“自動(dòng)控制原理”教學(xué)改革探索

李明大 劉小河 管萍 劉麗華

摘要：“自動(dòng)控制原理”課程在自動(dòng)化類專業(yè)中占有重要地位。本文從理論性、實(shí)踐性和綜合性幾方面分析了課程的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上針對(duì)本校學(xué)生的實(shí)際情況，采用了嚴(yán)肅課堂紀(jì)律、課后補(bǔ)充擴(kuò)展、學(xué)期中小測(cè)驗(yàn)以及綜合設(shè)計(jì)題小組答辯等方式進(jìn)行了教學(xué)改革與創(chuàng)新嘗試，并進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化專業(yè)；自動(dòng)控制原理；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）16-0112-02

“自動(dòng)控制原理”是自動(dòng)化專業(yè)和電氣工程專業(yè)本科生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課“現(xiàn)代控制理論”、“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”等課程的基礎(chǔ)課，是很多高校控制科學(xué)與工程專業(yè)研究生入學(xué)考試的必考科目，也是“線性系統(tǒng)理論”、“自適應(yīng)控制”、“非線性系統(tǒng)理論”等研究生課程的基礎(chǔ)。自動(dòng)控制原理的基本思想是整個(gè)控制科學(xué)理論體系的基石，同時(shí)也貫穿在自動(dòng)化工程師的整個(gè)職業(yè)生涯中，學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度對(duì)個(gè)人的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃產(chǎn)生重要的影響，也直接關(guān)系到學(xué)生進(jìn)入社會(huì)后所做出的貢獻(xiàn)程度[1，2]。

對(duì)于“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)的重要性，相關(guān)高校給予了高度的重視，通過(guò)有針對(duì)性地自編教材或精選教育部指定教材，由有十年以上教齡的具有豐富教學(xué)一線經(jīng)驗(yàn)的教師擔(dān)任課程的主講教師，制作生動(dòng)的多媒體課件，創(chuàng)建國(guó)家級(jí)、省市級(jí)或校級(jí)精品課程等方式，進(jìn)行了大量的教學(xué)改革探索與實(shí)踐，取得了豐富的教學(xué)研究成果[3-7]。

本文將結(jié)合北京信息科技大學(xué)的實(shí)際情況，分別闡述“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)的特點(diǎn)、改革的必要性以及改革的措施。

一、課程教學(xué)的特點(diǎn)

1.“自動(dòng)控制原理”課程的特點(diǎn)。“自動(dòng)控制原理”是一門理論性很強(qiáng)的課程，基礎(chǔ)數(shù)學(xué)中的微積分、復(fù)變函數(shù)與積分變換等知識(shí)貫穿其中。另外，進(jìn)行控制系統(tǒng)建模時(shí)根據(jù)被控對(duì)象的不同，需要電學(xué)、力學(xué)等物理知識(shí)和電路理論、電機(jī)理論等專業(yè)知識(shí)。在整個(gè)課程體系中，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)與計(jì)算，這些都要求學(xué)生具有較高的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

“自動(dòng)控制原理”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、軍事國(guó)防、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域，具有實(shí)際的工程背景。另外，在國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)調(diào)控、人口計(jì)劃生育等社會(huì)科學(xué)中也體現(xiàn)了本課程的基本思想。所以，如果學(xué)生在學(xué)習(xí)中沒(méi)有對(duì)課程知識(shí)的應(yīng)用有感性的認(rèn)識(shí)，則會(huì)造成理論與實(shí)際的脫節(jié)。

“自動(dòng)控制原理”也是一門綜合性的課程，既要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)能進(jìn)行數(shù)學(xué)分析和計(jì)算，又要求學(xué)生具有一定的自主設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的能力。同時(shí)，課程大量使用圖形與計(jì)算相結(jié)合的方法，也要求學(xué)生具有一定的繪圖能力。

2.學(xué)生的實(shí)際情況。目前，北京信息科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)在北京以及全國(guó)大部分省份是本科一批招生，只在個(gè)別省份是本科二批招生，所以可以保證生源質(zhì)量。但由于北京市的一本錄取率較其他省份高很多，所以北京的生源質(zhì)量不如其他省份高。又由于生源地為北京的學(xué)生普遍沒(méi)有找工作的壓力以及讀研究生深造的想法，所以大學(xué)期間學(xué)習(xí)的積極性不高，對(duì)未來(lái)沒(méi)有危機(jī)感，在一定程度上影響了整個(gè)專業(yè)的學(xué)習(xí)氛圍。

二、教學(xué)改革的必要性

鑒于以上特點(diǎn)與問(wèn)題，如果采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行教學(xué)，不可避免會(huì)造成學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)效果不好，只靠期末考試前突擊復(fù)習(xí)的后果。因此，為了使學(xué)生較好的掌握“自動(dòng)控制原理”的知識(shí)，為以后的職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為更好地解決教學(xué)環(huán)節(jié)的相關(guān)問(wèn)題，必須進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐。

三、教學(xué)改革的措施

圍繞“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)，北京信息科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院進(jìn)行了一些教學(xué)改革嘗試。

