“自動控制原理”課程教學研究與實踐

摘 要： 針對“自動控制原理”內容多和理論性強的特點，在進一步明確本課程的教學內容和學時分配的基礎上，本文從教學方法和教學設計兩個方面對“自動控制原理”課程教學進行了研究和實踐，實踐表明通過對“自動控制原理”課堂的教學改革，達到了很好的教學效果。

關鍵詞： “自動控制原理” 教學內容 學時分配 教學方法 教學設計

“自動控制原理”是電子信息科學與技術專業的一門重要專業基礎課程。它側重于理論角度，系統闡述了自動控制科學和技術領域的基本概念和基本規律，介紹了自動控制技術從建模分析到應用設計的各種思想和方法，內容十分豐富。通過自動控制理論教學，學生全面系統地掌握自動控制技術領域的基本概念、基本規律和基本分析與設計方法，以便將來勝任實際工作，具有從事相關工程和技術工作的基本素質，同時具有一定的分析和解決有關自動控制實際問題的能力。

本課程是電子通信工程、機電一體化、包裝工程等工科和理科專業的必修基礎課程。通過本課程的學習，學生將初步掌握自動控制的基礎理論，并具有對簡單連續系統進行定性分析、定量估算和初步設計的能力，進而為專業課程的學習和參加控制工程實踐打下必要基礎（方曉柯，2008）[1]。

1.教學內容研究

本課程的教學內容重點應放在以下方面：

（1）自動控制的概念、基本控制方式及特點和對控制系統性能的基本要求。

（2）典型環節的傳遞函數、結構圖化簡或梅森公式及控制系統傳遞函數的建立和表示方法、小偏差線性化方法和通過機理分析建立數學模型的方法。

（3）暫態性能指標、勞思判據、穩態誤差、終值定理、穩定性的概念及利用這些概念對二階系統性能的分析、高階系統分析方法和主導極點的概念。

（4）根軌跡的概念和繪制法則，并能利用根軌跡對系統性能進行分析、偶極子的概念及添加零極點對系統性能的影響。

（5）頻率特性的概念、開環系統頻率特性Nyquist圖和Bode圖的畫法和奈氏判據。絕對穩定系統、條件穩定系統、最小相位系統、非最小相位系統、穩定裕量、頻域性能指標的概念和頻率特性與系統性能的關系。

（6）校正的基本概念、基本校正方式和反饋校正的作用、復合校正的概念和以串聯校正為主的頻率響應綜合法、串聯校正為主的根軌跡綜合法和常用校正裝置及其作用。

為使學生更好地學習和掌握自動控制原理這門課程，依據學校制定的教學大綱，結合自己在日常教學中的經驗和我校學生的基本情況，現將本課程的教學內容和學時安排如下，見表1所示，學時共計72學時見下表。

表 “自動控制原理”課程教學內容及學時分配

2.教學方法研究

“自動控制原理”為我校物理與電子科學系應用物理學和電氣工程及其自動化這兩個本科專業的必修課程，目前校內每年學習這門課程的學生人數在100人左右；在日常教學過程中，我們重視對學生的啟發與引導，鉆研教學教法，不斷改革與創新，采用多種行之有效的教學方法和手段，并取得良好的教學效果。

2.1啟發—引導式課堂教學

課堂教學的目的是啟發學生積極主動地建構知識，引導學生分析、解決問題（閻金鐸，2009）[3]。例如，在講解典型環節的傳遞函數和結構圖化簡時，可以先啟發學生根據自己的思路化簡結構圖，求出傳遞函數，然后引導學生根據書本上的規則進行結構圖化簡。在啟發、引導學生建構知識的過程中，教師必須對所教知識本身及其來龍去脈、認識方法有清楚的認識；必須研究學生的認知規律，進而使知識的傳授過程符合學生的認知規律。這一教學模式分為以下幾步：

