“自动控制原理”多方位教学改革探究

宋晓燕 李红

摘要：以培养应用型人才为目标，从课程体系、教学内容、教学方法以及实验教学模式与内容等方面对“自动控制原理”课程进行多方位教学改革探究，旨在提高教学质量，培养学生综合应用能力。

关键词：自动控制原理;多方位;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0107-02

“自动控制原理”是电气工程、控制科学与工程等学科的核心专业基础课程。该课程主要研究经典控制理论，包括控制系统的数学模型、时域分析法、频域分析法、系统的校正与控制器的设计等内容。该课程对培养学生辩证思维能力、分析问题、解决问题能力以及建立理论联系实际和团队协作的科学观点都具有重要的指导作用。

为培养应用型人才，平顶山学院教师总结多年来的教学改革经验，摒弃传统教学方式，建立“教学闭环控制系统”，“教”作用于“学”，“学”反馈回来影响“教”，二者相互作用，提高教学效果。在优化课程体系和教学内容、完善教学方法与改革考核方式以及创新实验模式等方面均取得了显著的成果，形成了自己的课程特色和教学理念。该课程已经逐渐发展成为平顶山学院授课内容特色鲜明、授课手段先进科学、教学队伍搭配合理的专业主干课程。2011年“自动控制原理”被平顶山学院评为校级精品课程。

一、优化课程体系与课程内容

1.优化教学体系

平顶山学院电气信息工程学院（以下简称我院）的工科专业有电气工程及其自动化专业、电子信息工程专业和测控技术与仪器专业，其中电气工程及其自动化专业分为工程教育实验班、全日制普通班、专升本班以及成教函授班。根据培养不同层次人才的需求，对于不同层次的专业方向设计了不同层次的课程体系。

如对控制理论要求较强的电气和测控专业，要扎实而细致地学习自动控制理论的全部内容，教材选用胡寿松主编、科学出版社出版的《自动控制原理简明教程》（第二版）。该教村不仅沿承了以往选用教材的优点，最大的优点就是增加了MATLAB编程应用，以实用为宗旨，用丰富的实例讲解自动控制原理[1]，并设置为考试课。对侧重于信号处理的电子信息工程专业，则注重学习控制系统的信号分析和处理方法，选用黄坚主编的国家“十五”教学研究成果教材《自动控制原理及其应用》，并设置为考查课。

2.优化教学内容

不同层次的专业、不同的专业方向具有不同层次人才需求和培养目标。根据其特点和要求，分别进行了不同侧重点的内容安排。平顶山学院这几个工科专业开设的“电路分析”、“信号与系统”和“自动控制原理”等专业基础课程中存在重复内容，在有限学时内合理安排相关课程内容，互相联系，各有侧重。

如“二阶系统的时域分析”这部分内容，在“电路分析”中侧重于讲解电路响应的求解方法及电气参数对响应的影响，而在“自动控制原理”中则主要从闭环极点对响应的影响及系统的动态性能指标进行分析。又如“信号与系统”中应该重点讲解拉氏变换的定义、性质，而“自动控制原理”应侧重于讲解由拉氏变换得到的传递函数等数学模型的相关内容。对已学内容抓住课程的不同之处进行讲解，避免重复。

另外，该课程教学中应理论联系实际，通过学生熟悉的一些工程实例引入相关内容，这些实例的选取应与授课学生专业相关或相近。如给电气专业的学生讲解传递函数建立时，以直流电机控制系统为例，从传递函数建立、系统性能分析到系统的设计与校正，不但能够使学生更好地理解与掌握相关知识，同时将理论与工程实践结合起来，激发学生的学习兴趣。

根据不同专业和课程的授课目的，从不同侧重点、不同角度去设置教学内容，对教学内容的优化能够起到关键作用。

二、探索教学方法

为提高教学效果，加强学生能力的培养，平顶山学院教师积极探索教学方法，逐步形成了多元化教学方法，如问题教学法、“立体交互式”教学方法、讨论式教学、实验教学法以及网络交互式教学等。

