聶晶晶

摘 要：自動(dòng)控制原理是系統(tǒng)學(xué)科、信息學(xué)科、機(jī)械學(xué)科等相關(guān)學(xué)科的應(yīng)用基礎(chǔ)，具有科學(xué)方法論的特點(diǎn)，對(duì)工程具有突出的理論價(jià)值和指導(dǎo)意義。通過(guò)對(duì)目前自動(dòng)控制理論課堂教學(xué)現(xiàn)狀的分析，找出存在的問(wèn)題并給出解決對(duì)策，提出了《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)改革方向。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制理論；對(duì)策；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3198（2014）15-0147-02

自動(dòng)控制原理是控制學(xué)科研究的重要理論基礎(chǔ)，同時(shí)又是系統(tǒng)學(xué)科、信息學(xué)科、機(jī)械學(xué)科等相關(guān)學(xué)科的應(yīng)用基礎(chǔ)，在工業(yè)、軍事、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。研究的問(wèn)題具有普遍性，與很多學(xué)科交叉協(xié)同發(fā)展，對(duì)工程具有突出的理論價(jià)值和指導(dǎo)意義。故工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)好該門(mén)課程，對(duì)其今后的學(xué)習(xí)和工作勢(shì)必產(chǎn)生重要的影響。

1 《自動(dòng)控制原理》課程特點(diǎn)

《自動(dòng)控制原理》作為一門(mén)學(xué)科，其性質(zhì)屬于技術(shù)科學(xué)，研究的對(duì)象是自動(dòng)控制系統(tǒng)，研究的中心問(wèn)題是圍繞控制系統(tǒng)在控制過(guò)程中的性能，其內(nèi)容主要包括《經(jīng)典控制理論》的基本概念、基本原理、基本分析方法和綜合設(shè)計(jì)方法。在講課的過(guò)程中緊緊圍繞“穩(wěn)定性”、“準(zhǔn)確性”、“快速性”這三個(gè)基本要求開(kāi)展教學(xué)工作。自動(dòng)控制原理的線(xiàn)索為：線(xiàn)性連續(xù)系統(tǒng)→線(xiàn)性離散系統(tǒng)→非線(xiàn)性系統(tǒng)→現(xiàn)代控制理論。重點(diǎn)講解的是線(xiàn)性連續(xù)系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)建模、三大分析法（時(shí)域、根軌跡、頻域分析法）、系統(tǒng)校正；離散系統(tǒng)的分析法是連續(xù)系統(tǒng)的繼承性復(fù)制；非線(xiàn)性系統(tǒng)的描述函數(shù)法和相平面法。很多同學(xué)感覺(jué)《自動(dòng)控制原理》這門(mén)課就是做題，認(rèn)為與實(shí)際聯(lián)系不密切。超過(guò)80%的同學(xué)對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)有畏難情緒，都覺(jué)得無(wú)從下手，很多同學(xué)覺(jué)得這就是一門(mén)數(shù)學(xué)課，除了計(jì)算，不知道學(xué)習(xí)這門(mén)課的目的，掩蓋了它的工程應(yīng)用背景。根據(jù)這個(gè)實(shí)際情況，在教學(xué)內(nèi)容的組織上應(yīng)注意密切聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生知道為什么學(xué)、學(xué)什么、怎么學(xué)、學(xué)了怎么用。

