自动控制原理课程教学改革思考与实践

陈祖星 冯俊杰 王艳红 任明月

摘要：针对目前自动控制原理课程特点及教学中存在的问题，本文采取优化课程内容、丰富教学方法和手段、实践教学改革、评价方式改革等方面开展教学改革，提升课堂教学效果，激发学生的学习积极性和主动性，使学生能合理安排时间，提高自主学习能力，改善教学质量，得到了良好的教学成效。

关键词：教学改革；自主学习；评价方式改革

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）06-0150-03

自动控制原理是自动化、电气及其自动化、电子信息工程等专业的核心基础课，是培养自动控制系统分析与设计专业人才的必修课程[1]。该课程以高等数学、电路基础、信号与系统等课程为基础，后续有运动控制原理、现代控制理论等课程，在整个专业人才培养方案课程体系中起着重要作用[2]。在课程教学过程中，针对目前教学中存在的问题，体现“以学生为中心”为中心的教学理念，以提升学生能力为出发点，理论与实践相结合，开展教学改革和课程建设探索[3]。

1 自动控制原理课堂教学现状

由于该门课程主要以微积分、线性代数等数学知识为基础，涉及复杂的数学推导、理论分析，学生学起来总体感觉较为枯燥。在教学过程中工程案例较少，导致学生学习时不能结合实际理解内容本质，致使学习效果较差，难以提升学生的思维和能力。

从教学方法和手段来看，传统教学方式主要以教师的“教”为中心，未能较好地体现以学生的“学”为中心。课堂教学方式单一，讨论互动较少，缺乏对学生主观思考分析、自主学习能力的培养[4]。如何使学生变被动为主动、提高教学效果是课程改革的主要目的。由于该课程在整个课程体系中起着承上启下的作用，学生对该门课程知识的理解与掌握程度，将直接影响到后续相关课程的学习，因此教学质量和效果十分重要[5]。如何提高该课程教学质量和效果具有重要的意义。

2 教学改革解决的问题

自动控制原理系统的阐述了自动控制技术领域的基本概念、基本规律、从建模分析到应用控制器的设计等内容。全面地给出了线性控制系统的时域分析方法、频域分析法、根轨迹法以及控制系统的校正与设计等方法。通过该课程的学习，能使学生全面了解自动控制系统的组成、分类及其应用概况，掌握自动控制的基本理论、典型的分析方法及线性系统的校正方法，为今后的学习和工作奠定扎实的基础。同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。通过教学改革，解决的问题主要有以下几个方面：

2.1 课程教学内容僵化

自动控制原理课程作为一门专业核心课程，其知识点内容广泛且较为复杂，且课程的学时有限。采用传统的课程教学方法与手段较为单一，学生很难将自动控制原理的知识与其他专业课程进行有机融合，无法满足新工科背景下的人才培养目标以及学生的学习需求，难以提高学生的专业综合能力。

2.2 课堂教学理念陈旧

对于传统的教学模式，教学活动的主题是教师，学生被动地参与，整个教学过程枯燥无味，学生缺乏批判性思维，缺乏积极主动的思考，课堂教学更多注重知识讲授，忽视培养学生思维的培养解决复杂问题的综合能力，从而不能达到教学要求，实现课程教学目标。

2.3 学习评价内容单一

传统学习效果评价中，教学评价内容单一，多以终结性（期末）考试为主，平时成绩仅包括出勤、作业、笔记、实验等，且在整门课程考核中所占比重较少，过程性评价设计及评价标准不够明确和凸显，学生期末突击的现象比较严重，忽略了对学生过程学习评价。

3 教学改革的主要措施

该课程的特点是具有高等数学等理论课程的抽象性和严谨性，又具有工程类课程的实践性。结合课程建设和课堂教学主要从教学内容、教学组织、课程思政、实践教学、考核评价等几个方面开展课程建设和教学改革。

3.1 启发学生思考，增强学习主动性

该课程在传统的教学条件下，采用传统的教学模式，以教师为中心，学生被动式地接受知识，师生课堂对话较少；且课程的知识点较为广泛且复杂，学生对控制系统缺乏基本的认知，会导致学生理解困难，又因课时数的限制课堂讲述内容受限，实例与实践机会会更少，最新的控制系统研究进展和发展趋势很难进入课堂教学；内容更新慢，理论与实践脱节，学生难以理解，所以在教与学两方面的难度都非常大。因此，课堂教学中，教师可以制作动画演示实验小课件，增加课堂趣味性，有利于提高学生学习的积极性。教师在给学生讲授知识的时候要给学生留出一定的思考空间，结合应用实例，引导学生结合实际，利用所学理论思考分析问题，启发他们去思考和探索，使学生的学习始终处于“问题—思考—探索—解答”的积极参与状态。这样不仅使学生保持浓厚的兴趣和注意力的高度集中， 增强他们的学习兴趣和积极性，而且锻炼学生独立思考和逻辑推理的能力，并最终体会到概念的内涵和规律的实质。

