“自动控制原理”课程教学探索

摘要：针对“自动控制原理”课程的教学特点，结合所在学院的实际情况，对理论教学和实验教学进行了总结并提出了一些新思路、新方法，并将其应用于教学实践中。实践证明，提出的教学方法有效提高了教学质量，增强了学生的学习兴趣，提高了学生分析问题和解决问题的能力。

关键词：自动控制原理；教学实践；多媒体授课

作者简介：潘奇明（1980-），女，湖南宁乡人，电子科技大学中山学院，讲师；李博（1977-），男，广东茂名人，电子科技大学中山学院，讲师。（广东 中山 528400）

基金项目：本文系电子科技大学中山学院质量工程建设项目（项目编号：ZLGC2011JXTD08）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）07-0080-02

“自动控制原理”是自动化专业及其他相关专业的重要专业技术基础课程，是学习后续专业课的基础。该课程教学中存在如下两方面的问题：第一，该课程涉及多个学科领域，必须先修“物理”、“高等数学”、“复变函数”、“电路分析”、“模拟电路基础”、“电机与拖动”、“机械”等课程，教学内容丰富，因此在有限的课时内难以做到面面俱到；第二，该课程理论性强，修过“信号与系统”课程或者数学基础较好的学生理解起来相对容易，否则较困难。针对以上问题，在总结多年教学经验的基础上，提出了教学实践中的具体解决方法。实践证明，提出的方法可以有效解决以上问题，提高学生的学习效率和学习兴趣，进而提高教学质量。

一、选取适合的教材

“自动控制原理”内容多、理论性强，对数学及电子电路等先修课程的要求较高，在人才培养中占极重要的地位。而教材是课程的根本和重点，目前《自动控制原理》教材种类繁多，有些教材难度较大，适合基础较好的学生使用，有的教材讲得很详细，比较适合学生自学。考虑到部分基础较好的学生会考研或继续深造，在近几年的教学过程中，前四章（控制系统导论、控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法和线性系统的根轨迹法）采用了胡寿松老师编写的《自动控制原理》（科学出版社），后四章（频率特性分析法、自动控制系统的校正、非线性控制系统的分析方法和线性离散时间控制系统分析）采用了高国等老师编写的《自动控制原理》（华南理工大学出版社）。这两本教材结合起来较合适教学，教师好教，学生学起来也容易。教材选合适了，不但有利于提高教师的教学效果，更有利于增强学生的学习兴趣和学习能动性。

二、优化教学模式

教学过程中重视教师的主导作用和学生的主体地位，广泛采用多样化的教学方法：启发式教学、任务驱动式教学、研讨式教学、案例式教学、归纳式教学等，鼓励学生课前预习，带着问题有目的性地听课，鼓励学生发表自己的见解，调动学生的积极性，提高学习兴趣，培养他们分析问题和解决问题的能力。对于课前预习好的学生采取加平时分的措施，没有预习好的同学不减分，对他们以鼓励为主。

自动控制系统的分析计算包括定性分析和定量计算。对于定量计算，只要理解了那些计算公式的由来，手工计算相对较简单，较复杂的计算也可通过MATLAB进行仿真。而对于定性分析，比如考虑系统某个参数变化对系统响应或性能的影响时，对于简单情况可以把定量的值代入计算公式，得到性能指标值，比较之后可以得到定性分析的结论，对于复杂情况可以采用MATLAB工具软件，通过改变参数或环节来仿真，直观观察该参数或环节对整个系统响应过程的影响，学生对比曲线之后容易发现规律，从而得到定性分析的结果，这种从分析特例得出结论的“归纳式教学法”不失为定性分析的一种较好的手段。关于定性分析，高国等老师编写的《自动控制原理》（华南理工大学出版社）有很多实例，便于学生自学。教师在授课时可以在多媒体课件和该仿真系统之间随意切换，计算、绘图可实时演示和显示。通过这种直观的教学，学生对新知识的印象深刻，同时避免了课件一晃而过的缺陷，达到较好的教学效果，这样极大提高了学生的学习兴趣，从而使教材中的公式和理论更容易理解和记忆，教学效果明显改善。

随着现代教育技术的迅速发展，目前，“自动控制原理”课程大多采用PPT多媒体授课，讲解速度加快，这种方式可以解决有限学时内扩充授课容量的问题，但成绩较差的学生思维速度缓慢，难以及时消化，这样并没有达到提高学习效率、改善教学效果的目的。因此，传统板书的优点和现代教育技术的优点合理结合才是提高学习效率和教学效果的最优途径。例如，在讲解根轨迹绘制法则和频域稳定性判据时，虽然手工绘制曲线不如MATLAB绘制的漂亮，但是它能清晰地体现步骤，便于学生加深理解，记忆深刻。

