應用型本科“自動控制原理”教學模式改革探索＊

賈朱植，祝洪宇，李艷杰

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應用型本科“自動控制原理”教學模式改革探索＊

賈朱植1，祝洪宇2，李艷杰1

（1.遼寧科技大學 應用技術學院，遼寧 鞍山 114051；2.遼寧科技大學 電子與信息工程學院，遼寧 鞍山 114051）

“自動控制原理”是電氣工程及其自動化等電類相關專業的一門重要專業基礎課，在電類相關專業的課程體系中占有非常重要的地位。針對應用型本科的人才培養特點以及長期以來該課程教學中存在的缺點和不足，從教學內容、教學方式、課程考核體系三個方面來探索應用型本科教學過程中該門課程的教學模式改革方案，切實、有效地提高學生分析問題、解決問題的綜合實踐能力。

自動控制原理；教學模式改革；實踐教學；教學效果

1 引言

當前我國正處于由制造業大國向制造業強國轉變的關鍵歷史時期，需要大量高素質的應用型人才[1]，而應用型本科教育是以培養高素質的應用型人才為目標，正契合了時代發展對應用型人才的大量需求。

“自動控制原理”是電氣工程及其自動化等電類相關專業一門重要的專業基礎課，該課程是后續專業課程的基礎，因此在電類相關專業的課程體系中占有非常重要的位置[2]。為此，我們在完成我校教學改革項目“電氣工程及其自動化專業轉型發展建設研究與實踐”的過程中，對“自動控制原理”課程的教學內容、教學方式進行了改革與探索，提高了學生的學習積極性以及分析問題、解決問題的能力。

2 “自動控制原理”課程的特點及教學中存在的問題

“自動控制原理”是電類相關專業一門重要的專業基礎課，承擔著為后續專業課打基礎的重要責任。通過該課程的學習，要使學生掌握經典控制理論的基本概念、基本原理與基本分析方法，培養學生設計和分析自動控制系統的能力。但是，該課程具有理論性強、概念抽象、與數學聯系緊密、理論和實踐聯系緊密等特點，因此，長期以來，該課程的教學普遍具有偏重理論性、理論與實際相脫節、教學方法單一等問題[3-5]。而“應用型本科”是對新型的本科教育和新層次的高職教育相結合的教育模式的探索，強調對學生應用能力的培養和提升。因此，本文主要針對應用型本科人才培養的要求，對“自動控制原理”課程的教學模式進行改革與探索。

3 教學內容的改革

“自動控制原理”是一門理論性強、概念抽象、數學計算復雜的課程，而應用型本科強調對學生應用能力的培養，因此在教學內容的安排方面，要針對應用型本科的培養目標作出調整，具體如下。

精選課程內容，合理優化課程結構。課程以連續線性定常系統的數學模型、時域分析法和頻域分析法三部分內容為主，適當講授根軌跡法和控制系統的校正兩部分。這樣優化課程結構，可以減輕學生的學習負擔，并為后續課程以及系統的綜合設計提供必要的理論基礎。

減少理論推導，降低理論難度。對于繁雜的數學公式推導過程以及理論上較難掌握的部分，只給出公式或結論，如系統閉環頻率特性等內容。對于工程應用中涉及較少的內容可以省略，如復雜的動態結構圖的化簡。

與實際聯系，增加實踐環節。增加工程實踐中應用的例子，將枯燥的理論知識與實際聯系起來，激發學生的學習興趣。增加實踐教學環節，不僅有助于學生對理論知識的理解，而且能夠提高學生的實踐動手能力、系統分析能力以及創新思維。適當增加習題課，以提高學生的計算及解題能力。

4 教學方式的改革

傳統的“自動控制原理”課程的教學方法為單一的教師講授加板書的填鴨式教學模式，這種教學方法陳舊、呆板、沒有活力，不利于激發學生的學習興趣，針對以上課程教學過程中存在的問題，我們主要進行以下幾種教學方式的改革探索。

4.1 在理論課上增加演示實驗

在“自動控制原理”課程的教學過程中，有大量的系統特性分析和圖形繪制，如果教師單純采用板書講解和繪制，既浪費時間又很難提高圖形繪制的精確度，因此，在講授理論課的同時，采用MATLAB仿真軟件進行系統計算、分析和演示，把抽象的數字變化轉化為形象的波形變化，并且提高了圖形繪制的速度和精確度。這樣能夠幫助學生更好地掌握一些難于理解的概念或理論分析過程。例如在講授二階系統時域響應時，采用MATLAB仿真軟件演示各種輸入條件下的系統輸出曲線以及調整系統參數時輸出曲線的變化，既形象又準確，使學生印象深刻。