3.2 明确教学目标，优化教学内容

自动控制原理课程知识点多且复杂，课程设置为48学时，在有限的学时中，学生不仅需要将理論知识学会，而且要能够灵活运用，因此明确教学目标，优化教学内容十分重要。从知识、能力、素质三个方面设置课程目标，使学生掌握系统控制的基本理论和工程基础知识，能够运用控制理论相关知识控制系统的综合设计和分析的能力，培养解决复杂问题的综合能力和高阶思维。并激发学生科技报国的家国情怀与使命担当。以“理论-分析-设计-仿真”为主线，重构教学内容。目前已将教学内容划分为40余个知识点或小节，配备相应的测试题，将超星学习通平台高度融入各教学环节中。

进一步丰富教学资源，完成教学大纲、教学日历、课程教案、教学课件、学习视频、学习测试、习题库等的建设工作。在学习通平台建立课程教学班级群，建立QQ群辅助教学。对学习的全过程进行监督、管理和评价。注重学科发展要求，使课程内容不断得到更新，保持课程内容的先进性。

3.3 探索课程教学模式，改革教学方法

体现以学生为中心的教学理念，积极探索课程教学模式改革，推进现代信息技术与课堂教学的深度融合。做到“线上线下有机融入，课上课下深入结合”。重视课程内容的设计，需要将课程所有知识点进行细化，通过超星学习通平台推送给学生开展课前自主学习，根据学生对内容的预习情况，学情分析，便于课堂有针对性地开展教学活动。

课堂教学教师是主导，学生是主体。突出教师是课堂的“导演”，学生是“主演”。设置问题提出、课堂引入、内容讲解、师生互动、重点强调、学生总结、随堂测试等环节组织开展课堂教学活动；课堂教学中设计课堂测验、课堂问卷、抢答、选人、主题讨论，课堂练习等环节，实现师生互动和反馈，提高互动效率。课后通过平台推送作业，巩固新知，教学改进。为了培养学生解决复杂工程问题的能力，需要学生将课程知识掌握的同时，能够进行系统设计与分析，形成自动控制系统分析与设计的思维，提高学生的能力和素养目标。

3.4 强化实践环节，开展实践教学改革

自动控制原理课程是一门理论与实践紧密结合的课程。同时开展理论与实践教学，学生将会加深对理论知识的理解，使抽象的问题具体化、形象化。进而提升学生的实践能力和创新能力。实践教学采用Matlab 软件仿真与实验箱硬件实验相结合的方式开展。让学生在实验环节中实现Matlab仿真演示，增强对抽象理论的感性认识。通过Simulink仿真实验，学生将会对该门课程的理论知识理解更深刻，如：线性系统的时域分析、频域分析以及控制系统的校正与设计等；通过波形分析，更加深刻理解信号调制与解调、抽样定理与信号恢复等内容。通过信号与系统综合实验平台开展硬件实验，它提供了信号的频域、时域分析的实验手段，利用该综合实验平台可进行各响应信号的时域分析，信号频谱的分析与研究等内容，采用模块化形式，以功能单元来划分，电路原理一目了然。通过示波器观测信号波形。通过实验教学，进一步培养了学生独立思考能力和创新能力。

实践教学要求：一是在实践教学活动中，学生要占据主体地位，以教辅学；二是实践教学不能陈旧，要与现阶段实践技术进行结合。

3.4.1 学生为主体，分层次组织实践

学生在实践教学过程中要突出其主体地位，以学生为主体，实践过程中的每一步都由学生自己一步一步完成，遇到问题了要求他们自己尝试去解决。目前学生多数在做一些简单的验证性的实践，在准确把握原理的基础上，可以根据学生程度的不同，分层次组织不同级别的实践，不仅可以锻炼学生的实践能力，还可以启发学生的思维。根据学生的学习情况，将实验分为基础性、综合性、研究型。

