《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)方法的改進(jìn)

于新剛

摘 要：本文針對(duì)《自動(dòng)控制原理》課程的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)以及教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，分析了問題產(chǎn)生的原因，提出了解決問題的五個(gè)方面改進(jìn)建議，希望能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理；問題；教學(xué)方法

自動(dòng)控制技術(shù)[1]在當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)和生活中已經(jīng)無處不在，極大了提高了生產(chǎn)效率，改善和提高了人民群眾的生活水平。例如化工生產(chǎn)過程中的溫度、壓力等是靠自動(dòng)控制系統(tǒng)來控制的；生活中洗衣機(jī)、空調(diào)、廁所里的水箱水位等也是依靠自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。自動(dòng)控制學(xué)是研究自動(dòng)控制技術(shù)共同規(guī)律的理論性很強(qiáng)兼有實(shí)踐性的技術(shù)科學(xué)。美國著名的控制論創(chuàng)始人維納在1948年發(fā)表了《控制論——關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》一書，形成了完整的控制理論體系——以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，主要是研究線性定常系統(tǒng)的單輸入單輸出（SISO）的分析和設(shè)計(jì)。本課程《自動(dòng)控制原理》教學(xué)內(nèi)容主要是經(jīng)典控制理論，包括控制系統(tǒng)模型、線性系統(tǒng)時(shí)域分析法、線性系統(tǒng)根軌跡法、線性系統(tǒng)頻域分析法以及線性系統(tǒng)的校正方法。《自動(dòng)控制理論》課程是一門理論性和系統(tǒng)性很強(qiáng)、基礎(chǔ)知識(shí)面很廣的專業(yè)基礎(chǔ)課程。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要理解新的概念、原理和掌握控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的分析和設(shè)計(jì)方法[2]。因此學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)習(xí)困難較大，學(xué)習(xí)效果不佳。以我院15級(jí)測(cè)控專業(yè)某班為例，全班共計(jì)44人，2017-2018第二學(xué)期期末考試卷面成績(jī)有23人不及格，及格率僅為47.7%，超過一半的人學(xué)習(xí)成績(jī)不達(dá)標(biāo)。本文針對(duì)在整個(gè)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，提出了一些在教學(xué)和學(xué)習(xí)方法[3-5]上的改進(jìn)建議，以期提高教學(xué)質(zhì)量。

一、加強(qiáng)學(xué)生《自動(dòng)控制原理》課程相關(guān)前備基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)

在學(xué)習(xí)《自動(dòng)控制原理》課程之前，學(xué)生應(yīng)掌握基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，如《高等數(shù)學(xué)》、《復(fù)變函數(shù)》、《物理》、《電路原理》、《模擬電路》、《計(jì)算機(jī)組成》、《理論力學(xué)》等。而這些基礎(chǔ)學(xué)習(xí)難度比較大，理論水平也很深。經(jīng)過與該班學(xué)生溝通，一大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)這些基礎(chǔ)課程的時(shí)候智能勉強(qiáng)通過考試，掌握知識(shí)很不扎實(shí)。而這些基礎(chǔ)課程對(duì)于學(xué)習(xí)《自動(dòng)控制原理》又很重要，起到基礎(chǔ)性功能。因此有必要加強(qiáng)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，為后續(xù)《自動(dòng)控制原理》課程的順利學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。同時(shí)，作為任課老師可以有重點(diǎn)的輔助學(xué)生回憶、復(fù)習(xí)《自動(dòng)控制原理》需要的基礎(chǔ)課程知識(shí)點(diǎn)和章節(jié)。

二、教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生做好預(yù)習(xí)，提倡學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的習(xí)慣

做好預(yù)習(xí)、養(yǎng)成自學(xué)的學(xué)習(xí)習(xí)慣是提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的良策。但是有很多學(xué)生懶于甚至于厭惡做此項(xiàng)。因此教師有必要有針對(duì)性的引導(dǎo)學(xué)生。例如，以控制系統(tǒng)時(shí)域數(shù)學(xué)模型為例。在該章節(jié)中研究由電阻、電感和電容組成的無源網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型。教師可以指導(dǎo)學(xué)生做好熟悉《電路原理》中無源網(wǎng)絡(luò)和《高等數(shù)學(xué)》中齊次微分方程求解等知識(shí)點(diǎn)的提前預(yù)習(xí)，并且在教授知識(shí)點(diǎn)前可以隨機(jī)檢查學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué)情況。學(xué)生如能下足功夫做好預(yù)習(xí)，教授新的知識(shí)將會(huì)事半功倍。課后溫習(xí)新的教學(xué)內(nèi)容也可作為教師課堂上抽查內(nèi)容。同時(shí)不做好課后復(fù)習(xí)，僅靠課堂上的學(xué)習(xí)很難熟練掌握和理解新的知識(shí)內(nèi)容。對(duì)自學(xué)的學(xué)習(xí)方法，教師應(yīng)該起到指導(dǎo)性作用，教授學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和理解相關(guān)內(nèi)容，并學(xué)會(huì)分析和解決問題的能力。滿堂灌式教學(xué)方法只能被動(dòng)接受知識(shí)，這樣的教學(xué)效果往往不理想，因此培養(yǎng)學(xué)生自主的主動(dòng)性學(xué)習(xí)習(xí)慣和方法勢(shì)在必行。

