“自动控制原理”理论教学探究*

张星红 ，陈慧波 ，郑秀丽 ，常文平

（河南工学院，河南 新乡 453003）

“自动控制原理”是自动化类、电气类、电子信息类、计算机类等专业的核心课程，也是许多工科专业非常重要的课程。因此，该课程涉及的专业面十分广泛。同时，该课程也是一门方法论的课程，尤其是经典控制理论部分，以负反馈系统为主要内容，其利用“误差消除误差”的核心思想，从定性建立数学模型到定量分析性能指标，体现了信息流通、系统论、控制思想的一套方法论。因此，在学习中不仅要掌握理论知识，更要掌握其体现出来的研究方法，培养系统的观念，提高综合分析问题能力[1-5]。

“自动控制原理”数学推导内容理论性强、教学内容抽象化、公式推导复杂化，再加上教学内容一环扣一环，采用传统教学方法，教师与学生之间缺少交流互动，学生学习的参与度和积极性不高，学生感到枯燥无味，难以达成教学目标，不利于学生能力的培养。如何提高学生对这门课的兴趣，更大程度地接受基础知识、基本理论和基本方法，同时使学生人生观、价值观和世界观得到升华[6-9]。为达到提高全方位育人质量的教学目的，在教学过程中，作者从以下几方面进行教学探究。

1 将思政教育引入课堂

借助于“双闭环”的思想[10]，采取思政为内环、理论知识为外环的教学模式。将思政“润物细无声”地引入“自动控制原理”，使学生不仅仅学习理论，也能受到思政教育，更好地树立学生正确的“三观”和指明未来发展方向，详情如图1所示。比如，讲述闭环控制系统时，引入反馈思想，指出整个社会也是一个闭环控制系统，结合我国的经济政策等，阐述我国的各项政策制定充分反映了反馈调节的思想；在讲述系统稳定时，自然而然引入“稳定”，只有社会和谐稳定，国家才能富强，民族才可以复兴，国家才可以长治久安，号召同学们共同为实现中华民族伟大复兴的中国梦而奋斗。

图1 专业-思政融合的双闭环结构图

在讲授“自动控制原理”的同时，对学生进行思政教育，帮助学生养成正确的学习态度，建立符合社会主义核心价值的人生观，强调“专业知识传授中的价值引领”原则。既使学生充分掌握科学知识，又使学生得到思想政治教育，最终的目标是培养出能够建设中国特色社会主义的人才。

2 学以致用，激发学生兴趣

在教学过程中，将自控原理知识应用到生活中，做到知行合一，让学生体会到高深的理论也可在生活中“活灵活现”。比如，在讲述干扰输入量时，可以引入课堂上的干扰量之一——手机，借机也可以号召同学们合理利用手机；在讲述检测装置时，可以引进教师批改作业的过程其实就是检测装置检测输出量的一个过程，详细内容如图2所示。

图2 知行合一单闭环结构图

将枯燥的理论引入到生活中来解释，有利于提高学生学习理论的兴趣，有助于学生理解理论知识，而且无意中也削弱了“自动控制原理”的“理论强”和“抽象化”。

3 构建多元化的教学手段

传统的“以教为主”的教学模式，不能满足人才培养的需求。围绕“以学生为中心”的教育理念，积极推进信息化技术与教育教学深度融合，进行教学改革与课程建设。比如，在学习通上传教学视频、课件等教育资源，建立题库，并完成相应的测验环节，用来检测学习目标的达成度，合理布置学生线上自主学习内容。让学生互评作业，以提升学生的学习参与度，保证学习效果。另外，随着计算机手段的提高，尤其是MATLAB软件的加入，可以让学生自己动手编写小程序，使得复杂的计算不再成为困难，使得抽象化的理论变得更加直观，如图3所示。

图3 人才培养与理论相结合

4 优化成绩的评价模式

传统的课程考核模式以期末成绩作为主要评分标准，结合作业成绩，模式单一，不利于激发学生学习的积极性。教师需要在课程成绩的构成上进行优化，使课程成绩能够真正反映学生的学习能力和对于知识点的掌握以及应用能力。强化过程考核、突出日常学习、多指标差异化评价的考核模式，优化课程考核体系。考核模式的综合成绩构成包括期末考试成绩、平时测验成绩、作业成绩、实验成绩、课堂表现及出勤率等。这样学生要想取得优秀成绩，必须强化日常学习效果，不能靠考前突击。如图4所示，一个学生期末成绩90分，若平时表现不是太好的话，按照总分=期末卷面成绩*60%+过程原始成绩*40%计算（实验成绩15分，平时测验和课堂表现成绩各10分，出勤占5分），则该同学最终成绩只有86分。

图4 成绩计算图表

平时授课中，重点内容突出，针对性地进行督促和引导。在习题课上，进行课堂翻转，让学生讲解题思路和书写详细步骤，了解学生对知识的理解程度和应用能力。出期末卷子时，适当增加应用型及综合型题目的比例。

5 拓宽学生知识面

探究性教学的过程，也是一个让学生的知识面不断延伸的过程。讲授数学模型时，进一步扩展系统模型方面的知识，了解系统模型有线性、非线性、时变、定常、连续、离散、集中参数、分布参数、确定性及随机系统等。在课堂上适时引进控制方向有很多，如自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、滑模控制等。对能力较强的学生，推荐阅读与知识点密切相关的学术文章，开启其探索学术之门，提高其眼界，如图5所示。

图5 拓展知识面

6 结论

通过引入思政教育、生活例子，采取多元化的教学手段，改进评价模式和拓宽学生知识面等提高教学质量，同时引导学生编写MATLAB仿真程序，根据获悉的结果进行分析和讨论，掌握处理信息和观察实验能力，使学生对专业知识有更深刻的理解和更宽阔的思路。实践证明，这种教学方法可以真正使学生活学活用，提高学生学习的积极性和自主性，培养学生良好的学习态度和方法，树立正确的世界观、人生观和价值观。