4.2 采用啟發式教學

傳統的教學是以教師為主、學生為輔的填鴨式教學，教師占據課堂的主動性，而學生一直在被動地接受知識，不能完全參與到課堂學習中來，學生的學習積極性和主動性受到嚴重的遏制。采用教師引導下的啟發式教學方式，通過教師引導、自主學習、發現問題、積極討論、得出結論等學習過程，可以使學生積極主動地參與到課堂學習和討論中來。例如在講授典型環節的頻率特性時，教師可以先講授比例環節、慣性環節的頻率特性，然后引導學生用相同的方法來分析積分環節和微分環節的頻率特性，再啟發學生自主學習、討論振蕩環節和時滯環節的頻率特性，通過這一過程的學習，學生不僅能掌握各典型環節的頻率特性，而且能夠熟練掌握開環幅相頻率特性，并繪制出開環對數頻率特性，達到事半功倍的效果。

4.3 增加實踐教學環節

傳統的“自動控制原理”課程理論性較強，因此教學中往往只注重系統的理論分析，而忽視了與該課程相關的實踐教學環節。實踐教學環節是理論教學環節的有益補充，使所學理論在實踐中得到驗證或應用，能夠提高學生的學習興趣。實踐教學環節主要采用MATLAB/ SIMULINK仿真軟件進行計算機輔助分析和設計。實踐教學環節可以通過以下幾個方面來實現。

4.3.1 實驗部分

由于實驗課時間有限，可以安排以驗證為主的實驗內容。比如線性系統的時域分析，可以通過調整各個參數來驗證其對系統各項性能指標的影響。通過實驗的安排，不僅能夠提高學生學習的主觀能動性，而且提高了學生分析問題的能力。

4.3.2 畢業設計部分

由于畢業設計時間比較集中且時間較長，因此可以安排綜合性的實驗內容。比如控制系統的校正，要求學生自主設計校正裝置，并計算校正后系統的相關參數，對比分析校正前后系統的性能。畢業設計是綜合性的實踐能力訓練，能夠綜合提高學生查找問題、發現問題、分析問題以及解決問題的能力，并且加深學生對“自動控制原理”這門課程的認識與理解。

4.3.3 項目教學部分

這部分是為能力較強的學生安排的具有一定難度的綜合性實驗內容。指導教師可以選拔一些有能力又喜歡這門課程的學生，以小組為單位進行項目式教學以及開放式指導，要求學生自主設計系統，完成設計說明書，上交設計作品并進行口頭答辯。項目式教學能夠使學生掌握自動控制基本理論在工程實際中的應用。

5 課程考核體系的改革

以往的“自動控制原理”課程的考核包括期末考試（70%）和平時成績（30%）兩項，平時成績包括上課出席情況（10%）、課堂表現（10%）、作業完成情況（10%）等。新的課程考核體系將實驗成績納入平時成績，即期末考試占70%，作業、出勤等平時表現占20%，實驗成績占10%.實驗成績又包括實驗操作（5%）、實驗報告（5%）兩部分。新的考核體系比傳統考核體系更全面地反映了學生的學習情況。

6 結語

結合應用型本科人才培養的特點，針對 “自動控制原理”這門傳統的理論性較強的課程進行教學模式的改革，使教學不再空談理論，增加了實踐教學環節，融入了新的教學方法、更全面的考核體系以及先進的科學技術。這樣不僅能夠減小學生對這門課程的恐懼感，提高學生的學習興趣和積極性，而且能夠切實有效地提高學生的分析問題、解決問題的綜合實踐能力。

［1］李艷杰，賈朱植.應用型本科“電路原理”課程考試改革與時間探索［J］.科技與創新，2019（1）：134-135.

［2］吳瑩.“自動控制原理”課程教學方法的改革與實踐［J］.產業與科技論壇，2017（3）：155-156.

［3］王艷芹，崔峰，李瑞英.自動控制原理課程教學改革探索［J］.中國電力教育，2104（2）：95-96.

［4］孫建平，郭曼利.自動控制原理課程設計的改革與實踐［J］.中國現代教育裝備，2015（9）：67-70.

［5］蔡林沁，虞繼敏，岑明.自動控制原理實踐教學方法改革［C］//International Conference on Educationand Teaching，2013.

賈朱植（1978—），女，遼寧鞍山人，博士，副教授，研究方向為控制理論與控制工程。

遼寧科技大學教學改革研究項目（編號：XJGZD201704）

2095－6835（2019）07－0096－02

G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.096

〔編輯：王霞〕