自动控制原理课程教学模式探究

张伟 赵炯

摘要：《自动控制原理》课程是自动化专业一门重要的专业基础课。为适应学术型和应用技术型两类学生的需要，提出在课堂教学和实践教学方面进行改革的具体措施。通过这些改革，使教与学更有针对性，提高了学生学习的积极性、主动性、培养学生所需的能力，为后续的发展奠定基础。

关键词：自动控制原理;教学改革

“自动控制原理”是自动化专业重要的专业基础课，在整个专业知识体系中有承上启下的作用，占据非常重要的地位，为后续“现代控制理论”、“计算机控制系统”等专业课程提供理论基础和分析设计方法。也是众多高校硕士研究生入学考试的课程之一。该课程涉及到控制系统的模型建立、系统分析及系统设计的基础理论和相关技术，理论性强但又源于工程技术。因此，学生未来不论是选择继续深造成为学术型人才，还是从事专业技术工作成为应用型人才，都需要强有力的控制理论的基础。“自动控制原理”课程在众多高校都有有效的改革措施，但是改革方法不能复制，应借鉴其他高校的改革方案探求适合我校硬件条件、适合我校学生现状的途径。

一、教与学的现状

自动控制原理课程的内容具有概念抽象、数学含量大、计算繁杂的特点，既难教，也难学。传统的课堂主要以教师为主体，以教授方式为主组织教学活动，学生被动地接受课堂的教学知识。教学模式和教学方法单一，教师缺乏教的创造性，学生缺乏学的主动性。因此，在学习过程中学生感到难学、乏味，从而产生厌学的情绪，造成学习主动性差，严重影响该课程的教学质量。由于独立学院学生有数学功底差，缺乏思考能力等一些客观存在的问题，“鼓励学生参与教师项目”、“参加科技竞赛”等一些改革措施并不适合独立学院学生广泛使用，因此提高学生学习的兴趣和主动性、加强内容的理解和促进内容的掌握、促进学生分析问题和解决问题能力、提高课程的教学质量十分必要。在原有的课程中，可以引入新的教学内容，开设新的实验，并通过实验和习题的基本训练进行能力培养，使学生自己学会找出本专业的实践结合点，培养一种对知识应用和创造能力。

二、课堂教学改革方案

（一）化抽象为实例，提高学习兴趣

自动控制原理课程理论知识的逻辑性很强，带有方法论的特点，同时又和工程实践密切相关。所以引发学生学习兴趣，调动学生学习积极性的方法之一就是引入工程实践中的实例，使学生充分理解这些抽象的专业术语。例如，在讲建立系统数学模型时，可以以电路系统、力学系统、发电系统为例，对系统进行机理分析，建立它们的各种数学模型，并分析数学模型间的转换的方法和意义。在介绍自动控制系统控制原理时，可以以一个水箱水位控制系统为工程实例，通过对比手动控制，仿照手动控制策略，引导学生将手动改为自动控制，理解自动控制的过程、特点，从而掌握闭环控制系统的控制原理，能够举一反三描述空调系统、船舵系统的控制原理。这些生动的工程实例大大激发了学生的学习兴趣，并使他们深刻理解了“学以致用”的意义。

引用工程实例的同时，还应注重自动化领域的一些前沿技术，并通过介绍、视频等方式传递给学生，鼓舞学生努力学习，成就未来。另外也要注重本课程与其他课程的联系。例如在讲系统建模的时候，可以联系前面学过的课程“物理”、“电路”、“模拟电子技术”等;讲述控制系统结构的时候，组成控制系统的七个环节的实现可以联系“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“传感器技术”等。让学生知道各门课程在课程体系中的地位和作用，增加学习的积极性，端正学习态度，更好的参与未来学习。

（二）根据“双型”需求调整课程内容

自动控制原理课程内容丰富，在教学过程中，老师的角色是引导和帮助，而非灌输，老师授课是通过简单的基础知识让同学们理解问题，同学们需要自己根据基础知识去思考实际生活中的复杂问题，起决定性作用的还是学生自己。

