“自动控制原理”课程教学改革与探索

摘要：针对“自动控制原理”课程教学中存在的问题，阐述了改革的必要性。结合教学实践，从教学内容的优化、教学方法的改革、教学模式的转变和实验环节的改变等几个方面给出了相应的改革措施。通过实际授课验证，取得了良好的教学效果。

关键词：自动控制原理；课程教学；教学模式

作者简介：刘丙友（1980-），男，安徽涡阳人，安徽工程大学电气工程学院，讲师。（安徽 芜湖 241000）

基金项目：本文系安徽工程大学教改研究项目“自动控制原理课程实验教学模式的创新研究与实践”（项目编号：2009yjy12）、安徽省重点教学研究项目（项目编号：20100724、2008jyxm071）的研究成果。

中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）04-0062-02

“自动控制原理” 是自动化类专业的核心课程和重要的专业基础课，也是与自动化相关专业如电气信息类各专业、流体传动及控制、测试技术与控制工程、机械电子工程、机械制造及其自动化等的一门必修课。目前，国内外一些著名大学如牛津大学和西北工业大学等高校已经将“自动控制原理”作为一门方法论课程列为学校的平台课程供学生选修。该门课程的特点是理论性强、概念抽象及分析方法多、与数学联系紧密、理论和实践联系密切及结合难等。该门课程的目的是通过本课程的学习使学生掌握自动控制的基本原理和概念，并具备对自动控制系统进行分析、设计、实验的初步能力，为后续专业课程的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础，也为学生进一步学习和研究控制理论提供基础条件。

一、教学过程中发现的矛盾及教学改革的必要性

笔者在多年讲授“自动控制原理”课程的过程中通过观察、归纳整理发现在教学过程中存在以下的共性矛盾。

1.教学思路变化慢和高校扩招后学生的整体素质变化快的矛盾

目前生源整体情况有所改变，如：文化基础、自主学习动力、理解能力和吃苦精神都比以前有稍许下降，但是目前的教学方法却基本没变，以讲授的教学方式为主，将现成的结论、公式和定理告诉学生，学生不能主动地思考和探索，这就导致了学生的厌学情绪。

2.教学内容不变和学时压缩的矛盾

目前各个学校都在对课程学时进行调整，在安徽工程大学（以下简称“我校”）就自动化专业而言，“自动控制原理”由原来的将近一百学时缩减为现在的不到八十学时，这就要求在不影响教学效果的基础上对教学内容进行适当的调整。

3.先修课程环节薄弱和本课程要求高的矛盾

“自动控制原理”要求学生有一定的数学、电路理论和电机学基础，如Laplace变换、Z变换等，学生在先前学习的过程中没有重视这方面的学习，导致在学习该门课程时感觉吃力和乏味。

4.教学模式单一和教学信息量大的矛盾

“自动控制原理”的讲授过程中需要做大量的数学分析推导，画大量的曲线、图纸和定理证明，这就急需采用多媒体等辅助教学模式，以解决大量的推导、证明和绘图所浪费的时间。

5.实验教学要求高和设备陈旧的矛盾

在实验教学改革中要求增加综合设计性实验、减少验证性实验，但是目前实验装置陈旧，功能单一，直流的多，交流的少，难以满足实验需要。

近几年来，笔者针对“自动控制原理”的特点以及当前存在的问题，在“自动控制原理”的教学方面做了一些总结，得出了一些体会，在不断改革教学方法和改进教学手段方面做了尝试，取得了一定的效果。

二、教学改革的几点尝试

1.合理优化教学内容

针对自动化专业而言，“自动控制原理”课程总学时不到80个学时，再去掉10个学时的实验，学时相对显得较为紧张，所以必须在教学内容上加以优化。以“自动控制原理”课程教学大纲为依托，根据各专业的实际需要，精选出教学大纲中的重点内容，学生在学习“自动控制原理”以前已经学习了相关的专业基础课，广大学生都反映该门课程和先修课程在内容上有重复的地方，所以在优化课程内容时可以在充分讲授清楚基本概念、基本原理和基本方法的前提下省去与先修课程重复的内容。对于教学大纲中规定的了解内容和一般性了解内容，则略讲或不讲，作为学生的自学内容，让学生课余自学。

