“自动控制原理”课程全方位教学改革及实践

摘要：分析了“自动控制原理”课程的特点，指出了以“教师为中心”的单一教学模式和“课堂板书讲授+验证实验”的传统教学方法的缺点。为了提高教学质量，课程组结合课程特点和现代教学手段，分别在教学内容、课堂教学方法、作业、实验、网络资源、考核评价、教学研讨等方面进行了改革与实践，在教学实践中取得了良好效果。

关键词：自动控制原理；计算机辅助教学；考核方式多元化

作者简介：陈兆岭（1967-），男，江苏泰州人，江苏大学电气信息工程学院，讲师；刘国海（1964-），男，江苏扬州人，江苏大学电气信息工程学院，教授。（江苏 镇江 212013）

基金项目：本文系江苏省“十二五”高等学校重点专业建设（批准号：苏教高[2012]23号）、2011年江苏大学校级教学改革与研究项目（重点）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）05-0086-02

“自动控制原理”是一门理论性和工程实践性都较强的专业基础课，是后续专业课程不可缺少的先行基础课，[1]江苏大学电气信息工程学院所有专业的学生都要学习这门课。为了提高教学质量，课程教学组根据课程特点采用多种教学手段，对课程教学进行了全方位的改革实践。

一、课程特点和教学改革的必要性

“自动控制原理”课程的特点是：内容成熟丰富、涉及知识面广、理论性强、比较抽象但又和工程实践联系紧密、可供使用的教学手段更新发展快，同时习题多、难度大，是具有一定深度和学习难度的课程，往往让学生感到难学，教师感到难教。[2]教师在讲授过程中也容易过分强调理论知识的数学推导而忽视工程应用，使这门课类似数学课。[3]若教师对这门课程采用以“教师为中心”的单一教学模式，沿用传统的“课堂板书讲授+验证实验”的教学方法，则不利于学生系统地掌握课程知识点，会导致学生缺乏学习兴趣和主动性，从而无法达到良好的教学效果。[4，5]因此教师必须更新观念，大力倡导积极主动的学习方式，充分应用先进的现代教学手段，建立一套包括理论讲授、计算机辅助教学、实践教学、作业讲解、网络资源共享、评价体系和学术讨论相结合的全方位的课程教学改革新体系，充分调动教师和学生的积极性，努力提高教学质量。

二、全方位教学改革实践

江苏大学“自动控制原理”课程教学组经过认真研究，本着“以学生为中心”、“厚基础、重实践、重能力”的指导思想，在省重点专业建设和校级教学改革与研究项目的资助下，对课程体系进行整体优化，将多种教学手段并举，实现了师生之间学习过程的双向互动，取得了良好的教学效果。

1.精选教学内容

为了解决“自动控制原理”课程内容多、学时少的矛盾，教师必须根据教学大纲的培养目标突出重点优化整合教学内容。根据江苏大学电气信息工程学院各专业的学习需要，本课程组分别精选了90、75、60和45学时的课堂教学内容。自动控制系统分析与设计的主要内容和重点是研究系统的特性，即稳定性、动态性能、静态性能。“稳、快、准”贯穿了时域分析、根轨迹分析和频域分析的过程，教师在讲课过程中又以工程上应用广泛的频域分析为重点和难点，将基本概念、基本原理和基本方法讲透，让学生了解和学习“控制论”的思想方法。课程开始时就向学生推荐几本国内有影响的参考书，对于教学大纲中规定的了解内容则略讲，或让学生课余自学，这样不但培养了学生的自学能力和独立思考解决问题的能力，也节省了课时。

教师也要注重介绍控制学科前沿的最新发展，使课程具有先进性和时代感。增加MATLAB软件的应用，减少讲授系统根轨迹绘制、频率特性绘制的内容，而将重点放在应用根轨迹法和频域分析法进行工程分析与设计上，使学生掌握专业的知识与技能。

根据以上原则，课程组成员编写的教材《自动控制原理》将于2013年由机械工业出版社正式出版发行。

2.课堂教学手段多样化

课堂教学是教师讲授和学生学习的重要环节。为了增强授课效果，教师应采用讲授式、探究式、案例式、讨论式和对比式等教学方法相结合，采用以多媒体课件为主、减少板书时间、增加Matlab软件应用内容介绍、增加师生互动交流时间等教学手段。

课程组教师根据授课内容的不同，将多种教学方法相结合，如绪论部分采用了讲授式、案例式、对比式等方法介绍自动控制的定义、特点、实例、基本内容和基本要求；采用探究式、讨论式和对比式等方法分析时域法、根轨迹法和频域法的区别与联系、应用范围、优缺点等。

由于课程理论性强、公式推导多，采用传统的板书方式耗时费力，而采用多媒体课件教学，不但节省课时，而且图文并茂，增加了信息量，提高了课堂教学效率。为了适应学生的思维速度，在公式推导时，教师利用多媒体动画一步步地给出演算过程，产生了和板书相同的效果。

教师引入基于Matlab的计算机辅助教学，避免了高次方程解根、高阶系统性能指标计算等烦琐计算，可以把时域、根轨迹、频域分析和校正系统的绘图很快地在计算机上绘制出来，还可以方便地分析系统传递系数、开环零极点变化等对系统性能的影响。这不仅提高了课堂的教学效率，也使学生巩固了所学知识，拓宽了思路， 提高了学生的学习的兴趣和热情，同时为后续的课程设计、毕业设计的分析和计算工作打下良好基础。

