自動控制原理課程教學模式探究

張偉?趙炯

摘要：《自動控制原理》課程是自動化專業一門重要的專業基礎課。為適應學術型和應用技術型兩類學生的需要，提出在課堂教學和實踐教學方面進行改革的具體措施。通過這些改革，使教與學更有針對性，提高了學生學習的積極性、主動性、培養學生所需的能力，為后續的發展奠定基礎。

關鍵詞：自動控制原理;教學改革

“自動控制原理”是自動化專業重要的專業基礎課，在整個專業知識體系中有承上啟下的作用，占據非常重要的地位，為后續“現代控制理論”、“計算機控制系統”等專業課程提供理論基礎和分析設計方法。也是眾多高校碩士研究生入學考試的課程之一。該課程涉及到控制系統的模型建立、系統分析及系統設計的基礎理論和相關技術，理論性強但又源于工程技術。因此，學生未來不論是選擇繼續深造成為學術型人才，還是從事專業技術工作成為應用型人才，都需要強有力的控制理論的基礎。“自動控制原理”課程在眾多高校都有有效的改革措施，但是改革方法不能復制，應借鑒其他高校的改革方案探求適合我校硬件條件、適合我校學生現狀的途徑。

一、教與學的現狀

自動控制原理課程的內容具有概念抽象、數學含量大、計算繁雜的特點，既難教，也難學。傳統的課堂主要以教師為主體，以教授方式為主組織教學活動，學生被動地接受課堂的教學知識。教學模式和教學方法單一，教師缺乏教的創造性，學生缺乏學的主動性。因此，在學習過程中學生感到難學、乏味，從而產生厭學的情緒，造成學習主動性差，嚴重影響該課程的教學質量。由于獨立學院學生有數學功底差，缺乏思考能力等一些客觀存在的問題，“鼓勵學生參與教師項目”、“參加科技競賽”等一些改革措施并不適合獨立學院學生廣泛使用，因此提高學生學習的興趣和主動性、加強內容的理解和促進內容的掌握、促進學生分析問題和解決問題能力、提高課程的教學質量十分必要。在原有的課程中，可以引入新的教學內容，開設新的實驗，并通過實驗和習題的基本訓練進行能力培養，使學生自己學會找出本專業的實踐結合點，培養一種對知識應用和創造能力。

二、課堂教學改革方案

（一）化抽象為實例，提高學習興趣

自動控制原理課程理論知識的邏輯性很強，帶有方法論的特點，同時又和工程實踐密切相關。所以引發學生學習興趣，調動學生學習積極性的方法之一就是引入工程實踐中的實例，使學生充分理解這些抽象的專業術語。例如，在講建立系統數學模型時，可以以電路系統、力學系統、發電系統為例，對系統進行機理分析，建立它們的各種數學模型，并分析數學模型間的轉換的方法和意義。在介紹自動控制系統控制原理時，可以以一個水箱水位控制系統為工程實例，通過對比手動控制，仿照手動控制策略，引導學生將手動改為自動控制，理解自動控制的過程、特點，從而掌握閉環控制系統的控制原理，能夠舉一反三描述空調系統、船舵系統的控制原理。這些生動的工程實例大大激發了學生的學習興趣，并使他們深刻理解了“學以致用”的意義。

引用工程實例的同時，還應注重自動化領域的一些前沿技術，并通過介紹、視頻等方式傳遞給學生，鼓舞學生努力學習，成就未來。另外也要注重本課程與其他課程的聯系。例如在講系統建模的時候，可以聯系前面學過的課程“物理”、“電路”、“模擬電子技術”等;講述控制系統結構的時候，組成控制系統的七個環節的實現可以聯系“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“傳感器技術”等。讓學生知道各門課程在課程體系中的地位和作用，增加學習的積極性，端正學習態度，更好的參與未來學習。

（二）根據“雙型”需求調整課程內容

自動控制原理課程內容豐富，在教學過程中，老師的角色是引導和幫助，而非灌輸，老師授課是通過簡單的基礎知識讓同學們理解問題，同學們需要自己根據基礎知識去思考實際生活中的復雜問題，起決定性作用的還是學生自己。

