《自動控制原理》課程的教學方法探討

【摘要】本文根據對自動控制原理課程多年的教學實踐，從建立教學模塊、課程內容與生活實際相聯系、應用計算機仿真軟件等方面入手，探討了激發學生學習動機、提高教學效果的教學方法。

【關鍵詞】自動控制 教學模塊 課堂教學 計算機仿真

【中圖分類號】G64【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）11-0233-01

《自動控制原理》課程是大學理工科機、電等專業的一門專業基礎課。隨著計算機技術的發展，機械制造工業發展的一個明顯而重要的趨勢是越來越廣泛地引入自動控制。例如，數控機床、工業機器人、電氣液壓伺服系統、機床動態分析、動態測試、鍛壓焊接自動化設備、精密儀器設備等都要用到自動控制的基礎知識，由于該課程系統性較強，分析和計算時需要較多的數學知識，所以學生學習這門課程時感覺枯燥無味、沒有興趣，不容易理解、記憶。怎樣才能調動起學生學習的積極性，學好這門專業基礎課，多年來，我通過對《自動控制原理》課程的教學和研究，從以下4個方面進行了探討，收到了較好的教學效果，在這里和同行共勉。

1.以控制對象為核心，建立相應的教學模塊，激發學生的學習興趣。

對《自動控制原理》課程的教學內容進行仔細分析和研究，將該課程內容分成幾個相互獨立但又有聯系的教學模塊，即建立數學模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻率分析法、控制系統的校正與設計、采樣控制系統、計算機輔助設計等模塊，如圖1所示。每個模塊包含多個教學內容。要讓學生充分了解各個模塊及關系，這樣才能在教與學的過程中順利完成各部分之間的銜接與轉換，從整體上掌握好這門課程。

圖1 自動控制原理各模塊之間的相互關系

2.從緒論入手，分析日常生活中的事例，激發學生的學習動機。

緒論是《自動控制原理》課程的第一課，主要介紹有關自動控制的一般概念、自動控制系統的組成和分類、對控制系統的基本要求及有關自動控制理論的基本情況等，自動控制原理課程的學習對象是大二、大三的學生，他們對自己所學的專業有了一定的了解，對自己將來要從事的職業也有了一定的預期，抓住學生的這種心理，舉幾個來自我們日常生活中的自動控制系統的實際例子使學生認識到學習這門課的重要性和這門課程學習的主要任務，如：電冰箱中的溫度控制就是一個控制系統，當冰箱中的溫度降到某一數值時，壓縮機就停止運行，當冰箱中的溫度升高到一定數值時，壓縮機就啟動。從而控制冰箱中的溫度穩定在一定的范圍內；又比如我們人本身，就是一個完整的控制系統，用手去拿某件東西時，首先是眼睛先看見，將這個信息傳回大腦，然后對該物體的大小、方位和距離等進行判斷，大腦再指揮身體、手臂和手等產生一系列的動作去拿該物體。通過這些事例，使學生對《自動控制原理》課程產生好奇心，主觀上就有了想了解該課程的學習內容和在實際中應用的愿望，這樣，就能帶著強烈的求知欲和濃厚的興趣來學習這門課程。

3.課程教學內容與生活實際相聯系，充分調動學生的學習主動性。

充分調動學生潛在的學習主動性，誘導學生分析問題、解決問題，是加深理解知識的一種有效手段。如講解二階系統的時域響應時，數學模型比較抽象，計算量也大，也難，需要計算的性能指標即上升時間、峰值時間、調節時間、最大超調量等也都不好理解。針對這種情況，我將二階系統與生活實際聯系起來，把二階系統比作某一個人，當他站在某地不動時，突然有一個外力推了一下，很快這個力就消失了，他在這個力的作用下就會左右搖擺，這就相當于是一個二階系統在單位脈沖作用下的響應，若你在原地搖擺幾次后站穩了，則表示該系統是穩定的，否則為不穩定系統，在這里，你搖擺的幅度、次數及持續的時間等就是對應我們上面提到的系統性能指標。不同的人，在相同的外力作用下，搖擺的幅度、次數及持續的時間等是不同的，這就對應不同的系統，因為他們各自的參數不同，性能指標的數據也就不同了。還比如，某人在精神上受到了一個突如其來的打擊，這時他的心情會有波動，隨著時間的推移，在接受這一現實后，心情會逐漸恢復平靜。這突如其來的打擊相當于是一個單位階躍輸入信號，他的心理的波動相當于產生的響應，最后恢復平靜等于是在新的條件下達到了穩定，波動的幅度和時間就可以對應系統性能指標。教師可以在講臺上給同學們作一些相應的示范動作等。通過舉例，活躍了課堂氣氛，使教學內容生活化，讓學生們感覺到學習的內容就在他們的工作生活中，加深了對教學內容的理解，激發了學生對該課程學習的積極性。

4.計算機仿真軟件的運用，創造課堂教學的情景，激發學生學習的情趣。

MATLAB是一種用于科學和工程計算的仿真工具。在自動控制原理課程教學中運用，可以方便學生對抽象知識的理解，達到事倍功半的效果。如某控制系統，其性質不滿足要求時，普遍采用的方法是增加比例—微分—積分即PID控制器，采用哪一種方式，參數怎樣確定，運用傳統的方法進行計算相當繁瑣，應用MATLAB仿真軟件可以很方便，很直觀地得出所需參數和各項性能指標。

總之，《自動控制原理》課程的理論性較強，運算較繁，學習的難度較大，通過以上的教學手段和途徑，充分激發了學生對該課程探究的激情和求知欲望，收到了很好的教學效果。

參考文獻：

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