自动控制课堂教学模式的改革与探索

徐 晓 罗 剑

自动控制课堂教学模式的改革与探索

徐 晓 罗 剑

（湖南科技学院 电子工程系，湖南 永州 425100）

针对“自动控制原理”教改问题，从应用背景、理论性、应用性等方面分析了课程的特点，重点探讨了教学中理论-实践-理论的教学模式。接着叙述了这种教改的成效;最后给出了教学改革的一些展望。

自动控制原理；教学方法；教学改革

0 引言

自动控制理论是研究自动控制共性规律的技术科学，自动控制理论主要包括经典控制理论、现代控制理论，以及自20世纪80年代逐渐形成的大系统理论和智能控制理论。它广泛的运用在军事，工业，农业，医药等方面，它涵盖了学生毕业工作的各个方面，因此非常有必要探讨一下 “自动控制原理”的本科教学[1]。

1 教学方法创新探索

对于这门难度很高的课程，涉及到许多基础课程及大量的数学，因此，教学时应注重概念，弱化计算。只有掌握了基本的概念，有了充分的感性认识，学生才有进一步自我深化的可能。要进一步的掌握该门课程，必须由理论回到实践，使学生从感性认识上升到理性认识。要达到这点，实例教学部可少，因此，笔者在教学时充分用实例，例如：在第一章基本概念中讲解自动控制系统的定义和组成的时候，首先需让同学们明白系统的控制过程，因此我分别举了一个人工业恒温控制系统和自动调温控制系统来对比讲解。由于比较贴近实际，同学们对于这个人工系统的自动运行原理基本都能自发自然的理解，所以再讲其结构，就很容易理解控制对象，被控装置，输出，输入，校正，反馈等概念[2]。

2 课程内容模块化教学改革

自动控制原理的教学过程应突出本门课程具有的方法论特点，使学生建立系统的观点，培养学生对控制系统的分析能力和初步的控制器设计能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。采用“模块化”教学改革方案。理论教学内容主要由四大部分组成，即控制系统基本概念与数学描述、分析方法、设计方法、验证与应用四大块。其中对具有基础属性尤其是学习后续课程不可缺少的基础内容应该重点详细讲解。同样，控制系统频域及时域校正方法可以采用MATLAB方法完成。

3 理论与实验相结合

理论与实践相结合，力求让学生掌握扎实的理论基础的同时,获得一定的实践动手能力和工程应用认识。这是目前高等工科院校在专业教学中的共识和目标，是专业课程设置和安排的指导思想。理论和实践应具有同等的地位，两者相互联系，密不可分，在教学中忽略任何一面都是不合理,不成功的。本文以教学实践为基础，对以上问题进行了一些思考。实验是对理论的应用，有助于学生把枯燥抽象的理论形象化，从而加深对理论知识的理解。自动控制实验室配备自动控制理论实验箱和小功率随动系统装置。小型验证性实验在自动控制理论实验箱上进行。例如：在做一阶环节的动态性能的实验时，实验只有数学表达式，学生很难掌握其实际的电路及工程效果。

方框图1：

图1 -1

R0=200K，C=1μF时：理想阶跃响应曲线如图1-1-1

图1 -1-1

实测阶跃响应曲线如图1-1-2

如图1-1-2

通过在控制系统的模拟装置上搭建系统，调整系统参数和计算机仿真，把之前用理论分析出的结果形象直观的表达出来，加强了学生对物理概念的掌握，将抽象的数学模型与实际系统参数联系起来，提高学生的分析能力和实际操作能力，同时掌握了一阶环节的的实际工程意义及各个参数的实际含义。

4 从实际控制系统入手进行教学，强调工程和物理概念

“自动控制原理”是一门理论性较强的课程，涉及知识面广，信息量大，所涉及的数学基础较为广泛，从微积分、复变函数、离散数学到矩阵理论。学生觉得难学，教师觉得难教。如果在教学过程中只注重一般的数学论证，缺乏工程和物理概念的阐述，学生学后不知用在哪里，如何运用。学生在课堂上忙于做笔记，课后忙于根据公式作大量的习题，考完试后，公式忘掉了，脑子里一片空白。这样的学习效果为后续专业课程的学习、毕业设计以及就业工作等带来许多问题，因此在知识的传授中，特别要注重控制思想和工程背景。本课程的设置目的不仅是对这门学科知识的掌握，更重要的是在各行业中的具体工程应用。因此在教学的全部过程中必须注重课程在工程的具体情况，并将工程的分析、设计实现方法渗入课程的教学中，如PID参数的整定及工程整定，可以通过直流电动机转速控制来实例讲解，并且借助于计算机辅助方法MatLab仿真[3]。

5 “自动控制原理”与基础课程的有机结合，拓宽学生的知识面

电子信息工程专业开设的“自动控制原理”，“电路分析” 和“信号与系统”三门课，都是作为专业基础课开设，两门课程在内容上存在一定的重复。将两门课的内容有机的结合在一起，做到一加一等于二，甚至大于二[4]。“电路分析”和“自动控制原理”是不同性质的专业基础课，虽然在内容上存在重复，但在思想体系及出发点上不同。“电路分析”偏重于电路的处理与传输。而“自动控制原理”则侧重系统的应用。因此在“自动控制原理”的教学过程中，注重对基本概念、基本理论和基本方法的阐述，使学生了解到一定的工程应用概念。在选用例子时，尽量选用实际控制系统的例子，这样能够使学生在很少的时间内理解一般系统的控制规律，掌握控制系统的有关概念。而在讲述数学模型中的信号流图，采样系统中的z变换和差分方程的求解等内容时[5]。由于这部分内容与“信号与系统”中的部分内容相重复，就可简单讲解。在“自动控制原理”中不重点讲述的脉冲响应函数和卷积的概念，而在“信号与系统”中作为重点进行阐述，这样可以拓宽学生的知识面，为第三学年学生选专业奠定了基础。

6 结语

自动控制原理作为电子信息工程与自动化专业学生的一门关键专业课程，其教学质量的好坏，直接影响到学生的就业及在该专业方向上的发展。在教学实践中，笔者采用上述新的教学方法取得了很好的教学效果，学生普遍反映对该门课程的学习兴趣和主动性提高了，学习的效率和效果都有了很大的提高[6]。目前，该门课程的教学改革仍在继续中，还有很多地方需要进一步提高和完善。

[1]罗冀,程桂芬,等.控制工程与信号处理[M].北京:化学工业出版社,2004.

[2]鄢景华,自动控制理论[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000.

[3]胡寿松,自动控制原理(第四版)[M].北京:科学出版社,2002.

[4]郑君里,应启珩,等.信号与系统(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2000.

[5]肖建章,自动控制技术(第三版)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2004.

[6]刘君编,计算机测控技术(第三版)[M].西安:西电科大出版社,2009.

G420

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1673-2219（2011）08-0040-02

2011－04－10

项目资助：本课题由湖南科技学院教学改革项目资助项目编号（XKYJ2010028）

徐晓（1974－），岳阳人，湖南科技学院电子工程系副教授，研究方向为自动控制及计算机测控技术的研究与教学。

（责任编校：刘志壮）