2 《自動(dòng)控制原理》課堂教學(xué)的現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)《自動(dòng)控制原理》理論教學(xué)課堂的觀(guān)察以及走訪(fǎng)學(xué)生，我們不難發(fā)現(xiàn)，不論是把《自動(dòng)控制原理》作為重要專(zhuān)業(yè)課的控制學(xué)科，還是將《自動(dòng)控制原理》作為分析方法的機(jī)械學(xué)科，都存在同樣的問(wèn)題，那就是學(xué)生的畏難情緒，造成這種現(xiàn)狀的原因是多方面的，但最根本的還是因?yàn)樽詣?dòng)控制理論本身就是一門(mén)理論性非常強(qiáng)的課程，在學(xué)生們剛剛接觸到這樣一門(mén)方法論的課程時(shí)，不能從宏觀(guān)上去將所有章節(jié)聯(lián)系起來(lái)，只是有一種感覺(jué)，那就是這像是另一門(mén)數(shù)學(xué)課，但是又不太清楚這些數(shù)學(xué)推導(dǎo)和公式的具體作用。學(xué)習(xí)成績(jī)好的同學(xué)，在剛開(kāi)始學(xué)習(xí)的時(shí)候，因?yàn)橛斜容^好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，所以學(xué)習(xí)起來(lái)要比其他同學(xué)更加順利，但他們?nèi)匀皇敲悦５模恢廊绾巫鲱}，并不知道為什么要這樣做，再加上控制理論的計(jì)算題的題型比較固定，所以就會(huì)有一種現(xiàn)象，那就是考試中有一些同學(xué)取得了比較好的成績(jī)，但是如果讓他運(yùn)用控制理論，就會(huì)很迷茫了。另外，《自動(dòng)控制原理》中很多定義、理論，有一些還很相似，比如開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)，在沒(méi)有理解透徹的情況下，學(xué)生很容易混淆，尤其在時(shí)域分析和頻域分析兩個(gè)不同的章節(jié)中，用不同的方法分析同一個(gè)系統(tǒng)，得到針對(duì)性不同的分析結(jié)果，這種區(qū)別和聯(lián)系對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)不好理解。此外，由于高等數(shù)學(xué)，復(fù)變函數(shù)以及物理知識(shí)等知識(shí)的遺忘，加大了課堂教學(xué)的難度，一方面老師為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，盡可能少的推導(dǎo)定理和公式，另一方面，簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)推導(dǎo)之后給出的定理，顯得有些突兀，學(xué)生們不知道來(lái)龍去脈，不好理解，于是一個(gè)章節(jié)的內(nèi)容就成了一個(gè)個(gè)并排羅列的定理和公式，只剩下了枯燥的數(shù)字和符號(hào)，學(xué)生學(xué)起來(lái)確實(shí)也很難有學(xué)習(xí)熱情。

3 教學(xué)中存在的問(wèn)題及改善對(duì)策

3.1 數(shù)學(xué)知識(shí)多

《自動(dòng)控制原理》中用到大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，包括積分、微分、復(fù)變函數(shù)、微分方程等等，對(duì)于進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在大學(xué)入學(xué)時(shí)學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)已經(jīng)有所遺忘，而且有些同學(xué)可能本來(lái)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)就不夠扎實(shí)，所以學(xué)習(xí)起來(lái)感覺(jué)很有難度，有些同學(xué)甚至于聽(tīng)完緒論就再也聽(tīng)不懂了。同時(shí)，由于數(shù)學(xué)模型的建立，在自動(dòng)控制理論中還涉及到很多物理和電工知識(shí)。這些問(wèn)題的出現(xiàn)，都是因?yàn)橥瑢W(xué)們的學(xué)習(xí)目的不明確，在學(xué)習(xí)高數(shù)時(shí)，還仍然保留著高中時(shí)的概念，只要是數(shù)學(xué)課那就一定是很重要的，相信很多工科學(xué)生都一樣，拿到題目的第一反應(yīng)就是拿筆開(kāi)始計(jì)算，但是并不了解在大學(xué)里學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的目的其實(shí)是作為專(zhuān)業(yè)課的工具。所以在課堂講授過(guò)程中，需要盡量簡(jiǎn)化抽象公式的推導(dǎo)證明過(guò)程，但還是要抽出一定的時(shí)間來(lái)給學(xué)生們補(bǔ)習(xí)常用的重點(diǎn)數(shù)學(xué)知識(shí)，在初學(xué)時(shí)，必要時(shí)還需要老師在黑板上進(jìn)行一步步的板書(shū)計(jì)算，比如分部積分的計(jì)算，微分方程的求解等等。補(bǔ)習(xí)的目的不是為了講數(shù)學(xué)，而是為了學(xué)生們更好的學(xué)習(xí)控制論這門(mén)方法論，而不是把課堂上的時(shí)候都用在思考如何計(jì)算積分微分，或者課下的時(shí)間都用來(lái)翻閱之前的數(shù)學(xué)課本。課堂上老師逐步逐步的計(jì)算、板書(shū)，也有利于師生間的互動(dòng)，便于學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤。