对于应用型学生来说教学实施轻计算、重实践。自动控制原理课程理论性强，涉及大量用到Laplace变换、复变函数、以及电路、电机等方面的知识，而独立学院的学生对这些内容掌握得不够扎实，所以在教学过程中不再注重公式的推导、复杂的计算、而转化为与实际相关的实例分析，注重提高学生动手、动脑能力。

对于学术型学生该课程是参加考研的专业课，适当引入一些历年考研真题。目前大学本科毕业生的就业形式不容乐观，考研能够暂缓就业压力、扩大就业门路和增加就业砝码。通过讲解历年考研真题，首先对于想考研的学生来说，提前复习了考研课程，能很好的理解教材中的理论知识点在考研试题中怎么应用。其次，历年的考研真题都与工程实际紧密相连，通过对考研真题的学习，学生能够更好的理解理论知识，并且能提高学生理论联系实际的能力。

对于两类学生共同学习，要充分利用课上课下时间，让每个学生按需所取。在布置作业或项目的时候可以有针对性的进行分组。例如设计电机调速控制系统，学术性学生重点进行数学建模、理论分析。应用型学生结合模电、数电等课程设计环节电路，最终验证控制效果。

（三）教学内容与教学手段相结合

在自动控制原理的授课过程中多媒体课件的应用基本取代了传统的教学方式。但根据课程内容的需要，最好有选择地使用传统教学方式与多媒体教学方式、MATALAB实验教学等现代化教學方式、手段高效结合，真正达到提高教学质量的目的。

多媒体教学负责课程知识结构展示，还可利用生动的图片、flash动画和视频资料的形式增强学生的感性认识。例如，演示水位控制系统的控制过程，让学生对控制产生直观形象的认识，不仅增强了教学效果，还激发了学生浓厚的学习兴趣。

板书教学负责课程重点内容的具体分析。控制理论的课程内容多，有复杂的数学推导和绘图。用黑板演示具体题目的绘制过程，将具体题目和硬性规则有效结合起来，慢讲、精讲交叉互补，使学生在理论方法和具体分析双轨并行中更好地掌握课程难点和重点，获得最好的学习效果。

MATLAB教学负责课程中图形的绘制演示以及仿真方面。在自动控制原理中对系统进行分析的方法中根轨迹法和频域法都是基于图形的一种分析方法，在理论初步建立之后，课堂的绘图或者仿真环节，可以引入MATLAN软件完成图形的演示和分析。例如高阶系统的定性分析，通过多种系统的阶跃响应归纳总结，并通过MATLAB添加零极点观察对系统的影响，取得事半功倍的教学效果。

三、加强实践教学环节，培养学生实践能力

实验教学不仅是对理论知识的验证，更是培养学生动手能力、基本科研能力和创新能力的重要环节。根据课程与工程联系紧密的特点，适当增加设计性、综合性实验。学生可以通过设计性实验，从成功和失败中获得经验和训练。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关的课程知识，比如电机、电力电子技术。综合性实验要求学生独立思考或者以小组合作形式完成，充分调动学生学习积极性和主动性，培养学生归纳整理的能力及综合运用所学知识的方法，使学生的实验与创新能力得到全面锻炼，科学的工作态度和创新精神得以培养，调动学生勇于探索、勇于创新的积极性，从而达到培养学生创新能力的目的。综合性实验可利用实验室设备，或充分利用MATLAB或其他软件进行仿真实验。

教学改革是教学工作永恒的主题，没有最好的教学方式，只有最合适的教学方式。只有紧跟学科发展前沿，用心教学，在教学过程中因地制宜，不断调整和优化教学内容、教学方法，才能真正提高教学质量。

作者简介：

张伟（1984.8—），女，汉族，河北唐山人，研究生，讲师，从事控制理论与控制工程研究。

赵炯（1986.8—），男，汉族，河北衡水人，研究生，讲师，从事核能科学与工程研究。

课题项目：华北理工大学轻工学院教育教学改革研究与实践项目“电气专业‘双型’人才培养自控课教学模式探究”研究成果（编号：qgjg201819）