三、加強(qiáng)教學(xué)管理工作

對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程嚴(yán)格要求，加強(qiáng)教學(xué)管理工作，促成良好的課堂紀(jì)律和氛圍。正式上課前由該班班長(zhǎng)負(fù)責(zé)收拾手機(jī)，集中存放。根據(jù)課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度給予獎(jiǎng)懲，記入平時(shí)分考核。針對(duì)某些學(xué)生抄襲作業(yè)的情況，首先與學(xué)生約談溝通，詢問抄襲作業(yè)原因，例如是因?yàn)椴粫?huì)做、不想做、來不及做還是忘了做。了解原因、對(duì)癥下藥，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立完成作業(yè)。能夠及時(shí)改正的學(xué)生應(yīng)及時(shí)表揚(yáng)，并將作業(yè)情況核算為平時(shí)分記入綜合成績(jī)。

四、提高教師教學(xué)和業(yè)務(wù)水平

任課教師應(yīng)認(rèn)真研究消化教材，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的概念、原理和方法掌握到位，將整個(gè)課程知識(shí)體系做到心中有數(shù)，能夠融會(huì)貫通，并且能夠以合適的教學(xué)方法教授學(xué)生。例如講解二階系統(tǒng)時(shí)域單位階躍響應(yīng)，根據(jù)二階系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)在復(fù)平面坐標(biāo)系中的不同位置分布，結(jié)合單位階躍響應(yīng)輸出函數(shù)表達(dá)式，教師應(yīng)能指出兩者的內(nèi)在聯(lián)系，指出響應(yīng)曲線樣式及其特點(diǎn)。在教學(xué)中，采用了研究典型問題、過程圖形化的方法，使學(xué)生更易于理解和掌握知識(shí)點(diǎn)。例如教材（胡壽松所著《自動(dòng)控制原理（第六版）》）P172習(xí)題4-2，根據(jù)開環(huán)零極點(diǎn)分布繪出閉環(huán)根軌跡。這一典型題目覆蓋了繪制根軌跡規(guī)則的所有內(nèi)容，題目既簡(jiǎn)單考核知識(shí)點(diǎn)又全面。針對(duì)該題目，課堂上采用集體討論，每一位學(xué)生都參與的方式，讓每一位學(xué)生都能熟練掌握本知識(shí)點(diǎn)。此外，課后作業(yè)在精而不在多，要求布置的作業(yè)覆蓋教學(xué)內(nèi)容且具有典型性，不搞題海戰(zhàn)術(shù)，要求學(xué)生獨(dú)立完成、按時(shí)上交，結(jié)合作業(yè)出現(xiàn)問題及時(shí)糾正錯(cuò)誤。此外，課下積極和學(xué)生交互溝通，安排答疑課解答疑難。

五、重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

《自動(dòng)控制原理》課程兼有理論性和工程性的特點(diǎn)，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，本課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是驗(yàn)證抽象的理論結(jié)論正確性和可重復(fù)性的唯一手段。實(shí)驗(yàn)可以鞏固和加深理解學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)，因此必須重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)[6]。另外實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)還可以提升學(xué)生動(dòng)手能力、分析和解決實(shí)際問題的能力。本課程實(shí)驗(yàn)包括MATLAB軟件仿真和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。例如學(xué)生利用MATLAB軟件做出二階系統(tǒng)在不同阻尼比下參數(shù)的階躍響應(yīng)仿真曲線，再根據(jù)阻尼比，選擇RLC參數(shù)，搭建RLC二階電路實(shí)際測(cè)試輸出曲線，以驗(yàn)證仿真曲線和實(shí)際輸出是否一致。實(shí)驗(yàn)過程中，提倡學(xué)生自主選擇參數(shù)，教師不干預(yù)，不強(qiáng)制設(shè)定參數(shù)，學(xué)生可以自由嘗試和選擇。完成實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)后，學(xué)生須認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)，寫出實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題和體會(huì)，以加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解。針對(duì)部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)缺乏興趣，懶于動(dòng)手，甚至他人幫做，抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況，一方面教師在實(shí)驗(yàn)過程中加強(qiáng)監(jiān)管，鼓勵(lì)學(xué)生自己獨(dú)立動(dòng)手、挑戰(zhàn)自我，同時(shí)可以延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間；另外將每組實(shí)驗(yàn)人數(shù)定位2人，避免濫竽充數(shù)的情況出現(xiàn)。有雷同實(shí)驗(yàn)報(bào)告的學(xué)生，提出批評(píng)和警告且酌情減少實(shí)驗(yàn)成績(jī)。總之，通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作讓學(xué)生體會(huì)到動(dòng)手的樂趣和成就感，進(jìn)而鞏固所學(xué)理論知識(shí)。

本文針對(duì)測(cè)控專業(yè)151級(jí)某班在《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，分別在《自動(dòng)控制原理》課程相關(guān)基礎(chǔ)課程、教學(xué)前自學(xué)、教學(xué)管理、教師教學(xué)能力和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等五方面提出了改進(jìn)教學(xué)方法的建議。目的在于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，達(dá)到改善教學(xué)質(zhì)量。因樣本數(shù)并不大，難免有管中窺豹之嫌，希望本文能起到拋磚引玉的作用。另外本課程采用教材為胡壽松所著《自動(dòng)控制原理（第六版）》，該教材為國家級(jí)規(guī)劃教材，知識(shí)點(diǎn)全面，內(nèi)容詳盡，但是針對(duì)測(cè)控專業(yè)須依據(jù)教學(xué)大綱對(duì)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)做一定調(diào)整，本文尚未對(duì)此方面做出研究，這也是后續(xù)教學(xué)工作中需要努力改進(jìn)的方向。

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