3.2 知識(shí)點(diǎn)抽象

控制理論的知識(shí)點(diǎn)多且抽象，而且大部分是公式的推導(dǎo)，一涉及到抽象公式的推導(dǎo)，學(xué)生在課堂上理解起來(lái)就很困難，尤其在推導(dǎo)時(shí)老師在板書(shū)里都用的是字母、符號(hào)，比如ζσω等，老師已經(jīng)非常熟悉了，但學(xué)生可能都還沒(méi)有記住每一種符號(hào)代表的是什么，由于存在這樣的偏差，學(xué)生理解起來(lái)當(dāng)然有難度了。雖然老師在課堂上會(huì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生會(huì)用這些定理就足夠了，但是學(xué)生初學(xué)控制理論，并不知道哪里是重點(diǎn)內(nèi)容要重點(diǎn)掌握，哪些是引申知識(shí)點(diǎn)只需一般了解，這些需要老師在課堂上引導(dǎo)。同時(shí)，在課堂上講授時(shí)需要根據(jù)專(zhuān)業(yè)多設(shè)置一些與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的物理模型，比如電氣專(zhuān)業(yè)可以加入火力發(fā)電廠(chǎng)發(fā)電系統(tǒng)的例子，機(jī)械專(zhuān)業(yè)可以加入液壓與氣動(dòng)控制系統(tǒng)，制冷專(zhuān)業(yè)可以加入制冷控制系統(tǒng)，對(duì)于各個(gè)不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)更有針對(duì)性，這樣學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)時(shí)有想象的空間，不至于提到控制理論就全是羅馬字符號(hào)，同時(shí)在日后的專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)中也更容易，便于學(xué)生更加直觀(guān)的理解。

3.3 前后章節(jié)聯(lián)系緊密

學(xué)生在學(xué)習(xí)控制理論時(shí)，經(jīng)常會(huì)有這樣的體會(huì)：學(xué)完了時(shí)域分析再學(xué)頻域分析時(shí)，弄不清楚兩種分析方法的區(qū)別，再加上市面上有很多不同版本的教材，教材中的內(nèi)容大體相同但是順序不一樣，這是由于編書(shū)者思路不一樣造成的，教師們對(duì)整本書(shū)內(nèi)容比較熟悉，因此不存在混淆的情況，但是學(xué)生看到不同的參考書(shū)資料時(shí)會(huì)疑惑，因此，在課堂教學(xué)中需要老師在展開(kāi)教學(xué)前幫學(xué)生們理順整個(gè)思路。比如可以針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生增加實(shí)例，這個(gè)實(shí)例可以從緒論開(kāi)始貫穿正本教材，先弄清楚控制三要素，建立數(shù)學(xué)模型，再進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如果穩(wěn)定，穩(wěn)定程度怎么樣，如果不滿(mǎn)足要求該怎么校正。這樣看起來(lái)抽象的，分散的知識(shí)點(diǎn)和定理就用一個(gè)實(shí)例聯(lián)系起來(lái)了。作為老師，首先要熟練掌握體系結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用到具體問(wèn)題的分析中，這樣才能做到融會(huì)貫通，不至于使自己所講的每個(gè)問(wèn)題變得支離破碎，沒(méi)有連貫性，增加學(xué)生理解的難度。

3.4 學(xué)生的學(xué)習(xí)目的不明確

通過(guò)對(duì)學(xué)生的了解我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)控制理論普遍感覺(jué)難，難在哪里？其實(shí)主要是因?yàn)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)目的不明確，為什么要學(xué)習(xí)這門(mén)課？不清楚。數(shù)學(xué)不好的同學(xué)看到繁多的數(shù)學(xué)推導(dǎo)甚至還沒(méi)開(kāi)始上課就已經(jīng)打了退堂鼓了。所以一定要讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的，控制理論作為一門(mén)工具課程，可以說(shuō)和數(shù)學(xué)一樣，在后面的教學(xué)環(huán)節(jié)中，是作為一種工具，工欲善其事，必先利其器。例如機(jī)械專(zhuān)業(yè)的《液壓與氣動(dòng)控制》、《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)》等專(zhuān)業(yè)課，包括研究生階段的《現(xiàn)代控制方法》等課程都需要控制理論作為基礎(chǔ)。在明確了控制理論的作用后，就要著力在如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣了，控制理論理論性強(qiáng)，公式繁雜，在授課過(guò)程中即便是加上現(xiàn)代化教學(xué)手段（多媒體等）也不可能達(dá)到像英語(yǔ)課堂那樣生動(dòng)的效果，因此就需要很多生活生產(chǎn)中的實(shí)例來(lái)向?qū)W生們展示控制理論的應(yīng)用了，比如男生們都感興趣的火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，汽車(chē)控制系統(tǒng)等，通過(guò)圖片和短片讓大家有直觀(guān)的感受，如果控制理論僅僅停留在數(shù)學(xué)公式和做題上，那就沒(méi)有體現(xiàn)它方法論的作用了。