2.适当改革教学方法

笔者在讲授“自动控制原理”课程时在教学方法上尝试了一些改革。首先，针对先修课程环节薄弱和本课程要求高的矛盾，笔者在授课过程中尽量的淡化推导。众所周知，“自动控制原理”课程中有大量的数学推导，如果一味地讲授推导过程会让学生听得乏味，思想跟不上，导致听不懂，然后厌学。笔者尽可能淡化了部分推导，比如Laplace变换的内容，让学生记住几个常见和常用的Laplace变换结果即可，没有必要花大量的时间与精力在过程的推导上。其次，笔者注意到在授课过程中合理的设疑，怎样设疑、于何处设疑、设何种疑在课程讲授过程中是很关键的，如在讲授劳斯判据时，讲完稳定条件后给出一个四阶系统：，能否用条件判断稳定性？难度有多大？有没有其他办法？自然而然的引入了劳斯判据。在讲授劳斯判据的第一个特殊情况前再给出一个四阶系统：，能否用劳斯判据处理？在过程中遇到了什么情况？又怎样处理这种情况？自然而然的引出劳斯判据的第一个特殊情况的处理办法。再次，总结归纳教学内容，寻找简单容易的记忆方法。在“自动控制原理”课程中不少需要记忆的内容，比如根轨迹的绘制法则，比较点和引出点的移动等内容。学生在记忆的过程中容易忘记和记混淆。笔者在讲授这两部分内容时告诉学生这样的记忆方法：根轨迹的绘制法则记住“七分时间”即起点、分支、实轴根轨迹和渐近线的第一个字的谐音“起分实渐”，这样在绘制根轨迹时的前四个法则就记住了；比较点和引出点的移动记住一个人名“尹前程”即引出点前移乘以方框内的内容，反之，后移除以方框内的内容，比较点和引出点再相反即可。这种记忆虽然有点牵强附会，但是确实容易记住、记准。

3.适时转变教学模式

在当前的教学背景下，传统的“课堂讲授＋验证实验”的教学模式已经跟不上当前生源和社会需求等方面的快速变化。所以笔者在教学过程中尝试采用“理论讲授＋计算机辅助教学＋实验设计教学＋学术讨论”的新型的教学模式，这种新型的教学模式先把基础内容以理论课的形式讲授清楚，然后适当的使用计算机辅助教学手段对黑板板书不易解决的内容进行演示，如：结构图的简化、根轨迹的绘制和频率特性曲线的绘制等。增加设计性实验，充分挖掘学生的潜力和能力。适时开展一些与该门课程有关的学术讨论，以充分调动学生的学习积极性，让学生主动学习、爱好学习、学会学习。

4.大胆改变实验环节

我校“自动控制原理”课程试验内容为10个学时，5个实验。过去5个实验全为验证性实验。笔者在布置学生实验内容时变为3个验证性实验和2个设计性实验。我校“自动控制原理”课程试验使用的是TKKL-4型控制理论/计算机控制技术实验箱，笔者在指导学生做实验前让学生熟悉了实验箱的构造原理，甚至某个地方的小故障都让学生尝试自己发现、自己修理。在布置实验时让学生先单独完成教学内容，然后若干个学生一组，一组给一个设计题，让学生尝试自己设计完成设定的功能，充分挖掘学生的学习能动性和学习乐趣。比如：二阶系统的传递函数为：，其在实验箱上实现电路如图1所示。

让学生边做实验边思考：为什么可以这样实现？有没有别的实现方式？三阶系统又怎样实现？

三、取得的教学效果

笔者在讲授“自动控制原理”课程的基础上及时发现教学中出现的新问题，积极寻找教学模式、教学方法方面的新思路，主动整合教学内容、实施新的实验模式，因此在教学过程中取得了较好效果。“自动控制原理”每年要对十几个班，500多名学生授课，教学工作量大，任务繁重，并且该课程教学质量的好坏将直接影响学生考取研究生和就业。通过“自动控制原理”教研组的努力，安徽工程大学“自动控制原理”课程于2005年获批为省级精品课程。笔者也以此为契机更加认真地投身到课程建设之中，每年学生对该门课程的满意度评价都为优秀等级。在笔者等教研组成员的努力下，我校自动化专业每年报考研究生和被录取的学生逐年增多。通过改革实验模式鼓励学生多做综合型、设计型、创新型实验，大大提升了学生实际动手操作能力，我校每年都组队参加全国大学生“挑战杯”、全国电子设计大赛等相关赛事并取得较好成绩。总之，在“自动控制原理”课程的教学改革过程中，通过以上几个方面的努力，与以往的教学情况相比取得了明显的教学效果。

四、结束语

在多年的教学实践中，笔者通过不断摸索和改进，上述方法已得到实施。教学实践表明，通过改变教学模式，使教学思路变化慢和高校扩招后学生的整体素质变化快的矛盾得到有效改善；通过优化整合教学内容使得教学内容不变和学时压缩的矛盾得以减轻；通过改革教学方法使得先修课程环节薄弱和本课程要求高的矛盾得以缓和；通过先进教学手段的引入使得教学模式单一和教学信息量大的矛盾得以解决。笔者在以后的教学实践中还将以更加强大的责任心和使命感继续关注学科发展动态、继续加强对教研教法的钻研、捕捉先进的教学模式和教学手段，积极为省级精品课程“自动控制原理”课程的建设作出不懈的努力。

参考文献：

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（责任编辑：苏宇嵬）