此外，利用学院的网络教学平台，可以突破时间和空间的限制，教师把教学资源全部放到网上，使学生能自由地学习与练习、复习，同时教师可以及时跟踪学生的学习次数，对于有疑问的学生及时给予解答，不仅达到了教师与学生及时交流的目的，也是对学生平时学习情况考核的一种有效手段，同时也能满足不同层次学生的需求。

三、注重学科之间的联系

目前一般高校的自动化专业开设了“电路分析”、“模拟电路基础”、“信号与系统”和“自动控制原理”等课程。虽然这几门课之间存在一定的交叉，但是合理安排各门课授课内容，既可以避免重复，又可以为后续课做好必要的铺垫。比如，在“电路分析”这门课程中可以不讲授“电路的复频域分析”和“二阶系统的阶跃响应和冲激响应”，而是把它放在“信号与系统”中分析和理解。目前有的高校考研科目为“信号与系统”和“电路分析”的综合专业课，学完“信号与系统”课程的学生发现，很多二阶电路分析题目都可以利用“信号与系统”中学的方法来迅速求解。“信号与系统”这门课程中讲授“系统的复频域分析”时，既完善了“电路分析”中未学的部分，又为学习“自动控制原理”的“系统的时域分析”和“系统的频率特性分析法”打下了必要的基础。

在做“自动控制原理”硬件实验的时候，每个实验都需要学生自己在实验箱上搭建电路系统。实验完成后，学生不但掌握了控制系统的分析、设计和相关计算，而且进一步巩固了模拟电路和电路分析所学的相关知识点及其应用。

因此，教师上专业课或者专业技术基础课时，不能孤立地教授某一门课，应把所有相关课程紧密有机联系起来，充分考虑课时安排和所授课内容，才能合理利用课时，尽可能多、尽可能灵活地传授知识。

四、强化与改善实验教学

实验是在理论知识学习基础上完成的。理论教学与实验教学相辅相成，实验促进教学，教学为实验的实施做必要的理论准备，学生要完成实验课必修的16课时。为了更好地开展实验教学，学校设立了开放实验室。目前开放实验室内容正在继续完善中，已有液位控制综合实验、温度控制实验、步进电机控制实验、直流电机调速控制实验、自动供料系统模型等。有浓厚兴趣和学有余力的学生可以利用课余时间，以团队为单位，向实验中心提出申请，充分利用已有实验设备，自主地完成一些控制类的课外实验，这样既可以获得选修学分，也增强了动手能力和分析问题、解决问题的能力。这些综合开放性的实验为学生将来做毕业设计打下了较好的基础，巩固了课堂所学的控制系统分析以及设计的方法。同时，科研能力强的老师带领学生，以工程为背景，提出不同的设计题目，每个题目由多名学生合作完成，每人承担不同的任务，每人承担的工作既独立又有联系。在整个设计过程中，学生都能经历资料查阅、方案的确定、购买元器件和系统制作、软硬件调试的全过程，遇到问题能互相协商，最后完成设计，真正做到了理论联系实践，培养了学生的创新能力，树立了团队合作意识，最大限度发挥个人的能力。

五、采取合理的考核方式

课程考核是教学评价的重要手段之一。对学生而言，考核是对其学习效果的一种评价，而这种评价本身是一种积极的激励机制。为了促进学风建设，激发学生在整个学习过程中都能认真投入到学习中，鼓励创新，将理论考试总评成绩分为平时过程考核成绩和卷面考试成绩两部分。平时成绩占总分的30%～40%，主要根据考勤、预习情况、课堂表现，学习主动性、作业完成情况、参加各类跟专业相关的科技竞赛等情况综合评定；卷面考试成绩占总分的60%～70%，采用AB卷统一命题，主要考核学生掌握基本知识的情况和综合分析计算能力及创新能力。

六、结束语

笔者总结了多年来讲授“自动控制原理”课程的一些教学经验，提出的新思路、新方法应用于教学实践中，使得存在的一些问题得到了明显的改善，可以有效提高学生的学习能动性和教学效果，培养了学生的创新能力和工程实践能力。在学习理论时，大部分学生的主动性大大提高，能够做到理解记忆，能综合运用所学知识分析相关问题；在实验教学中，学生具有较高的热情，动手积极性提高，动手能力得到很大改善，真正做到了理论和实践的有机结合，基本上达到了应用型人才培养的目的。

参考文献：

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