采用的多媒体课件和引入的Matlab辅助教学节省了课时，增加了师生课堂互动交流的时间。教师在授课过程中可适当地留一些悬念，启发学生思考后再进行讲解，效果更好。如在讲授奈氏稳定判据时，抛出问题：当有p个开环极点在s平面的右半部时，奈氏曲线会如何变化，奈氏稳定判据应用时应作哪些修改。通过学生独立思考、师生互动解决问题后，学生对奈氏稳定判据的本质理解更深刻，印象更清晰。

教师每讲完一章应归纳出本章知识点作为学生复习的重点，引导学生及时复习。

3.改革作业完成方法和实验方式

课后及时做作业，有利于学生深入理解学习内容、巩固所学知识。教师课后布置一些概念性强的习题，要求学生阅读参考书，利用Matlab指令或Simulink模块进行仿真，这样既拓展了学生的思维模式又能让经典的专业知识与时展相结合，使学生在掌握成熟的专业理论的同时理解本专业的性质和实际应用特点。

实验方面采用验证实验和设计实验相结合、仿真实验和物理实验相结合、课堂实验和开放实验相结合的方法。需要在课堂完成的验证实验有四个，同时学生也可自主设计实验，学生根据所学的知识利用实验室的设备自由设计实验，以验证所学的理论知识，充分发挥学生个体的能动性、创新性来自主设计一些自动控制系统。通过实验，学生掌握了诸如实际温控系统的组成、PID控制器的设计和调节，更好地将理论知识应用到实际系统中。

课程组教师结合自身的科研课题，吸收部分学生实际参与；组织学生开展各种丰富多彩的课内外科技活动，进行大学生电子设计制作培训；组织学生参加全国大学生电子设计竞赛、校“星光杯”科技作品大赛、大学生科研立项等活动，学生每年都取得不俗成绩。

4.网络资源的建设和利用

江苏大学开发了“自动控制原理”课程的网络课堂，教师充分利用校园网络资源进行网上辅助教学。网络课堂系统主要分为三大模块：资源中心模块、教师管理模块和学生自主学习模块。课程教学大纲、教案概略、参考文献目录、网上提交作业、在线测试、实验预约、师生互动、网络课件、部分授课录像等都已上网使用，并逐步充实和完善。学生可在网上下载所需学习资料用于课前预习和课后复习。网络资源中心不断更新充实国内精品课程、学术期刊和相关技术资料等内容，为学生的自主学习提供了一个良好平台。除此之外，该系统还包括随机出题的习题库子系统，学生可以随时通过习题库进行自我测验，同时也有网上辅导体系，学生可以随时与教师互动答疑。

5.考核评价方式多元化

江苏大学“自动控制原理”课程改变期末一张考卷定成绩的传统做法，总评成绩由平时成绩和考试成绩组成，平时成绩占25%，考试成绩占75%。平时成绩主要考核上课出勤、课堂参与情况、作业成绩、实验成绩。试卷命题要知识覆盖面广，分为基本要求部分和提高部分，前者约占试卷总分值的75%，主要考核学生掌握基本知识的程度，后者约占试卷总分值的25%，主要考核学生灵活运用所学知识的能力，难度与考研题接近。这样做既考核了学生掌握基本知识的情况，又促进学生深入学习研究，保证了考核结果的区分度。

6.教改研讨活动制度化

“自动控制原理”是学院的重点教学课程，学院成立了专门的课程教学小组，并持续吸收自动化系新教师加入。多年来，课程组坚持开展经常性的、有计划的教学研究活动，针对课堂教学中的重点、难点以及新问题开展专题讨论，深化课程的教学改革，不断地更新和完善教学内容，改进教学方法。学校每年开展一次讲课竞赛，提高教师讲课技能，积极申报省市和学校的教学改革项目，所涉及的内容有：课程教学体系整体优化、教学内容与方法改革、课程群建设、双语教学、教材建设、实验室建设、多媒体教学研究与建设、网络教学平台建设等。学院鼓励对外交流，鼓励教师发表教学改革论文，派出课程组教师参加每两年举办一届的“全国自动化教育学术年会”，直接和兄弟院校交流教学经验，学习先进的教学方法和手段，将“自动控制原理”课程的教学改革推向新的台阶。

三、教学效果

“自动控制原理”课程的全方位教学改革，取得了良好的教学效果。学生普遍反映学习兴趣浓厚、课程内容充实、学习效率提高，考核总评成绩提高，不及格率下降至7%以下。相当数量的学生在教师的研究课题中发挥较大的作用，每年参加的全国大学生电子设计竞赛，都能取得几项一等奖，对江苏大学的电气工程及其自动化专业（国家级特色专业）和自动化专业（江苏省品牌特色专业）的建设起到了促进作用。

参考文献：

[1]田玉平.探索“自动控制原理”课程教学体系改革之路[J].电气电子教学学报，2008，30（3）：8-11.

[2]李振龙，乔俊飞，孙亮，等.自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨[J].教学研究，2009，32（2）.

[3]符强.《自动控制原理》课程的探究式教学研究[J].四川教育学院学报，2012，28（3）.

[4]董帅，李春卉，张文斌，等.自动控制原理课程教学模式的创新思考与实践探索[J].中国电力教育，2102，（3）：82-83.

[5]陈惠英，王培良.“自动控制原理”精品课程建设的探索与思考[J].中国电力教育，2102，（5）：25-26.