如采用问题教学法：教师启发引导—学生发现问题—独立思考分析问题—相互讨论初步解决问题—反馈情况完整解决问题，整个教学过程中通过师生合作和互动，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观念等方面能够培养与提高学生的科学兴趣和主动探究能力[2]。

教学过程本身是一个互动的过程，利用课堂板书和多媒体教学、课后活动、网络教学、课外专题讲座等多种教学方法全方位地激发学生认知接受知识的“立体交互式”教学方法，也能够很好地提高教学质量。不同的老师有不同的教学方法，唯有能提高学生学习兴趣、引发学生思考、达到自我学习目的的方法才是真正有效的方法。

三、改革实验教学模式与内容

实验教学是该课程的重要组成部分，是实现理论与实际有机结合的桥梁。做好实验教学不仅有利于提高学生对所学理论知识的理解与掌握，而且有利于提高学生的动手能力、工程实践能力。目前在“自动控制原理”课程的实验教学采用教师课堂讲授、学生根据给定的实验步骤，在老师的现场指导下完成实验，实验内容以验证性实验为主。这种实验教学模式既受到实验设备等客观条件的限制，效果不理想，同时也不利于学生科学探究能力的培养。[3]结合平顶山学院的专业特点与教学情况，对该课程实验教学模式与内容进行了改革。

1.先做实验再讲解

以前传统教学中先课堂讲解，后做实验，目的是帮助学生理解课堂知识。[4]其实际效果却是学生在做实验时只是得到结果进行验证，很难引发深入的思考。现在反过来先做实验，应用结论来解决问题，这样，学生们会很想知道结论的来历，进行思考，就会主动去查书和网上查找资料。课堂上学生想知道自己的理解与老师是否有不同，或者存在不理解的地方，在课堂上更多的是答疑和讨论，做到“真正的學习在课下”。

2.多形式实验模式

为突出培养学生的实验技能，开发创新思维，将单一的验证性实验改为“实验箱模拟实验+MATLAB仿真平台实验+以实物为对象的研究设计性实验”等多种形式并存的实验模式。平顶山学院引进了求是教仪教学实验平台设备“THKKL-6控制理论实验仪”。该设备在传统实验基础上结合MATLAB增加仿真实验，虚拟示波器和真实滤波器相结合进行比较分析，以温度控制单元、直流电机转速控制和水箱等实物为对象进行创新设计性实验。另外，教师们可以结合自己的科研项目进行实际演练，使学生能够真正掌握本课程的实质和应用。

该实验模式满足了不同个性、不同水平学生的需求，使他们在实验室体验到研究的乐趣，自觉地开展研究性学习。

3.增加设计性与综合性实验

传统的验证性实验不利于培养学生独立思考能力和创新能力，本着“以学生为主体”的教学理念，增加了设计性、综合性实验内容。引导学生将该课程的基础知识与工程实际相结合，让学生根据自己感兴趣的题目自主设计实验方案，如线性系统的串联校正，在确定目标的同时，独立思考，制订实验计划和手段，实验室对学生开放，在实验过程中老师给予指导和支持。这样不但能够充分调动学生的主观能动性，而且在实验过程中能够培养学生发现问题、独立分析问题和解决问题的能力。

四、结论

在“自动控制原理”理论与实验教学中，坚持以学生为主体，通过优化课程体系与教学内容、改进教学方式，改革实验教学模式与内容，形成立体化培养模式，提高了学生的学习兴趣，培养了学生的独立思考能力与实践能力，提高相关专业人才培养质量，并取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]胡寿松.自动控制原理简明教程[M].第二版.北京：科学出版社，2008.

[2]徐颖秦，潘丰.自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践[J].电力系统及其自动化学报，2012，24（2）：152-155.

[3]孙洁.“自动控制原理”实验教学改革的实践[J].电气电子教学学报，2009，（6）：69-70.

[4]吴旖旎，吴建平.多角度“自动控制原理”课堂教学改革探索[J].中国电力教育，2012，（13）：91-92.

（责任编辑：王祝萍）