李玥　解大琴

[摘要]針對(duì)自動(dòng)控制原理課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出一系列提高理論教學(xué)質(zhì)量的實(shí)施方法，實(shí)踐表明這些方法有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與思維能力。使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)自動(dòng)控制原理概念的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)控制原理 教學(xué)改革 教學(xué)實(shí)踐

一、引言

《自動(dòng)控制原理》課程是數(shù)學(xué)、控制與信息領(lǐng)域的交叉學(xué)科，其教學(xué)目的是使學(xué)生建立自動(dòng)控制的概念，掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的方法，培養(yǎng)應(yīng)用自動(dòng)控制理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力。近年來(lái)，在該課程的授課過(guò)程中多媒體課件的應(yīng)用逐步地取代了傳統(tǒng)的教學(xué)方式。因此課堂信息量大，課程進(jìn)度較傳統(tǒng)式教學(xué)要快，如何保證教學(xué)質(zhì)量是較為突出的問(wèn)題。其次，課堂教學(xué)枯燥，沒(méi)有生機(jī)。數(shù)學(xué)推導(dǎo)較多，學(xué)生聽(tīng)起來(lái)乏味，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。再者，考試并不能完全體現(xiàn)學(xué)生的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的綜合能力。還有就是理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)。學(xué)生不能把理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來(lái)。因此改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，完善考核方式及其加強(qiáng)理論的實(shí)際應(yīng)用對(duì)于提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有十分重要的意義。

二、教學(xué)改革

（一）教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)手段相結(jié)合

在《自動(dòng)控制原理》的授課過(guò)程中多媒體課件的應(yīng)用逐步地取代了傳統(tǒng)的教學(xué)方式。在多年的教學(xué)探索中，筆者認(rèn)識(shí)到，不要盲目地追求先進(jìn)手段，讓多媒體等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)主導(dǎo)了原本豐富、多樣的人與人之間進(jìn)行的課程教學(xué)，而應(yīng)該針對(duì)課程中實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容需要，有選擇地實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)方式與多媒體教學(xué)、MATLAB實(shí)驗(yàn)教學(xué)等現(xiàn)代教學(xué)方式、手段的高效結(jié)合，真正達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

（1）多媒體教學(xué)負(fù)責(zé)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)展示和系統(tǒng)工作過(guò)程的動(dòng)畫(huà)演示。傳統(tǒng)的全程板書(shū)式教學(xué)，過(guò)多的推導(dǎo)必定帶來(lái)之前的部分內(nèi)容被擦去，出現(xiàn)在學(xué)生面前的板書(shū)永遠(yuǎn)只是“不完整的部分”。而在宏觀教學(xué)為主導(dǎo)思想的課程教學(xué)中，多媒體就可以非常有效地解決這個(gè)問(wèn)題，使課堂講授始終不脫離主線。在自動(dòng)控制原理實(shí)際教學(xué)之初，通過(guò)生活、工程中實(shí)際應(yīng)用實(shí)例的介紹引出控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、概念是整個(gè)教學(xué)過(guò)程的起點(diǎn)也是關(guān)鍵點(diǎn)。在教學(xué)方式上，可以利用生動(dòng)的圖片、flash動(dòng)畫(huà)和視頻資料的形式增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，比如通過(guò)flash動(dòng)畫(huà)演示水位控制系統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)控制產(chǎn)生直觀形象的認(rèn)識(shí)，不僅增強(qiáng)了教學(xué)效果，還激發(fā)了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

（2）板書(shū)教學(xué)負(fù)責(zé)課程重點(diǎn)內(nèi)容的具體分析。多媒體授課在很多方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)，但是盲目地依賴和追求先進(jìn)技術(shù)，企圖畢其功于一役。解決課堂授課的所有問(wèn)題，無(wú)疑是不實(shí)際的?？刂评碚摰恼n程內(nèi)容多，復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和繪圖往往使得學(xué)習(xí)能力相對(duì)較差的學(xué)生感到吃力，多媒體每一頁(yè)的內(nèi)容容量有限，一套理論的學(xué)習(xí)必定需要多頁(yè)的講解。比如，根軌跡繪制，近十條根軌跡規(guī)則，十幾頁(yè)講完，學(xué)生感覺(jué)內(nèi)容多，不會(huì)用。這個(gè)時(shí)候就應(yīng)該將板書(shū)教學(xué)和多媒體教學(xué)結(jié)合起來(lái)。用多媒體顯示大方向上的操作規(guī)則，用黑板演示具體題目的繪制過(guò)程，將具體題目和硬性規(guī)則有效結(jié)合起來(lái)，慢講、精講交叉互補(bǔ)，使得學(xué)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(diǎn)和重點(diǎn)，獲得最好的學(xué)習(xí)效果。