1.嚴(yán)肅課堂教學(xué)紀(jì)律。針對(duì)部分學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、課堂出勤率低的問(wèn)題，采取了嚴(yán)格的課堂考勤制度，把關(guān)請(qǐng)假情況，并執(zhí)行缺勤時(shí)間超過(guò)總課時(shí)的三分之一即沒(méi)有考試資格的規(guī)定，嚴(yán)厲打擊各種曠課、遲到、早退的現(xiàn)象。對(duì)上課時(shí)學(xué)生不專心聽講玩手機(jī)的學(xué)生進(jìn)行及時(shí)提醒，必要時(shí)暫時(shí)沒(méi)收手機(jī)。

2.課后補(bǔ)充擴(kuò)展。對(duì)于基礎(chǔ)好、學(xué)有余力、渴望繼續(xù)深造的同學(xué)，在課后安排額外時(shí)間補(bǔ)充Matlab/Simulink控制系統(tǒng)仿真方面的知識(shí)，讓這部分同學(xué)在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)編程仿真的方式進(jìn)一步學(xué)會(huì)控制系統(tǒng)的分析與控制器設(shè)計(jì)。利用微信等新型通訊方式進(jìn)行靈活的答疑以及常見(jiàn)問(wèn)題的講解，使得學(xué)生有問(wèn)題可以及時(shí)詢問(wèn)，進(jìn)而得到解答。

3.學(xué)期中小測(cè)驗(yàn)。由于“自動(dòng)控制原理”課程學(xué)時(shí)很多，包括實(shí)驗(yàn)共90個(gè)學(xué)時(shí)，課程涉及到的知識(shí)點(diǎn)多，彼此有一定關(guān)聯(lián)卻又能自成體系。為督促學(xué)生能及時(shí)地進(jìn)行階段性的復(fù)習(xí)，不至于將所有復(fù)習(xí)工作都堆在期末考試前，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中安排兩次小測(cè)驗(yàn)。采用開卷考試的形式，在課后進(jìn)行習(xí)題的簡(jiǎn)單講解，并且給學(xué)生分發(fā)詳細(xì)的習(xí)題解答，督促學(xué)生能在階段性的學(xué)習(xí)之后及時(shí)地復(fù)習(xí)，并使得學(xué)生在作業(yè)題的基礎(chǔ)上有更多的題型可以用作期末考試復(fù)習(xí)材料。

4.綜合設(shè)計(jì)題小組答辯。在批改學(xué)生作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)抄襲作業(yè)的現(xiàn)象較嚴(yán)重，為督促學(xué)生獨(dú)立完成作業(yè)，在學(xué)期中段安排綜合設(shè)計(jì)題小組答辯的環(huán)節(jié)。提前兩周布置綜合設(shè)計(jì)題題目，要求用理論分析和Matlab/Simulink編程的方式進(jìn)行控制系統(tǒng)分析以及控制器設(shè)計(jì)。2～3名學(xué)生一組，每個(gè)小組選一名學(xué)生進(jìn)行3～5分鐘的講解，之后所有小組成員回答問(wèn)題，對(duì)小組全體以及每個(gè)成員進(jìn)行打分。最終從全部小組中選出3～4個(gè)優(yōu)秀的小組在課堂上進(jìn)行講解，教師和全體學(xué)生提問(wèn)，并且教師就過(guò)程中學(xué)生遇到的問(wèn)題和不足進(jìn)行講解，通過(guò)對(duì)優(yōu)秀小組學(xué)生適當(dāng)加分的方式對(duì)其進(jìn)行激勵(lì)。

四、教學(xué)改革的效果

比較近幾年自動(dòng)化專業(yè)5個(gè)班近150名學(xué)生的期末考試成績(jī)，在考題難度基本不變的前提下，平均分有穩(wěn)步的提高，尤其是在90～100分?jǐn)?shù)段區(qū)間內(nèi)，學(xué)生人數(shù)從無(wú)到有，并且有逐漸增加的趨勢(shì)，而50～59分?jǐn)?shù)段內(nèi)的學(xué)生人數(shù)逐年減少。顯然，通過(guò)新式的教學(xué)改革嘗試，對(duì)專業(yè)興趣濃厚、學(xué)有余力的學(xué)生能更加扎實(shí)地掌握課程所學(xué)內(nèi)容，并且能進(jìn)行靈活運(yùn)用。與此同時(shí)調(diào)動(dòng)了興趣不足的學(xué)生的積極性，并幫助學(xué)習(xí)吃力的學(xué)生達(dá)到課程要求。在后續(xù)的教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)中，也能明顯地感覺(jué)到學(xué)生在“自動(dòng)控制原理”課程上打下的基礎(chǔ)并發(fā)揮著積極作用。

五、結(jié)語(yǔ)

“自動(dòng)控制原理”課程是自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程知識(shí)點(diǎn)多，理論與實(shí)際相結(jié)合，學(xué)生學(xué)起來(lái)有一定的難度，所以針對(duì)北京信息科技大學(xué)的實(shí)際情況開展了一系列教學(xué)改革措施。在課程開始階段給學(xué)生打好預(yù)防針，在課程中間階段及時(shí)地督促學(xué)生，使學(xué)生有一種緊迫的危機(jī)感。這樣在課程臨近結(jié)束的時(shí)候?qū)W生才能較好地掌握基本知識(shí)，順利地通過(guò)期末考試。只有緊追時(shí)代的腳步，通過(guò)教學(xué)改革與創(chuàng)新因材施教，牢牢把握學(xué)生觀念思想的變化，才能進(jìn)一步提高“自動(dòng)控制原理”的教學(xué)質(zhì)量。

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