4 《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)改革方向

4.1 針對(duì)不同學(xué)生更改教學(xué)內(nèi)容

自動(dòng)控制原理是一門(mén)方法論的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生要更改教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)，比如機(jī)械專(zhuān)業(yè)的控制理論對(duì)于根軌跡和離散控制系統(tǒng)的內(nèi)容只做一般了解，在課時(shí)比較少的情況下甚至略過(guò)不講。同時(shí)，針對(duì)不同的專(zhuān)業(yè)在講解時(shí)也需要根據(jù)專(zhuān)業(yè)需要增加適合的工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)例，使學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)不是緊緊停留在懂定理，會(huì)計(jì)算，而是通過(guò)實(shí)際應(yīng)用來(lái)了解理論，從而完成從定性了解到定量掌握的轉(zhuǎn)變。

4.2 搞科研進(jìn)行有目的的主動(dòng)學(xué)習(xí)

有意識(shí)的引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過(guò)科研的方式促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，比如在講緒論時(shí)就可以給學(xué)生們布置一篇論文，使學(xué)生自己通過(guò)查閱資料和書(shū)籍來(lái)了解控制理論發(fā)展的歷程，與傳統(tǒng)的課堂講授比較起來(lái)，更能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，他們會(huì)在整理資料的過(guò)程中了解古今中外有哪些發(fā)明用到了自動(dòng)控制原理，學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)，發(fā)明，其實(shí)并不是離自己那么遙遠(yuǎn)的事情，甚至通過(guò)這樣的方式還可以激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)新的潛能，避免思維的僵化。為了使學(xué)生更清楚地認(rèn)識(shí)所學(xué)課程與專(zhuān)業(yè)方向的關(guān)系以及在今后工作中的應(yīng)用，對(duì)學(xué)習(xí)目的更加明確，在教學(xué)內(nèi)容中我們?cè)黾恿艘恍┖徒虒W(xué)內(nèi)容適應(yīng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，設(shè)計(jì)的視頻短片。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生走出課堂，到專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，了解專(zhuān)業(yè)課老師從事的科研工作。

4.3 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)方法而避免填鴨式教學(xué)

在課程之初，一定要強(qiáng)調(diào)本門(mén)課程的特殊性，要強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)方法。掌握正確的學(xué)習(xí)方法，才能順利的學(xué)習(xí)好這門(mén)課程。首先一定要讓學(xué)生們明確一點(diǎn)，這門(mén)課并不是數(shù)學(xué)課，數(shù)學(xué)只是這門(mén)課的工具，千萬(wàn)不要因?yàn)榉倍嗟墓骄捅粐樑铝?。?dāng)然在學(xué)習(xí)之初還是需要老師在黑板上逐步逐步的將計(jì)算過(guò)程演算給學(xué)生們看，而不是僅僅對(duì)照幻燈片講，這并沒(méi)有浪費(fèi)課堂時(shí)間，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，需要用到的知識(shí)點(diǎn)確實(shí)非常多，包括高數(shù)，復(fù)變函數(shù)，物理，電工等等，如果要學(xué)生把來(lái)龍去脈弄得清清楚楚，那就必須要每一步都很明確，比如什么時(shí)候需要假設(shè)初始條件，什么時(shí)候需要簡(jiǎn)化處理等等，在學(xué)生已經(jīng)非常熟悉并接受了這種分析方法后，老師上課的內(nèi)容就可以有所拔高，計(jì)算過(guò)程就可以有所省略了，這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。同時(shí)，在課堂上要采用啟發(fā)引導(dǎo)式的教學(xué)方法，如果所有知識(shí)都這樣一股腦的倒給學(xué)生，那學(xué)生的接受情況肯定不好，需要在課堂上引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)腦筋，思考為什么要這么做，避免填鴨式教育。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，和工業(yè)農(nóng)業(yè)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的要求越來(lái)越高，必須加強(qiáng)對(duì)控制理論教學(xué)方式的改革，但是在教學(xué)中還存在很多問(wèn)題，比如實(shí)驗(yàn)條件的限制和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性等情況。只有堅(jiān)持不斷朝著培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的方向努力，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，改變單一的教學(xué)形式，才能培養(yǎng)出合適社會(huì)的工科人才。

參考文獻(xiàn)

[1]自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2009，（4）：134-136.

[2]程廣貴，凌智勇.機(jī)械專(zhuān)業(yè)自動(dòng)控制原理教學(xué)方法探討[J].中國(guó)電力教育，2011，（13）：75-76.

[3]程麗平.“5W模式”在自動(dòng)控制原理教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力教育，2012，（15）：73-74.