“自动控制原理”国家精品资源共享课程建设

范兴刚，徐新黎，王万良

(浙江工业大学计算机科学与技术学院，浙江杭州 310023)

“自动控制原理”是自动化、电气工程及其自动化、计算机自动化一体化双专业等专业的一门技术基础课。主要研究系统的数学模型、基于数学模型的控制系统工程分析方法和综合设计方法三方面的内容。它是一门理论性很强的课程，其数学推导计算以及绘图理论较为复杂。

我们针对“自动控制原理”的特点，开展了很多卓有成效的教改工作。2005年我校“自动控制原理”课程被评为国家精品资源共享课程。文献［1］作为“十一五”国家级规划教材，被评为国家级精品教材。

多年来，很多教师从教学方法，教学设计和实验教学等方面进行了“自动控制原理”的教学研究［2-5］。我们在这些研究成果基础上，根据精品资源共享课程的要求，重点从教学录像拍摄，资源的完整性和规范化两方面进行了建设。

1 课堂教学录像拍摄

在国家级精品资源共享课建设过程中，课堂教学录像是重点建设内容。教师要对各个环节认真设计，精心表演。我们从教学课件的丰富和细化，教学环节的设计和动画视频注释编导，习题课和实验教学视频拍摄等几方面进行课程建设。

1.1 教学课件的丰富和细化

“自动控制原理”课程理论性强，有大量的公式推导，原有教学课件采用的演示文稿达不到好的教学效果。我们采用动画视频的手段增加教学课件的生动性，细化公式的每一步推导过程，按照推导步骤在课件中设定动画的顺序和效果，每一步进程先做一个停顿，让学生自己想如何推出下一步。紧接着给出提示和结果。这样既复习了前面的知识，又学习了新的内容。

例如，在讲解如何求取系统的动态指标时，需要采用幂级数展开法进行Z反变换。我们先给出幂级数展开法的提示，这里停顿30秒，让学生重新回忆起复变函数的内容。接着在下一张演示视频上，给出幂级数展开法的具体过程，给出此例题的Z反变换解题过程和答案。

动画演示Matlab环境下，自动控制系统的仿真实现能够使学生加深课堂重点内容的理解。对于关键的知识点，在动画视频上标出教材页码，对于涉及到的经典案例和热点前沿也标注出处。学生明确自学的考核要求后可以自己课下自学。我们籍此实现了以传统的课堂教学为主的教学方法向课内外结合为主的教学方法的转变。

1.2 教学环节的设计和编导

教学设计必须做到目标明确，重点突出，难点合理。在每一章的开始，我们设计了导入环节，说明为什么要介绍本章，本章的主要内容是什么?难点是什么?例如，讲劳斯判据时，我们明确告诉学生:劳斯判据的构造方法是要掌握的主要内容，其难点是如何根据劳斯表判断特征根的分布情况。

我们在教学环节设计时，根据课堂的教学内容特点，围绕教学重点精心设计一些具有启发性和指导性的问题穿插到教学中。以此启发学生的思维，搜寻自己原有的认知结构，发现解决问题的途径，从而实现认知能力的提高，设计一些具有探究价值的问题。例如，提出“什么是朱利判据?”和“朱利判据与劳斯判据的异同点在哪里?”这两个问题，后一个问题要比前一个问题好得多。提出问题后，让学生有几分钟的独立思考时间。他们往往在自己先思考之后，再听教师的解读能够有更深刻的理解和体会。

教师在整个教学拍摄过程中应多用肢体语言吸引学生的注意力，用生动的形象和丰富的语言调节课堂气氛和学生情绪。在讲解惯性环节的纳氏曲线图时，笔者用手画了一个圆圈，从右往下往左半圆是从0到无穷大的大致轨迹。有的学生就用手模仿这个过程，还和笔者进行了眼神的交流。

1.3 习题课与实验课教学

由于“自动控制原理”定理和公式多，习题课不仅可以巩固和强化理论知识系统，更重要的是可以提高学生的学习兴趣，增进学生对科学的研发激情和创新能力。我们对习题课进行了专门设计，先将习题课内容提前公布出来，并不要求学生做，然后下一次课讲授习题的完整解题过程，课后还会在网上予以公示，这样可以确保每位学生跟进。讲完之后再让学生表示不同的想法，并进行总结。习题讲完以后，直接让学生进行课内练习，进行延伸，让学生及时消化吸收。例如离散系统的静态误差系数是一个重点，也是一个难点，以课后习题来重点复习这个知识点，先复习典型输入信号下的静态误差系数，接着给出解题思路:先推导出开环Z传递函数G(z)，再根据极点数确定系统是0型、1型或2型系统，选择合适的静态误差系数计算公式得到误差系数，得到稳态误差。复习完知识点以后，再一步一步给出习题的推导过程，让学生进一步理解静态误差系数的概念。

我们从课堂实验与自主实验两方面进行实验教学环节设计［2］。课堂实验教学中，我们采用经典的“自动控制原理实验箱”，通过视频讲解实验目的，实验过程，然后要求学生自己接线，完成实验内容，记录实验数据及实验曲线，并根据实验结果认真回答实验指导书中的思考题。例如典型系统的瞬态响应及性能的改善实验过程中，学生通过实验视频，能够更好地理解二阶系统的性能，获得非常好的教学效果。我们进一步设计了一些自主实验，让学生用Matlab实现控制系统。

2 资源的完整性和规范化

精品资源共享课程对资源的完整性和规范化提出了高要求。我们把“自动控制原理”课程结构分成8个课程模块，细化每个课程模块的知识点，保证每一个课程模块有4-5个知识点，其他资源都围绕着知识点展开。例如，“连续系统的稳态性能”知识点，学习指导告诉大家从稳态性能的定义，稳定性的判断，稳态性能指标等几个方面去学习。教学重点就是稳定性的判断和稳态性能的计算。难点就是典型信号输入下的稳态误差计算。课后习题是稳态误差的计算类习题。

为了很好地利用现代化教学手段，我们进一步完善了网站［6］。该网站支持网络在线答疑和网络在线辅导，以增强“自动控制原理”教学的互动性。网站新增了在线学习系统，从演示文稿的播放时间，习题的完成时间等几方面考核自学过程，网站还进一步增加了自动控制原教学领域的时事新闻和热点跟踪。

3 结语

我们针对“自动控制原理”课程的特点，根据国家精品资源共享课程建设经验，研究教学课件的丰富和细化、教学环节的设计和教学视频录像的编导、习题课教学和实验教学的改进等方法，探讨各种教学资源的进一步完整性和规范化，使各个资源互相支撑，形成一个有机的整体。学生非常容易建立起“自动控制原理”的体系结构，明白前后的关联度，能够从整体上掌握课程体系，为进一步的自学打好基础。

［1］王方良，自动控制原理［M］北京，高等教育出版社，2008。

［2］肖萍萍，李晓光.“自动控制原理”课程教学改革［J］.南京:电气电子教学学报，2012(4):34-35，69

［3］肖理庆，李巍.“自动控制原理”实验教学改革［J］.南京:电气电子教学学报，2012(3):88-89，98

［4］沈辉，张湘平，张明.采用思维导图进行“自动控制原理”的研讨式教学［J］.南京:电气电子教学学报，2012，34(1):93-95

［5］结硕，韩光胜.Matlab在自动控制原理实验中的应用［J］.北京:实验技术与管理，2012，29(2):95-97

［6］http://www.zdkz.zjut.edu.cn/