“自动控制理论”课程教学方法研究与实践

摘要：“自动控制理论”是自动化专业的一门重要专业基础课，在高校本科自动化专业的所有课程中起着承前启后的作用，是自动化专业的一块敲门砖。对于这样一门举足轻重的课程，研究教学方法和教学手段，提高教学质量具有重大的意义。结合实际教学中的经验，对自动控制理论课程的教学方法进行了研究和实践。

关键词：自动控制理论；教学方法；教学手段

作者简介：曹敏（1976-），女，贵州习水人，贵州大学电气工程学院，副教授；徐凌桦（1976-），男，贵州贵阳人，贵州大学电气工程学院，副教授。（贵州 贵阳 550025）

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2014）14-0085-02

“自动控制理论”是自动化专业的一门重要专业基础课，由于其理论性强，涉及知识面广，与先修课程联系紧密，容易让学生产生畏难情绪。然而，该门课程又是自动化专业的一块敲门砖，能否扎实掌握该门课程所学内容，直接影响到对后续专业课程的学习和理解，而且，该课程同时也是自动化类硕士研究生的必考科目之一。为此，结合近几年的教学实践经历，笔者对自动控制理论课程的教学方法和教学手段进行了探讨。

一、讲在所有授课内容之前

由于“自动控制理论”这门课程在整个自动化专业本科知识体系中占据了重要的一席之地，因此，在讲授该门课程之前，对课程在本专业的地位、教学目的、考核方式等等做一个简要的介绍极其必要。在讲授所有具体内容前，事先告知该门课程有什么用，并用通俗易懂的话简要概括课程所要讲授的内容，让学生了解该课程在整个专业学习中所占据的地位，需要用到哪些已经所学的知识以及将对之后要学习的专业课程的贡献等等。另外，还可对课程的学习方法及考核方式等问题一一简要介绍。这样做，一方面避免了学生学习的盲目性，解决了学生“为何要学这门课程”的问题，减轻同学的畏难心理，另一方面也强调了课程的重要性，有助于学生树立学习这门课程应具有的正确学习态度，增强对课程的重视程度。

二、“自动控制理论”在自动化专业的课程地位

“自动控制理论”是本科自动化专业的一门重要专业基础课，其在整个自动化专业课程体系中所占据的地位，简单说来就是“承前启后”。

由于课程主要讲授分析和构建自动控制系统的理论和方法，需要用数学手段抽象出由实际物理器件或由各种电子元器件搭建而成的系统的数学模型，从而要用到高数、工数、电路、电机、模电、数电等知识。因此在学习该门课程之前，学生应已先修“高数”、“工数”、“电路原理”、“电机与拖动”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”等课程。

此外，作为自动化专业的专业基础课，“自动控制理论”又为后继课程所用。如以电机为主要研究对象的运动控制系统、以各种具体生产过程为研究的过程控制系统，以及以单片机、工控机、PLC为核心控制器的计算机控制系统等常会使用传递函数来描述系统的数学模型，并使用时域或频域法来分析系统的性能，衡量系统的稳定性，又或是对具体的各种控制系统使用“自动控制理论”的方法来对系统进行设计。由此可见，“自动控制理论”是自动化专业的一块敲门砖，是一门不可或缺的专业基础课。

三、“自动控制理论”的课程内容

尽管“自动控制理论”理论性强，内容多，涉及面广，概念抽象，且知识环环相扣，其以线性系统为主要研究对象，囊括了自动控制系统的基本概念、系统数学模型的建立及简化、线性系统的时域分析、系统的根轨迹、系统的频域分析、系统的校正及离散系统等内容。看起来内容纷繁复杂，且与先修的多门课程联系紧密，但总的说来，该课程讲述了两个内容：一是自动控制系统的分析，而另一个内容就是自动控制系统的综合（设计）。要讲述第一个内容，那就先要了解什么是自动控制系统，它是由什么组成的，对于组成它的各个环节有哪些专有称谓等等；接着在了解了自动控制系统的构成后，要分析系统，则需要建立系统的数学模型；之后便是用时域法、根轨迹及频域法等来分析系统。而对于第二个内容，控制系统的综合，则是设计出满足相关性能指标的自动控制系统。当系统不满足性能时，则考虑通过增加校正环节来对系统进行调整，以使设计出的系统满足要求。由此，“自动控制理论”的内容可简要概括如下：

系统分析：系统的概念；系统数学模型；系统的时域分析；系统的根轨迹分析；系统的频域分析。系统综合：系统的校正方法；系统的校正。

以上这些内容，可深可浅，具体的章节内容安排还应与采用的教学手段、教学方法以及课程的学时数安排等相结合，制作出既不偏离“自动控制理论”主体内容，又符合培养学生掌握学习方法激发学习兴趣要求的课程内容。