（3）Matlab教學(xué)負(fù)責(zé)課程中圖形的繪制演示。在控制理論課程的主要內(nèi)容上，根軌跡法和頻域法都是基于圖形進(jìn)行系統(tǒng)分析，在理論初步建立之后，課堂的部分教學(xué)內(nèi)容，可以引入Matlab軟件，利用軟件的強(qiáng)大功能。去完成圖形的演示和分析。例如，在時(shí)域分析的時(shí)候，相同主導(dǎo)極點(diǎn)所帶來(lái)的單位階躍響應(yīng)有什么不同點(diǎn)，有什么相似性，就可以通過(guò)SIMULINK建模，在示波器的輸出觀察結(jié)果，再引入分析結(jié)論。在控制理論的教學(xué)過(guò)程中，合理地利用軟件能夠給學(xué)生留下直觀印象，使其牢記關(guān)鍵的結(jié)論，取得事半功倍的教學(xué)效果。

（二）教學(xué)方法多樣化

多樣化的教學(xué)方法可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合素質(zhì)。實(shí)施內(nèi)容主要有以下四個(gè)方面：第一，合理設(shè)疑，激發(fā)學(xué)生興趣。在課堂教學(xué)中，應(yīng)用啟發(fā)式的探究性的教學(xué)方法，充分凋動(dòng)學(xué)生主動(dòng)、積極、自覺(jué)思維，恰當(dāng)調(diào)節(jié)教學(xué)節(jié)奏，活躍教學(xué)氣氛，生動(dòng)教學(xué)手段。第二，適時(shí)調(diào)控，引導(dǎo)學(xué)生思考。要使得學(xué)習(xí)不再只是知識(shí)的積累，而是培養(yǎng)學(xué)生在創(chuàng)造性地掌握現(xiàn)有知識(shí)的同時(shí)，對(duì)它進(jìn)行創(chuàng)造性的發(fā)掘。第三，加強(qiáng)實(shí)踐，提高學(xué)生能力。將具體的實(shí)例融人到教學(xué)當(dāng)中，通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的實(shí)踐與探究，使學(xué)生明白‘控制”是怎么回事，清楚地看到‘控制”的運(yùn)用和效果。

（三）考核方式過(guò)程化

為了使得學(xué)生能夠在學(xué)好理論的同時(shí)將其運(yùn)用到實(shí)際中，激發(fā)興趣，強(qiáng)調(diào)過(guò)程考核，并且提高考試成績(jī)和及格率，突出教學(xué)重點(diǎn)，對(duì)這門課實(shí)施考試改革以配合教學(xué)改革。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力，同時(shí)檢查教學(xué)效果，在一些章節(jié)后組織編排綜合型的題目，讓學(xué)生以小論文的形式提交，將其成績(jī)記錄到期末總成績(jī)的平時(shí)成績(jī)中。這門課的教學(xué)內(nèi)容可以分成兩大部分內(nèi)容的研究：前三章為控制系統(tǒng)的時(shí)域分析，偏重經(jīng)典理論的研究；后兩章為控制系統(tǒng)的頻域分析，偏重工程實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)這樣的內(nèi)容特點(diǎn)，安排兩次大作業(yè)，讓學(xué)生對(duì)一個(gè)生產(chǎn)生活中的實(shí)例從時(shí)域分析和頻域分析方法入手分析系統(tǒng)。大作業(yè)成績(jī)也記錄到期末總成績(jī)的平時(shí)成績(jī)中。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

（一）虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

傳統(tǒng)的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一般采用實(shí)際的自動(dòng)控制系統(tǒng)或自控實(shí)驗(yàn)箱，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際的控制操作或在實(shí)驗(yàn)箱面板上連接相應(yīng)的典型環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線及各項(xiàng)指標(biāo)。雖然這種方式可以一定程度地提高學(xué)生的動(dòng)手能力。但一般只能開(kāi)設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而且觀察效果不理想。因此，將MATLAB仿真引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提出將虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開(kāi)設(shè)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，這樣有效的增加了綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例。

（二）加強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

加強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在掌握基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分利用已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增強(qiáng)動(dòng)手能力。進(jìn)一步強(qiáng)化系統(tǒng)化、工程化的概念。目前系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還在繼續(xù)完善中，已有包括多種電機(jī)控制、單容水箱模型。學(xué)生們可以利用這些模型來(lái)檢驗(yàn)和鞏固自己課堂中所學(xué)的系統(tǒng)分析以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。

四、結(jié)束語(yǔ)

在自動(dòng)控制原理課程建設(shè)過(guò)程中，以上措施極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理的主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。雖然取得了一定的教學(xué)效果，但仍需在今后的教學(xué)中作進(jìn)一步的探索與改進(jìn)。

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（作者單位：上海工程技術(shù)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 上海）