首先，要激發學生學習新知識的動機。

其次，要引導學生獲得豐富的感性認識，這是學生進行下一步思維加工必不可少的基礎。

第三，要引導學生的思維加工過程，進行分析、推理，然后表述認識的結果，建立概念，總結規律。

第四，要讓學生學會運用新知識解決問題。

最后，要讓學生鞏固新知識，將新知識與已有知識建立聯系，納入自己的認知結構體系。

通過運用這一教學模式，一方面教師要積極研究教學內容，找出教學內容的內在邏輯，另一方面要分析、掌握學生的認知規律與心理活動，進而將二者有機結合。

2.2自學-討論式課堂教學

課堂教學的目的除了使學生學習新知識外，更重要的是使學生學會學習。教師指導學生以知識為載體，搜集資料、閱讀理解、表達交流，從而深化對知識的理解（李振龍等，2009）[2]。例如，在講解根軌跡的概念和繪制法則時，可以讓學生先自學根軌跡的繪制法則，并給出例題讓學生自行繪制根軌跡，然后進行課堂討論，根軌跡繪制究竟應該怎么畫，要遵循怎樣的繪制原則，并且這些繪制原則之間的順序與關系是怎樣的，討論出結果之后，教師再根據這些原則畫出之前讓學生自行繪制的例題，讓學生與自己繪制的根軌跡作對比，然后發現自己哪里畫得不對，為什么不對，是漏掉或者弄錯了哪條繪制原則。

使用自學—討論式課堂教學，主題的選取非常重要，在教學前教師就要進行深入研究，選取適合學生自學的主題。自學之后每個學生獨立完成一個任務，之后就完成的任務進行成果交流與討論，最后師生共同梳理自學的內容，達成完整、準確的共識，最后形成結論。

2.3探究式課堂教學

探究式課堂教學的目的是強調學生真實的研究經歷，讓學生參與探究活動，發現問題、提出猜想、交流論證，得出結論。例如，在講解校正的基本概念、基本校正方式時，可以讓學生先分析為什么需要對系統進行校正，并且探究可以采用何種方式進行校正，提出猜想或假設，然后設計校正方案，分析論證方案的正確性與可行性，最后得出結論。在實際的課堂實踐中，大部分的學生雖然沒有探究出合理的校正方法，但是通過這種教學方式不僅發散了學生的思維，而且使學生對正確的校正方式印象深刻。

3.教學設計研究

本課程的教學設計主要包括以下幾個方面：

3.1制定教學目標。

3.2分析教學內容。

3.3分析學生和教學環境。對學生的分析包括以下方面：學生原有知識、技能，學生對教學內容的了解，學生對教學內容和多媒體的態度，學生的興趣，學生對教師的態度，學生以前的學習成就和能力層次，學生的一般學習方式，學生的總體特征，等等。學生的學習過程是通過運用已有知識解釋所學內容進而建構新知識的過程。基于他們本身的經驗，學生對教學內容和教學方式會有一定看法，他們可能對教學內容不感興趣或者不喜歡教學所使用的教學方式。只有提前了解他們對學習內容的態度及對教學方式的期望，才能據此設計相應的教學方式和教學手段，啟發引導學生，激發他們的學習興趣和求知欲望。譬如，講解對控制系統性能的基本要求時，引用現實中電阻爐溫控制系統、飛機自動駕駛儀系統等作為實例，講清楚為什么控制系統的性能需要滿足穩、快、準的要求，達到良好的效果。

3.4選擇具體教學模式、方法和策略。

3.5利用教學資源。利用學校的多媒體資源，結合板書，進行教學。并幫助學生安裝MATLAB仿真軟件進行部分習題的仿真。

3.6制定測評方法。對每一章的作業進行認真的批改，每次批改完之后總結學生易錯的題目是哪些，為什么學生在這些題目上出錯，學生是哪一部分的內容沒有掌握，以便復習的時候對這部分內容進行詳細講解。

3.7教學反思和修改。在教學過程中不斷進行反思，并根據學生的反饋信息不斷修改自己的教學內容和教學方法，以期實現教學系統的整體優化。

4.結語

“自動控制原理”是控制理論與控制工程專業的主干和必修課程，在我國的生產制造業中應用比較廣泛，尤其在工業控制領域得到廣泛應用與推廣。本文在研究課程教學內容和學時分配的基礎上，從課堂教學方法、課堂教學設計方面對本課程的教學理論與實踐進行了研究，實踐結果表明，本課程的教學內容安排是合理的，教學方法和教學設計也取得了良好效果。“自動控制原理”是一門理論性與實踐性都很強的課，要想上好這門課，必須對教學內容、教學方法、教學設計進行更深入的研究。

參考文獻：

[1]方曉柯，王建輝，鄭艷，等.《自動控制原理》教學改革的探索與實踐[J].教育實踐研究，2008，（11）：101-102.

[2]李振龍，喬俊飛，孫亮，等.自動控制原理課程體系結構和教學方法探討[J].教學研究，2009，32（2）：66-68，72.

[3]閻金鐸，郭玉英.中學物理教學概論[M].北京：高等教育出版社，2009.

基金項目：貴州省教育廳高校優秀科技創新人才支持計劃項目，黔教合KY[2013]146。