“自動控制原理”理論教學探究*

張星紅 ，陳慧波 ，鄭秀麗 ，常文平

（河南工學院，河南 新鄉 453003）

“自動控制原理”是自動化類、電氣類、電子信息類、計算機類等專業的核心課程，也是許多工科專業非常重要的課程。因此，該課程涉及的專業面十分廣泛。同時，該課程也是一門方法論的課程，尤其是經典控制理論部分，以負反饋系統為主要內容，其利用“誤差消除誤差”的核心思想，從定性建立數學模型到定量分析性能指標，體現了信息流通、系統論、控制思想的一套方法論。因此，在學習中不僅要掌握理論知識，更要掌握其體現出來的研究方法，培養系統的觀念，提高綜合分析問題能力[1-5]。

“自動控制原理”數學推導內容理論性強、教學內容抽象化、公式推導復雜化，再加上教學內容一環扣一環，采用傳統教學方法，教師與學生之間缺少交流互動，學生學習的參與度和積極性不高，學生感到枯燥無味，難以達成教學目標，不利于學生能力的培養。如何提高學生對這門課的興趣，更大程度地接受基礎知識、基本理論和基本方法，同時使學生人生觀、價值觀和世界觀得到升華[6-9]。為達到提高全方位育人質量的教學目的，在教學過程中，作者從以下幾方面進行教學探究。

1 將思政教育引入課堂

借助于“雙閉環”的思想[10]，采取思政為內環、理論知識為外環的教學模式。將思政“潤物細無聲”地引入“自動控制原理”，使學生不僅僅學習理論，也能受到思政教育，更好地樹立學生正確的“三觀”和指明未來發展方向，詳情如圖1所示。比如，講述閉環控制系統時，引入反饋思想，指出整個社會也是一個閉環控制系統，結合我國的經濟政策等，闡述我國的各項政策制定充分反映了反饋調節的思想；在講述系統穩定時，自然而然引入“穩定”，只有社會和諧穩定，國家才能富強，民族才可以復興，國家才可以長治久安，號召同學們共同為實現中華民族偉大復興的中國夢而奮斗。

圖1 專業-思政融合的雙閉環結構圖

在講授“自動控制原理”的同時，對學生進行思政教育，幫助學生養成正確的學習態度，建立符合社會主義核心價值的人生觀，強調“專業知識傳授中的價值引領”原則。既使學生充分掌握科學知識，又使學生得到思想政治教育，最終的目標是培養出能夠建設中國特色社會主義的人才。

2 學以致用，激發學生興趣

在教學過程中，將自控原理知識應用到生活中，做到知行合一，讓學生體會到高深的理論也可在生活中“活靈活現”。比如，在講述干擾輸入量時，可以引入課堂上的干擾量之一——手機，借機也可以號召同學們合理利用手機；在講述檢測裝置時，可以引進教師批改作業的過程其實就是檢測裝置檢測輸出量的一個過程，詳細內容如圖2所示。

圖2 知行合一單閉環結構圖

將枯燥的理論引入到生活中來解釋，有利于提高學生學習理論的興趣，有助于學生理解理論知識，而且無意中也削弱了“自動控制原理”的“理論強”和“抽象化”。

3 構建多元化的教學手段

傳統的“以教為主”的教學模式，不能滿足人才培養的需求。圍繞“以學生為中心”的教育理念，積極推進信息化技術與教育教學深度融合，進行教學改革與課程建設。比如，在學習通上傳教學視頻、課件等教育資源，建立題庫，并完成相應的測驗環節，用來檢測學習目標的達成度，合理布置學生線上自主學習內容。讓學生互評作業，以提升學生的學習參與度，保證學習效果。另外，隨著計算機手段的提高，尤其是MATLAB軟件的加入，可以讓學生自己動手編寫小程序，使得復雜的計算不再成為困難，使得抽象化的理論變得更加直觀，如圖3所示。

圖3 人才培養與理論相結合

4 優化成績的評價模式

傳統的課程考核模式以期末成績作為主要評分標準，結合作業成績，模式單一，不利于激發學生學習的積極性。教師需要在課程成績的構成上進行優化，使課程成績能夠真正反映學生的學習能力和對于知識點的掌握以及應用能力。強化過程考核、突出日常學習、多指標差異化評價的考核模式，優化課程考核體系。考核模式的綜合成績構成包括期末考試成績、平時測驗成績、作業成績、實驗成績、課堂表現及出勤率等。這樣學生要想取得優秀成績，必須強化日常學習效果，不能靠考前突擊。如圖4所示，一個學生期末成績90分，若平時表現不是太好的話，按照總分=期末卷面成績*60%+過程原始成績*40%計算（實驗成績15分，平時測驗和課堂表現成績各10分，出勤占5分），則該同學最終成績只有86分。

圖4 成績計算圖表

平時授課中，重點內容突出，針對性地進行督促和引導。在習題課上，進行課堂翻轉，讓學生講解題思路和書寫詳細步驟，了解學生對知識的理解程度和應用能力。出期末卷子時，適當增加應用型及綜合型題目的比例。

5 拓寬學生知識面

探究性教學的過程，也是一個讓學生的知識面不斷延伸的過程。講授數學模型時，進一步擴展系統模型方面的知識，了解系統模型有線性、非線性、時變、定常、連續、離散、集中參數、分布參數、確定性及隨機系統等。在課堂上適時引進控制方向有很多，如自適應控制、魯棒控制、模糊控制、滑模控制等。對能力較強的學生，推薦閱讀與知識點密切相關的學術文章，開啟其探索學術之門，提高其眼界，如圖5所示。

圖5 拓展知識面

6 結論

通過引入思政教育、生活例子，采取多元化的教學手段，改進評價模式和拓寬學生知識面等提高教學質量，同時引導學生編寫MATLAB仿真程序，根據獲悉的結果進行分析和討論，掌握處理信息和觀察實驗能力，使學生對專業知識有更深刻的理解和更寬闊的思路。實踐證明，這種教學方法可以真正使學生活學活用，提高學生學習的積極性和自主性，培養學生良好的學習態度和方法，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。