3.4.2 与现代技术结合，与时俱进

实践教学的内容与形式，手段和方法要与时俱进，与现代科学技术结合。实践的教学内容与形式安排要有利于学生掌握基本理论知识与实践技能，培养学生的工程能力，因此需要分层次组织实践。基础性的实践设备很多学校都可以配备，但是要配备一些综合性和研究型的实践设备可能会遇到些困难。在经费和条件有限的前提下，教师可以自己研发自制设备供自己使用，比如倒立摆、双容水箱等控制系统，教师可以以此为题目申请项目课题，研发自制设备供自己使用，既做科学研究，又节省成本，还能创造条件使学生将所学单片机等知识应用于实践，更多地接触工程实际，激发学生积极参与的热情。实践手段和方法可以与现代科学技术结合，从而更好地为实践服务。采用比较完善的实践管理系统，采用先进的辅助实践教学，可以大大节省人力和时间，使大容量的学生都可以有条不紊地完成所需的实践。

3.5 与工程实践相结合，解决实际问题

由于自动控制原理课程理论性强，与工程结合密切，教学中若只是注重纯理论知识的传授，如数学模型的介绍、时域及频域性能指标的计算等，那么面对抽象的传递函数，学生一定不会在头脑中产生被控对象和控制器的物理概念和工程概念，在下一步的专业学习或今后工作中就不知如何着手应用所学知识去解决实际问题。因此在教学中要求教师不仅要讲授一些基本原理和方法，还应与工程实践相结合，适当地将目前研究的热点以及当前最新科研成果引入教学，以充实课堂，既可以提高学生的兴趣，又可以激励他们的学习劲头。另外，结合现阶段企业需求，讲述该专业如何满足社会行业需求等问题，提高学生对本课程学习的主动性和紧迫感。

3.6 坚持立德树人的教育理念，重视课程思政教育

坚持立德树人根本任务，深入挖掘该课程德育育人元素，将科技前沿、社会奉献等思政元素融入课程教学内容，实现德育教育与知识传授相融合，形成价值塑造、能力培养、知识传授的三维课程教学目标，注重爱国情怀、职业素养、工匠精神等的培养。实现知识传授与德育教育的同向同行、有机融合，将专业素养和社会主义核心价值观相结合，提高学生的自主学习能力和创新能力。

3.7 开展考核方式改革，实现多元化评价。

以学生学习效果为中心，重设课程评价标准，注重学生学习过程的评价。课程考核采取定性考核与定量考核、成果考核与过程考核相结合。根据专业人才培养方案及学校相关管理办法，明确课程目标、确定考核方式。总成绩由过程成绩（占40%）和期末成绩（占60%）组成。过程评价由课堂表现、课前自主学习、作业、平时测验、课程论文等部分组成，并设定评价标准，使过程性评价更加科学化、可视化。

4 结束语

自动原理课程作为自动化等专业的基础课，在整个人才培养课程体系中具有重要作用。落实“以学生为中心”的教学理念，以能力培养为主线，不断推动教学改革探索与实践，同时将科技发展前沿成果、思政元素等引入课程，落实立德树人根本任务。课堂教学中，突出教师主导、学生主体的理念，教师是导演、主要演员之一，学生是主演。教师从传统课堂中教学主导者变成学生学习的帮助者、引导者和促进者，学生由知识的被动接受者变成课堂活动的积极参与者。以能力为目标，以任务驱动为核心，对教学内容进行重新调整和优化，理顺各知识点之间的关联性，课堂教学环节更加富有挑战性，激发学生的学习兴趣，提升学生课堂参与度，培养学生自主学习能力。通过开展课程建设和课堂教学改革，提升课堂教学效果。

参考文献：

[1] 鞠亞美，孙颖.应用型本科院校“自动控制原理”课程教学改革探讨[J].科技与创新，2022（23）：109-111，118.

[2] 潘妩.立体互动式自动控制原理课程教学改革设计[J].江西电力职业技术学院学报，2023，36（2）：50-52.

[3] 田雪虹，刘海涛.金课建设背景下“自动控制原理”课程教学改革与实践研究[J].装备制造技术，2022（12）：176-178.

[4] 黎萍，潘奇明.新工科背景下的自动控制原理课程教学改革[J]. 中国现代教育装备，2023（5）：91-93，96.

[5] 张薇，张虹《. 自动控制原理》课程改革探索[J].科技资讯，2020，18（13）：137-138.

[6] 石建平，刘鹏.新工科背景下自动控制原理课程教学改革[J]. 教育教学论坛，2019（8）：138-139.

【通联编辑：梁书】