面向三本学生的自动控制原理课程教学改革与实践

【摘 要】针对《自动控制原理》课程在我校三本学生教学中存在的问题，提出了从数学基础抓起、计算机辅助教学、注重建立系统概念等几个有效的教学改革措施。根据学生数理知识基础的实际情况，合理安排和优化课程的体系结构组织和设计方法，提出了适应学生的数理基础，改进教学的若干方法和措施，从而提高教学效果。

【关键词】自动控制原理；三本学生；教学改革与实践

0 引言

《自动控制原理》课程是高校电气自动化专业的专业必修课，是电气类、机械类等许多专业的学科基础课。该课程是本科生后续课程的基础课程，在控制科学与工程学科中占有重要地位。该课程高度抽象、涉及多方面的数理知识，是一门具有一定深度和难度的课程，要求学生具有扎实的专业基础和较强的抽象思维能力[1]。而我校求真学院三本学生的数学基础总体偏弱，面对这样一门具有理论性强、概念多、系统性强，且数理基础要求较高的专业基础课程，往往学习的难度较大，造成本课程在求真学院学生班的教学效果上，对基本原理及其分析方法的理解只是停留于公式定理表面，而面对具体问题的时候，不知如何运用相应的知识去解决实际问题。因此，针对三本学生的《自动控制原理》课程的教学，必须根据学生数理知识基础的实际情况，合理安排和优化课程的体系结构，改进教学方法。对本课程的教学要理论和实践并重，采用包括多媒体教学、传统教学、MATLAB 辅助教学[2]在内的多种教学方法和手段，根据学生学习情况的反馈，不断进行教学模式和教学内容结构改革以提高教学质量。

1 课程教学改革的探索和实践

结合笔者在《自动控制原理》课程近几年的教学工作，对该课程的体系结构、内容组织和教学方法进行探讨，根据教学实际需要和实际效果，优化该课程的体系结构，寻求适合我校求真学院三本学生教学效果的有效途径和方法。

1.1 课程体系结构组织与设计

《自动控制原理》课程的内容理论性强，建模描述用到了微分方程模型、传递函数模型等，涉及到高等数学、复变函数等数学知识；同时通过对该课程的学习需要培养学生的实践能力。因此，结合目前我校《自动控制原理》课程理论教学和实验教学的情况，根据该课程的教学内容，按照课程的教学目标，对该课程的内容进行系统的规划、设计和安排。将课程进行合理优化，将其设计为教师课堂讲授、学生课程实验、学生课程设计等几个部分。

课堂讲授。课堂讲授是学生学习的重要环节。笔者首先根据求真学院的教学要求，制定相应学时的课堂教学内容，满足不同专业学生的学习需要；然后对于具体的教学内容进行教学设计，注重学生的探究和创新能力的培养。借鉴课程组老师教学实践中总结的几个要点，将本课程的授课内容分为八章，分别是：自动控制系统导论、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的时域分析、根轨迹法、频率法分析、控制系统校正、非线性系统和线性离散系统。其中，控制系统校正部分可作为一般性要求内容，降低学习难度和要求，但加强了建模部分的讲授[3]。教师课堂讲授主要是讲授自动控制的基本理论、引导学生进行系统分析与设计，让学生了解和学习“控制论”这种思想方法。

课程实验。课程实验是对学生课堂理论学习的检验和加深理解。学生利用MATLAB 语言的控制系统仿真功能，学习与训练控制系统分析与设计能力。学生在完成理论学习的基础上，通过课程实验，学习应用MATLAB 语言的控制仿真程序设计方法，进行控制系统的仿真并完成一般控制系统的校正设计。

课程设计。在课堂讲授和课程实验的基础上，通过课程设计加深学生对理论知识的理解与掌握，充分利用先进的实验设备，为学生设计各种实践教学内容。如，通过设计直流伺服电动机控制系统、磁浮球控制实验系统设计与调试等，借助于这些系统学生可完成经典PID 控制器和自选控制算法的设计与仿真[4]。在课程设计中，学生可根据所学知识采用不同的控制方法，充分发挥每个学生的创造性，既能加深对基础理论的理解和掌握，又能提高学生的实际动手能力。

1.2 适应学生的数理基础，改进教学方法

课程的教学目标将以讲授基础理论为基础，结合求真学院的基本定位以及学生的具体情况，根据该课程的实际内容，采用多种教学方法，如将探究式教学，案例式教学，讨论式教学、对比式教学、传统教学方式和多媒体教学方式相结合、传统教学方式和MATLAB 相结合等多种方法并施，不断提高教学质量。为了准确评估课程的讲授效果，真正了解该门课程学习中可能存在的问题，不但要时刻注意本专业学生在学习过程中的反馈意见，而且要广泛调研其它学校和专业的教师在该门课程上的经验总结。在此基础上，结合笔者的亲身体验和思考，认为求真学院学生在学习该课程过程中可能面对的主要问题包括：（1）学生由于数学基础不够扎实，对课程中涉及到的数学知识产生畏难情绪，进而无法很好地掌握控制系统的分析方法；（2）不能将所学的控制理论知识与自己专业的实际案例充分地联系起来，这主要是在学习过程中接触专业案例少造成的；（3）无法将基本理论和计算机辅助设计软件MATLAB结合起来进行更有效地控制系统设计，即割裂了基本理论和计算机辅助软件相辅相成、互相印证、互相促进的关系；（4）从系统角度理解控制系统核心思想的能力不足，即无法做到融会贯通，更谈不上灵活运用，这需要授课过程中注意前后串联，帮助学生建立起系统概念[5]。针对上述问题，结合求真学院办学定位和不同专业对该课程的教学大纲要求，提出有针对性的改革措施。多年来的教学实践证明，《自动控制原理》课程涉及大量的数学知识，如拉氏变换及其逆变换、微分方程等，因此扎实的数学功底是学好该课程的基础。如果学生缺乏必要的数学知识，教师又不能适时补上这个不足的话，很容易造成学生在学习过程中的畏难情绪，不可避免地会影响教学效果。因此，一个较可行做法是在课程开课伊始，就给学生列出所有需要用到的基础数学知识。一方面引导学生重新复习这些已经学过的数学知识；另一方面，授课教师还应抽出专门的课时来对这些数学知识进行复习和重点讲授。为了不断加深学生对这些数学知识的理解，在用到相应的数学工具时，授课教师应该结合具体的实例进行更详细地讲述。为了尽可能减少学生在学习中的畏难情绪，授课教师在考试中坚持“注重概念，弱化计算”的理念，只要学生思路正确，仅是计算错误的话，可少扣或不扣分。

2 结语

针对《自动控制原理》课程在我校求真学院三本学生教学中存在的若干问题，提出了若干有效的教学改革措施，从而提高该课程的教学效果。

【参考文献】

[1]周武能，石红瑞.自动控制原理教学改革与实践[J].教学研究，2010，33（1）：63-66.

[2]薛定宇.控制系统计算机辅助设计―MATLAB语言与应用[M].第二版.北京：清华大学出版社，2006.

[3]吴晓蓓.“自动控制原理”课程讲授的几个要点[J].中国大学教学，2005（9）：28-30.

[4]唐超颖，姜斌.“自动控制原理”课程的探究性教学实践[J].电气电子教学学报，2007，29（6）：91-93.

[5]王万良.“自动控制原理”课程教学中的几个关键问题[J].中国大学教学，2011（8）：48-51.