四、“自动控制理论”课程教学中所采用的教学手段

1.张弛有度的多媒体教学

随着现代化教学模式的引进，各种多媒体教学课件涌入课堂，授课教师从繁重的传统板书教学中解脱出来，节省了课堂时间。然而，过分依赖于多媒体课件，常常会导致课堂节奏快，学生对所学知识印象流于表面。并且由于节省了板书时间，课堂的知识量无形中会加大，学生常来不及对各个知识点进行深入思考并理解掌握。尤其对于“自动控制理论”课程来说，需要推导大量的定理、公式及法则等，若这些工作都只靠课件来完成，学生则处于被动接受知识的状态，其学习效果可见一斑。众所周知，人接受理解并掌握新事物、新知识需要一个过程，且在此过程中通过积极思考、主动参与才会留下深刻印象，深入认知后方可举一反三灵活应用。授课经验表明，将传统的板书模式与现代化多媒体教学方法相结合，对于诸如系统数学模型的建立，系统分析及校正装置的设计等重点内容通过板书、应用启发引导进行推导演算的互动式教学更有助于学生对知识的掌握理解，提高学习效果培养其计算分析能力和解决问题的能力。现代化多媒体教学手段在“自动控制理论”课程中的使用要张弛有度并与其他教学手段相结合方能起到最佳教学效果。

2.主干清晰的宏观教学

“自动控制理论”具有理论性强，内容丰富，涉及面广，概念抽象，环环相扣，与数学联系紧密且需要较强的计算能力等特点，容易让学生产生厌学、弃学情绪。因此，在讲授具体知识之前，用通俗易懂的一两句话从宏观角度高度概括课程内容，事先让学生对“自动控制理论”有一个整体的认知，解决“这门课有什么用”，“需要用到哪些已经学过的知识”，“主要讲什么内容”，“为后继哪些课程服务”等问题，有助于学生树立对课程的整体观念，避免知识片面、孤立。而每堂课开始使用几分钟的时间对所讲内容进行概括性简介，指出所授知识点难点及重点，既有助于学生抓住主干，理清思路，又可让他们在学习的过程中有目的地去构建相关知识，提高其课堂注意力。

事实上，从宏观上说控制理论主要围绕着系统的稳定性、动态性能和稳态性能三方面叙述了以线性反馈控制系统的系统分析及设计两大内容。有了这个整体概念，在宏观教学思想的指导下，可将课程内容自上而下地划分为几大模块，在讲授过程中，从模块用途开始，逐步细化模块知识，层层分解，直至各个末枝细节，最后确定各个模块在主干中所处的位置，与其他模块之间的关联状况等。即由主干梳理到具体知识的精分，又由知识浓缩到课程主干的提取。教学经验表明，这种主干――枝叶――主干的教学方式，有助于加深学生用整体统一的思想将控制原理的知识体系融会贯通，把彼此相互联系的概念、观点源源不断地纳入一个统一的结构中并进行合理的分门别类。通过主干，构造了“自动控制理论”课程的框架，学生学习的过程则是对这个框架不断充实的过程，最终，学完课程后，学生则能思路清晰地总结出课程主要内容，梳理出课程的主干，避免只学到零碎的知识片段。

3.提问+回答式的互动教学

在教学活动中，学生是永远的主体。如何调动学生的学习积极性，把他们由被动学习转变成主动探究，是授课教师义不容辞的责任。为此，在教学过程中，笔者常根据所要讲授的内容，提出一些紧密相关的问题，让学生进行讨论分析，引导他们解决问题，总结出问题的答案并进行回答。最后教师会就问题再次进行归纳和总结。此外，在每次课讲解新的内容前，对于已经学习过的知识，花5～8分钟的时间，让一名学生对上次所学知识进行简要的回顾，并由其余同学对其进行提问，对于回答不完善或不正确的，可由提问者进行补充回答或纠正。教学经验表明，采用这种方式进行授课更有助于学生对所学知识的理解及掌握，且印象深刻，加强了师生间以及同学间的相互交流，有利于各种创新思维的迸发，同时也调动了学生的学习积极性，增加了他们的学习信心，培养了他们分析并解决问题的能力以及归纳总结和语言表达的能力。

4.学生自主式学习的课堂教学

“自动控制理论”涵盖内容多，如果在教学中一味采用以教师为主体的填鸭式教学，则在无形中助长了学生弃学、厌学的思想，压制了其主观能动性及思维的创新性发展，不利于其学习能力的培养。为了激发学生的学习主动性，笔者在教学中采用了以学生为主的课堂教学方式。即把学生分成几组，分别选取“自动控制理论”中易于读懂的章节知识在课下进行学习并制作相应的课件，然后在课堂上选取一名小组成员配以自制的课件来向全体同学传授知识。其余小组成员可以进行补充，而其他同学则可以就不清楚不明白的地方向该小组同学进行提问。教师根据每组同学的情况会给出相应分数，并将其计入“自动控制理论”课程的总成绩中。教学效果表明，学生们在课堂上更为活跃，这种授课方式大大增加了学生的学习主动性，使学生在自主学习的过程中去真正体会学习――理解――掌握知识的过程。通过教师对学生的鼓励、支持及肯定，则进一步增强了他们的学习情绪和自信心，同时还培养了他们的团队合作精神。反过来，从这种以学生为主的课堂教学中，学生在课堂中所展示出的各种创造性思维则为思维几乎已经模式化的教师开辟了新的天地，更有助于教师自身教学水平的提高。这种良性互动，正是教学过程中喜闻乐见的。

五、结束语

教学方法的探索和教学模式的改革是教学过程中永恒的话题，“自动控制理论”是自动化专业的一门重要专业基础课，笔者经过多年的教学实践，总结出以上一些教学方法并进行了实施，获得了一定的效果。为提高教学质量，在今后的教学实践中，只有不断扩充新的方法，不断总结，不断改进，才能更好地引导学生掌握相关知识，为后继课程夯实基础。

参考文献：

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