胡 濤

（上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海200072）

1 自動(dòng)控制原理課程特點(diǎn)

1.1 重要的學(xué)科核心基礎(chǔ)理論課程

自動(dòng)控制原理是一門(mén)自動(dòng)化領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)理論課程。其涵蓋的自動(dòng)控制技術(shù)極其廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，極大地提高了人們的生活水準(zhǔn)。該課程通過(guò)運(yùn)用數(shù)學(xué)理論的歸納闡述，獨(dú)立成為控制領(lǐng)域的理論課程。該課隸屬于學(xué)科核心理論課程，它有利于學(xué)生對(duì)自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系的全面了解與掌握，有利于學(xué)生后續(xù)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)。它不僅能夠?yàn)閷W(xué)生日后工作中解決自控性問(wèn)題，指引專(zhuān)業(yè)性的思維方向，而且能夠?yàn)閷W(xué)生畢業(yè)后再深造提供基礎(chǔ)性理論保障。

1.2 教學(xué)內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)較多

自動(dòng)控制原理中較大篇幅的內(nèi)容屬于控制理論中的經(jīng)典理論，其主要內(nèi)容包含了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線(xiàn)性系統(tǒng)的分析方法、線(xiàn)性系統(tǒng)的校正以及非線(xiàn)性系統(tǒng)的分析。而線(xiàn)性系統(tǒng)的分析方法中又細(xì)分為線(xiàn)性系統(tǒng)的時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法；線(xiàn)性系統(tǒng)的校正中包含了線(xiàn)性系統(tǒng)的分析與校正與線(xiàn)性離散系統(tǒng)的分析與校正。上述都是自動(dòng)控制原理課程中重要的教學(xué)內(nèi)容，因此，自動(dòng)控制原理涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，使課時(shí)顯得相對(duì)較緊。

1.3 課程的理論性較強(qiáng)

該課程教學(xué)的主要內(nèi)容是基于數(shù)學(xué)模型及數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，計(jì)算量較大且計(jì)算技巧要求較高，并且需要運(yùn)用不同的數(shù)學(xué)工具與手段。因此，其教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過(guò)程顯得乏味無(wú)趣，難以引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，需要通過(guò)教學(xué)改革來(lái)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2 教學(xué)中出現(xiàn)的主要問(wèn)題

2.1 學(xué)習(xí)內(nèi)容繁雜

自動(dòng)控制原理課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容涉及廣泛，知識(shí)點(diǎn)多且抽象，大多脫離了學(xué)生生活中的常識(shí)與經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知。由于內(nèi)容較多，造成該課程教學(xué)學(xué)時(shí)相對(duì)較緊，學(xué)生課后復(fù)習(xí)面也較廣并難以消化，從而導(dǎo)致該課程的平均考核成績(jī)相對(duì)不高。

2.2 理論較深并難以理解掌握

教學(xué)內(nèi)容數(shù)學(xué)推導(dǎo)、數(shù)學(xué)工具及定理較多，仿佛與實(shí)踐中的具體事物聯(lián)系不大。這些都造成了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)枯燥無(wú)味、晦澀難懂，感覺(jué)理論較深并難以理解掌握，從而產(chǎn)生畏學(xué)的心理。

2.3 課堂學(xué)生參與度不高

由于課堂教學(xué)以理論傳授與數(shù)學(xué)推導(dǎo)為主，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不大，并且在課堂上能夠參與討論的程度不高。如何引導(dǎo)學(xué)生思考與課堂學(xué)習(xí)互動(dòng)，值得深入探討。

3 自動(dòng)控制原理對(duì)學(xué)生能力的綜合培養(yǎng)

自動(dòng)控制原理課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的綜合分析與設(shè)計(jì)能力、理論研究水平、獨(dú)辟蹊徑的創(chuàng)新能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的綜合實(shí)踐能力，為解決自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜性工程問(wèn)題提供理論與實(shí)踐參考，能夠幫助學(xué)生了解與掌握自動(dòng)化類(lèi)的專(zhuān)業(yè)方向，提高其專(zhuān)業(yè)的理論水平和實(shí)踐能力。

具體應(yīng)使學(xué)生熟練掌握復(fù)變函數(shù)的基本運(yùn)用、掌握自動(dòng)控制原理的基本概念與定理，掌握經(jīng)典控制理論的主要內(nèi)容，并能夠運(yùn)用其基本理論對(duì)具體系統(tǒng)對(duì)象進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，并能夠改進(jìn)及校正系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，滿(mǎn)足實(shí)踐中的特需要求。使學(xué)生具有定量計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、定性分析、歸納總結(jié)、靈活應(yīng)用等能力，使學(xué)生具備在一系列數(shù)據(jù)分析處理中能夠正確評(píng)估、分析與總結(jié)，得出相應(yīng)科學(xué)結(jié)論的能力。

4 教學(xué)方法的改進(jìn)與探討

本文結(jié)合自動(dòng)控制原理的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合該課程的特點(diǎn)，總結(jié)出7個(gè)在教學(xué)過(guò)程中值得關(guān)注的要點(diǎn)。

4.1 教材的選擇

擁有一本優(yōu)秀的教材，往往是通向成功學(xué)習(xí)的捷徑。教材若能夠深入淺出地闡述原理與舉出實(shí)例，常常能夠讓學(xué)生易于理解及掌握要點(diǎn)與難點(diǎn)，并能夠舉一反三和靈活運(yùn)用。選用了自動(dòng)化行業(yè)內(nèi)口碑甚好的胡壽松版《自動(dòng)控制原理》，該教材能夠涵蓋本學(xué)科的基本知識(shí)，其知識(shí)與概念闡述清晰易懂，能夠培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力與獨(dú)立思考的能力。

