陣等數(shù)學(xué)知識(shí)。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)的過程中就會(huì)相對(duì)輕松容易。

2.根據(jù)不同情況適當(dāng)刪減

《自動(dòng)控制原理》第六章是控制系統(tǒng)的校正，屬于系統(tǒng)分析的逆問題。光靠課堂上的理論講解學(xué)生會(huì)覺得很抽象，并且對(duì)于某一個(gè)具體問題的理解和計(jì)算會(huì)存在不唯一性，所以將這部分內(nèi)容適當(dāng)刪減和改革。對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，除了基本概念外，會(huì)稍詳細(xì)地講授串聯(lián)校正和反饋校正，以便對(duì)后續(xù)課程“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”有一定的啟發(fā)作用。而其他專業(yè)，只用1～2個(gè)學(xué)時(shí)介紹系統(tǒng)校正的基本概念。另外每一章后面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，都留給感興趣的學(xué)生自學(xué)，同時(shí)也作為實(shí)驗(yàn)的參考資料，這樣就可以把節(jié)省下來的課時(shí)安排到其他重要的章節(jié)上。

3.總結(jié)出簡單的方法

《自動(dòng)控制原理》第五章內(nèi)容是線性系統(tǒng)頻域分析法，是整個(gè)經(jīng)典控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。科學(xué)出版社《自動(dòng)控制原理（第五版）》教材中對(duì)這部分的描述又非常抽象和跳躍，因此第五章的教學(xué)也就成了教師最頭疼的事情。課題組各位老師反復(fù)研究教學(xué)過程中存在的問題，廣泛閱讀其他教材和參考書上的方法，同時(shí)積累多年教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套簡單易懂的教學(xué)方法。比如在講授線性系統(tǒng)開環(huán)幅相曲線的繪制方法時(shí)，不是按照書上的方法，而是嚴(yán)格按照低頻段（）、中頻段（分別求出與實(shí)軸和虛軸交點(diǎn)）、高頻段（）三個(gè)步驟，學(xué)生很容易理解。

在講授頻率域穩(wěn)定判據(jù)時(shí)，筆者少講其他數(shù)學(xué)知識(shí)，總結(jié)出以下步驟：繪制開環(huán)幅相曲線，并根據(jù)積分環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)補(bǔ)畫大圓弧，得到奈奎斯特曲線；根據(jù)上述曲線找到和，并計(jì)算；根據(jù)已知的開環(huán)傳遞函數(shù)找到P，并計(jì)算；根據(jù)Z得出穩(wěn)定性結(jié)論。這樣學(xué)生會(huì)覺得非常有條理，解題容易。

三、考核方式的改革

較早時(shí)候“自動(dòng)控制原理”課程的考核方式是平時(shí)成績20%，這其中還包括實(shí)驗(yàn)和作業(yè)，期末成績80%，這樣容易產(chǎn)生一次考試定乾坤的狀況。所以平時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)考核，逐漸增加平時(shí)成績的比例。平時(shí)成績包括考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、期中考試，應(yīng)該首先增加到30%。這樣在一定程度上可以減少個(gè)別學(xué)生平時(shí)不努力卻想通過作弊等方式蒙混過關(guān)的現(xiàn)象。教師在教學(xué)過程中對(duì)于平時(shí)的考勤和作業(yè)都嚴(yán)格要求，每次課都考勤，并與各班班長和課代表保持溝通，了解每個(gè)學(xué)生的具體情況。

2012年長春工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)獲得教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”教育改革試點(diǎn)項(xiàng)目專業(yè)。“自動(dòng)控制原理”課程改革應(yīng)在加強(qiáng)教育和行業(yè)、學(xué)校和企業(yè)的密切合作的前提下，在有限的教學(xué)課時(shí)中，注重理論知識(shí)的工程背景和應(yīng)用，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，努力為企業(yè)造就適應(yīng)其發(fā)展及需要的優(yōu)秀工程師。卓越班的考核方式進(jìn)一步改革，平時(shí)成績和期末考試成績各占50%。除了進(jìn)一步加強(qiáng)平時(shí)的考勤、實(shí)驗(yàn)等，考慮到系統(tǒng)校正問題存在不唯一性，把這一章考核方式改為大作業(yè)。以小型課程設(shè)計(jì)出現(xiàn)，讓學(xué)生能根據(jù)簡單的參數(shù)設(shè)計(jì)出一個(gè)控制系統(tǒng)。另外實(shí)驗(yàn)部分加入matlab仿真，除了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬操作外，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都要求用matlab軟件仿真驗(yàn)證。表1列出了近幾年對(duì)該課程的考核方式變化情況，這樣也提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，在近兩年的教學(xué)過程中，收到了較好的效果。

四、試卷的改革

1.出題方式的改革

《自動(dòng)控制原理》經(jīng)典控制部分共有8章內(nèi)容，除了第一章主要是概念，其他各章都涉及到計(jì)算、分析、畫圖、綜合應(yīng)用等問題。所以試卷命題存在范圍廣、分散性大、難易度不容易掌握等特點(diǎn)。

2007年學(xué)校參加教育部高等教育教學(xué)評(píng)估期間，課題組統(tǒng)一建立了《自動(dòng)控制原理》多達(dá)幾十套的試題庫，授課教師在不知道試題的情況下教學(xué)，避免了老師漏題、學(xué)生套題的現(xiàn)象。后來課題組根據(jù)情況進(jìn)行題庫更新，保證不出現(xiàn)重復(fù)試題。

2.試題內(nèi)容的改革

長春工程學(xué)院傳統(tǒng)的命題方法是概念題（10分左右）加上多個(gè)綜合題（90分左右）。這樣對(duì)于成績好的學(xué)生會(huì)覺得很容易，而對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生則完全摸不著頭緒，所以考試成績往往出現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象。并且每個(gè)專業(yè)都是老師自己命題，課題組成員較少互相溝通。近兩年來對(duì)試題內(nèi)容進(jìn)行了全方位改革，教師認(rèn)真研究大綱的知識(shí)點(diǎn)要求，所出試題模式涵蓋了填空、選擇、畫圖、計(jì)算和綜合題等多種題型，并涉及到大綱里要求的每一章的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，主觀題和客觀題各占一定比例，對(duì)學(xué)生也是一種全面的考核。通過兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，考試成績兩極分化的現(xiàn)象明顯降低，收到了一定效果。

五、結(jié)論

本文從教學(xué)內(nèi)容、教材、考核方式以及試題等多方位介紹了“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)改革的情況以及實(shí)踐的效果。隨著計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代科學(xué)計(jì)算的發(fā)展，“自動(dòng)控制原理”在自動(dòng)化等電類專業(yè)中的地位越來越重要，必須進(jìn)一步加強(qiáng)該課程的教學(xué)改革，更新和完善教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，將“自動(dòng)控制原理”的教學(xué)改革推向一個(gè)新的高度。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：王意琴）