對于應用型學生來說教學實施輕計算、重實踐。自動控制原理課程理論性強，涉及大量用到Laplace變換、復變函數、以及電路、電機等方面的知識，而獨立學院的學生對這些內容掌握得不夠扎實，所以在教學過程中不再注重公式的推導、復雜的計算、而轉化為與實際相關的實例分析，注重提高學生動手、動腦能力。

對于學術型學生該課程是參加考研的專業課，適當引入一些歷年考研真題。目前大學本科畢業生的就業形式不容樂觀，考研能夠暫緩就業壓力、擴大就業門路和增加就業砝碼。通過講解歷年考研真題，首先對于想考研的學生來說，提前復習了考研課程，能很好的理解教材中的理論知識點在考研試題中怎么應用。其次，歷年的考研真題都與工程實際緊密相連，通過對考研真題的學習，學生能夠更好的理解理論知識，并且能提高學生理論聯系實際的能力。

對于兩類學生共同學習，要充分利用課上課下時間，讓每個學生按需所取。在布置作業或項目的時候可以有針對性的進行分組。例如設計電機調速控制系統，學術性學生重點進行數學建模、理論分析。應用型學生結合模電、數電等課程設計環節電路，最終驗證控制效果。

（三）教學內容與教學手段相結合

在自動控制原理的授課過程中多媒體課件的應用基本取代了傳統的教學方式。但根據課程內容的需要，最好有選擇地使用傳統教學方式與多媒體教學方式、MATALAB實驗教學等現代化教學方式、手段高效結合，真正達到提高教學質量的目的。

多媒體教學負責課程知識結構展示，還可利用生動的圖片、flash動畫和視頻資料的形式增強學生的感性認識。例如，演示水位控制系統的控制過程，讓學生對控制產生直觀形象的認識，不僅增強了教學效果，還激發了學生濃厚的學習興趣。

板書教學負責課程重點內容的具體分析。控制理論的課程內容多，有復雜的數學推導和繪圖。用黑板演示具體題目的繪制過程，將具體題目和硬性規則有效結合起來，慢講、精講交叉互補，使學生在理論方法和具體分析雙軌并行中更好地掌握課程難點和重點，獲得最好的學習效果。

MATLAB教學負責課程中圖形的繪制演示以及仿真方面。在自動控制原理中對系統進行分析的方法中根軌跡法和頻域法都是基于圖形的一種分析方法，在理論初步建立之后，課堂的繪圖或者仿真環節，可以引入MATLAN軟件完成圖形的演示和分析。例如高階系統的定性分析，通過多種系統的階躍響應歸納總結，并通過MATLAB添加零極點觀察對系統的影響，取得事半功倍的教學效果。

三、加強實踐教學環節，培養學生實踐能力

實驗教學不僅是對理論知識的驗證，更是培養學生動手能力、基本科研能力和創新能力的重要環節。根據課程與工程聯系緊密的特點，適當增加設計性、綜合性實驗。學生可以通過設計性實驗，從成功和失敗中獲得經驗和訓練。綜合性實驗是指實驗內容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關的課程知識，比如電機、電力電子技術。綜合性實驗要求學生獨立思考或者以小組合作形式完成，充分調動學生學習積極性和主動性，培養學生歸納整理的能力及綜合運用所學知識的方法，使學生的實驗與創新能力得到全面鍛煉，科學的工作態度和創新精神得以培養，調動學生勇于探索、勇于創新的積極性，從而達到培養學生創新能力的目的。綜合性實驗可利用實驗室設備，或充分利用MATLAB或其他軟件進行仿真實驗。

教學改革是教學工作永恒的主題，沒有最好的教學方式，只有最合適的教學方式。只有緊跟學科發展前沿，用心教學，在教學過程中因地制宜，不斷調整和優化教學內容、教學方法，才能真正提高教學質量。

作者簡介：

張偉（1984.8—），女，漢族，河北唐山人，研究生，講師，從事控制理論與控制工程研究。

趙炯（1986.8—），男，漢族，河北衡水人，研究生，講師，從事核能科學與工程研究。

課題項目：華北理工大學輕工學院教育教學改革研究與實踐項目“電氣專業‘雙型’人才培養自控課教學模式探究”研究成果（編號：qgjg201819）