《自動控制原理》的“雨課堂”教學設計探討

生 寧,朱云云

(1.青島科技大學 自動化與電子工程學院,山東 青島 266000;2.青島晨宇環保科技有限公司，山東 青島 266000)

自動控制原理是工科類專業一門非常重要的基礎課程，課程的教學目標：介紹自動控制原理的基本概念、基本分析方法和設計方法，以及時域分析方法、根軌跡分析設計方法和頻域分析和設計方法。通過本課程的學習，使學生了解自動控制的基本概念，正確認識自動控制技術在各行各業中的應用及重要作用，掌握時域分析、根軌跡法和頻域分析等內容；通過本課程的學習，使學生具備下列能力：

(1)能夠準確理解自動控制原理的基本概念和基本理論;

(2)能夠運用自動控制原理的基本分析與設計方法來解決實際問題;

(3)能夠把握自動控制理論發展的前沿知識;

(4)能夠具有從事相關工程和技術工作的基本素質。

1 以雨課堂為媒介的教學設計與方法設計舉例

借助雨課堂教學軟件，以教學內容的第二章的三節內容為例，介紹教學設計和方法設計：

第二章：控制系統的數學模型(教學目標2、4)

第一節：控制系統的時域數學模型(教學目標2)

運用“案例教學”手段，利用典型的電學物理系統“RLC”振蕩電路系統和物理學原理背景知識建立物理系統的時域數學模型。首先通過雨課堂發布問題，讓學生復習已學過的物理背景知識，反饋能夠寫出的物理關系式；課堂上利用雨課堂隨機提問學生預習情況，引導學生動手自己建立控制系統的時域數學模型，并分析該模型的特點，最后通過定義給出時域數學模型的一般形式。弱化講解數學手段，如對于非線性環節線性化。課后通過雨課堂布置相關控制系統建立時域數學模型的題目，規定學生完成時間并在下一次課上做答案和解答情況總結。課后通過雨課堂記錄學生學習情況。通過本節課的學習，學生能夠通過已有背景知識建立實際系統的時域數學模型(教學目標2)。

第二節：控制系統的復數域數學模型(教學目標2)

通過雨課堂發布問題，讓學生提前復習傅里葉變換，拉普拉斯變換的基本數學方法；通過雨課堂隨機提問的方式檢驗學習效果，在提問過程中將第一節所建立的“RLC”振蕩電路系統時域數學模型各個部分巧妙的轉化成復數域下的模型，待學生參與回答后，匯總答案寫出總的復數域數學模型的形式，引導學生理解如何將時域數學模型轉換成復數域數學模型，并進一步通過雨課堂以個人加分形式提問思考題：如何將復數域數學模型轉換成時域。接下來通過案例形式給出典型環節的時域數學模型，引導學生自主得到復數域數學模型。最后總結整個教學過程，并通過雨課堂發布作業。以下次課利用雨課堂隨機提問的形式或者雨課堂發布選擇題的形式，反饋學習效果。通過本節課的學習，學生能夠通過已有背景知識建立實際系統的復數域數學模型(教學目標2)。

第三節：控制系統的結構圖(教學目標2、4)

繼續采用“RLC”振蕩電路系統，讓學生結合第一章所學的畫結構圖的內容，課前將其結構圖畫出來，上課時現場以發送綜合題目的形式，讓學生拍照上傳所畫結構圖，課上給出評分和講解反饋，順利完成對結構圖畫法的講解，進一步給出一個較為復雜的電壓測量裝置示意圖，讓同學自主完成其結構圖的畫法，總結畫方框圖的方法，提出疑問：復雜系統在不知道或知道不完整背景知識下如何求它的時域或者復數域數學模型？利用數學中的黑箱原理，引導學生理解由方框圖得到復數域數學模型的方法，并給出方框圖的簡化規則，每一條簡化規則的給出都是一步步引導學生思考，學生參與回答；最后給出復雜的系統方框圖，讓學生動手通過簡化方框圖的方式，自己得到系統的復數域傳遞函數的數學模型，進而引導學生以加分方式推導時域數學模型，從而幫助學生理解第二章的前三節內容之間的關系，實現學生能夠運用結構圖基本分析與設計方法來解決實際問題的能力(教學目標2)和培養學生具有從事相關工程和技術工作的基本素質的能力(教學目標4)。

2 以雨課堂為媒介的教學預期目標

自動控制原理因理論性強，教師講授難度大，學生學習吃力，采用雨課堂教學的信息化教學方式的改革目標是讓教師的“以教為主”變成學生的“以學為主”。改革思路是以學生為導向，借助雨課堂的功能，擬采取提前發布預習問題，課堂隨機提問或發送題目讓學生參與學習和尋求解決問題的方法，課后督促學生自主復習，讓學生融入課堂，參與學習，尋求解決問題的方法，使學生更有興趣主動的學習，降低教師在教學過程中的主導作用。

多年來，自動控制原理因其專業重要性和學習起來吃力兩個對立的原因而在學生中溢滿了“不得不學”的負面情緒，自動控制原理教學改革預期效果是讓學生不再懼怕對本課程的學習，能夠在參與學習中享受到學習的樂趣，改良負面情緒，讓被動學習變為主動學習。預期成果是在全校開設自動控制原理的專業，開展基于雨課堂的自動控制原理的學習。