4.2 教學(xué)內(nèi)容與教案的合理制定

依照教材對(duì)實(shí)際的教案進(jìn)行了編寫(xiě)與改進(jìn)，并根據(jù)我校的實(shí)際學(xué)時(shí)進(jìn)行了增補(bǔ)與取舍，教學(xué)內(nèi)容包含了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線(xiàn)性系統(tǒng)的分析方法、線(xiàn)性系統(tǒng)的校正以及非線(xiàn)性系統(tǒng)的分析等《自動(dòng)控制原理》中經(jīng)典部分的主要內(nèi)容。

在教案的編排中增加了例題講解與案例分析，當(dāng)堂講解理論知識(shí)在實(shí)例中的應(yīng)用，使理論學(xué)習(xí)不再虛無(wú)縹緲和晦澀難懂，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

4.3 劃分教學(xué)目標(biāo)模塊

將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi)與規(guī)劃，可以清晰教學(xué)思路，進(jìn)一步總結(jié)教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，讓任課教師能夠思路清晰，知道“教什么”與“培養(yǎng)什么”之間的關(guān)系，以及讓學(xué)生知道要“學(xué)什么”與“鍛煉什么能力”之間的內(nèi)涵。

本課程根據(jù)本科教育工程認(rèn)證的相關(guān)理念，劃分出“工程知識(shí)”“問(wèn)題分析”“設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方案”“研究”等能力培養(yǎng)模塊。具體分別體現(xiàn)為“了解與掌握自動(dòng)控制原理的基本知識(shí)點(diǎn)與概念，能夠建立線(xiàn)性連續(xù)定?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，能夠用復(fù)數(shù)方法、時(shí)域法與頻域法計(jì)算線(xiàn)性控制系統(tǒng)的基本特性與參數(shù)”“能夠熟練掌握經(jīng)典控制理論的分析方法，運(yùn)用時(shí)域法、頻域法與根軌跡法對(duì)實(shí)際的線(xiàn)性連續(xù)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模與深入分析，并對(duì)原系統(tǒng)的性能進(jìn)行改進(jìn)與校正”“根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象，并結(jié)合具體的特定要求，能夠運(yùn)用時(shí)域法、頻域法與根軌跡法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所需的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)”“能夠應(yīng)用已有的自動(dòng)控制經(jīng)典理論對(duì)未知模型及參數(shù)的系統(tǒng)進(jìn)行理論分析與研究”。

4.4 總結(jié)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)與難點(diǎn)

明確教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)與難點(diǎn)可以輔助任課教師“怎樣教”，以及輔導(dǎo)學(xué)生“如何學(xué)”，即明確攻堅(jiān)方向。根據(jù)教學(xué)大綱，以下節(jié)選了《自動(dòng)控制原理》中的重要章節(jié)，對(duì)其教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)與難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)與概括。

在“線(xiàn)性系統(tǒng)的根軌跡法”中，教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)為系統(tǒng)零點(diǎn)、極點(diǎn)、主導(dǎo)極點(diǎn)的概念；根軌跡法的基本要點(diǎn)；典型系統(tǒng)根軌跡的繪制。難點(diǎn)是系統(tǒng)根軌跡的繪制；根據(jù)系統(tǒng)根軌跡的走勢(shì)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性及相關(guān)參數(shù)。

在“線(xiàn)性系統(tǒng)的頻域法”中，教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)為頻域法的基本要點(diǎn)；波特圖與奈奎斯特圖的繪制；奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)與應(yīng)用；超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等參數(shù)與系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)及閉環(huán)頻率特性相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系。難點(diǎn)是通過(guò)開(kāi)環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)特性；通過(guò)頻率特性分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性及相關(guān)參數(shù)。

4.5 合理增加數(shù)學(xué)定理與工具的講解

在自動(dòng)控制原理課程的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)常用的數(shù)學(xué)定理與工具——例如，傅立葉變換、拉普拉斯變換以及Z變換等進(jìn)行詳細(xì)講解，使學(xué)生運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)工具的能力得以提高，消除其畏學(xué)、怕學(xué)的情緒，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心。

4.6 增強(qiáng)學(xué)生的課堂互動(dòng)

在自動(dòng)控制原理教學(xué)過(guò)程中，合理提出問(wèn)題與假設(shè)，課堂上讓學(xué)生獨(dú)立思考，提高其學(xué)習(xí)關(guān)注度，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)主動(dòng)性。結(jié)合具體的實(shí)際例題與案例，講解某些條件下的解題過(guò)程及應(yīng)用，再給出其他條件，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考和融會(huì)貫通，并由此培養(yǎng)其學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到良性循環(huán)的學(xué)習(xí)效果。

4.7 考核方式的改進(jìn)

除了卷面考試、作業(yè)之外，還將課堂互動(dòng)、學(xué)習(xí)報(bào)告也納入課程期終的考核范圍。在本課程考核中，除了期末考試的卷面成績(jī)之外，平時(shí)成績(jī)占據(jù)百分之三十，其中包含了作業(yè)、課堂互動(dòng)、學(xué)習(xí)報(bào)告、調(diào)查報(bào)告或PPT等，極大地豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)方法與學(xué)習(xí)手段，大大增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

5 結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)過(guò)程中經(jīng)過(guò)上述教學(xué)摸索與方法總結(jié)，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與興趣，使其由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，提高了其學(xué)習(xí)上的主觀能動(dòng)性，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到有效地提高。