基于自动控制原理的教学创新改革探索

李晓杰，董 晖，王一光

（桂林理工大学 广西 桂林 541004）

自动控制原理课程是控制类专业的核心专业基础课程，其知识体系的掌握程度直接影响学生对后续专业课程的学习。通过对控制理论的学习，学生可以提高对自动化专业的认知水平，整体提升专业能力，同时能培养科学严谨的学习态度，以及解决实际问题的能力[1]。近年来，许多工程领域对自动化专业的教育质量提出了更高的要求，对具有创新能力的新时代自动控制领域人才要求越来越高。自动控制原理这门课程的教学效果直接影响本行业创新型人才的培养。但是由于自动控制原理的知识量大、知识点难度较高且较为抽象，致使该课程的授课难度很大。教师在规定的授课学时内完成这门课程的教学任务，保证学生系统地掌握这门课程的知识，并能够将所学知识应用于实际工程中，是目前教学的难题。目前，各高校的教学都因理论与实践结合不够紧密、研究与教学衔接不足、教学内容新颖度、深度以及广度不足等原因出现授课效果不佳的问题。为了解决以上问题，有必要探索新的教育方法和课程改革，使学生更好地应对实际工程应用中面临的挑战[2]。

1 课程特点及教学问题

自动控制理论具有直观的工程背景，综合性强，是农业、工业、航空、军事以及社会科学等各个领域控制方面的理论依据，是现代控制工程领域重要的理论基础。并且实际的工程应用对自动化相关的专业人员要求较高，这使得人们更加强调课程改革和教学方法的重要性，以更好地满足行业的需求。自动控制原理课程特点可以归纳为以下三个方面：

①自动控制理论涉及数学、电子信息工程等多个学科领域的知识，包括微积分、复变函数理论、电力电子技术等多个课程的知识内容，课程涉及控制系统的建模、分析、设计，要求学生具备比较扎实的数学和物理等方面的知识，并能够对其加以灵活运用。因此，自动控制原理这门课程对学生的专业素养要求较高，不仅考验学生的专业知识储备，同时学生还需要具备较强的分析和解决问题的能力。

②自动控制原理的理论知识相对较为抽象，同时各个知识点之间存在着较为密切的关联，学生需要花费较多的时间和精力，才能够深入理解基本概念和原理，掌握控制系统的各种评价指标[3]。

③自动控制理论的问题解决思路是利用可测量的信息将具体的物理系统转化为定量抽象的数学分析，以满足实际控制目标为需求，进行系统控制的整体设计。其核心控制思想体现了信息论、系统论、控制论的综合方法，要求学生了解信息论的基本概念和方法，掌握信号处理和控制系统中的信息传递、存储和处理方法[4]。

根据以上自动控制原理课程的特点分析，自动控制原理涉及多种知识、理论内容丰富、要求学生具备解决实际问题的能力，导致该课程的教学任务重，教学目标实现难度大，实际教学活动中普遍存在一些问题[5]。首先，该课程涉及知识面较广、知识点理论性强，讲授过程中通常存在理论与实际联系不够紧密的情况。虽然部分章节的例题与实际系统相关，但系统分析、校正、设计等部分的内容讲解与实际联系较少，缺少实际系统控制案例，使得学生难以将理论知识与实际应用相结合，从而不能充分理解理论知识并融入实际系统应用中。另外，由于课程教学时长限制，课堂上无法将控制理论中的每个知识点都详细讲解，教师在课堂上与学生互动交流的时间有限，无法对每个学生的难点一一解答，知识量大，授课时长不能满足教学需要，知识点讲授不够详细，导致学生对知识点的理解不到位，严重影响教学效果。

通过以上分析，教师若采用传统的教学方法来对自动控制原理这一门课程进行教学必然不能有效地提高学生学习的效率。教学方法不适当会为课程的教学带来各种问题，使教学时间紧张，教学内容冗杂，教学知识点难以理解，达不到理想的教学效果。这些问题可能会导致学生缺乏必要的技能和知识来有效地将控制理论应用于实际。因此，为了应对这些挑战，本文提出自动控制原理教学创新改革方法，提出理论课程教学、实验课程教学和总体评价方式三方面的具体改革措施，强调了教学内容安排的合理性和系统性的重要性，旨在促进学生的学习积极性，强化学生解决实际问题的能力，培养适应新时代发展的人才。

2 课程教学改革

2.1 理论课程教学改革

首先，根据自动控制原理课程的整体知识架构，优化教学任务，系统合理地安排理论教学内容。在具体的教学当中，教师需要对自动控制原理的教学内容做出系统安排，以此来突出自动控制原理课程的特点，避免与其他专业课程的授课内容重复。自动控制原理主要是从时域、复域、频域对系统进行分析和设计，因此，为了提高课程的系统性，应从纵向将自动控制原理的知识点进行关联。也就是把时域法、复域法和频域法的系统分析知识内容进行系统讲述，使学生能够理解控制方法的内涵，形成整体系统的知识框架。另外，系统建模是系统分析的前提，系统分析与设计相互影响，因此在具体教学当中，强调系统建模的重要性，突出系统分析与设计过程，让学生系统理解每部分所学知识在自动控制原理中的作用。并且根据学生个人能力分层次教学，保证基本知识点透彻地讲解，将复杂的推导过程放到线上教学或课后答疑的过程中，通过线上教学或答疑等环节针对学生提出的问题进行解答。这样既能节约课堂时间，可以更详细地对重点内容进行强化讲解，还可以满足水平较高学生的知识需求。在理论分析上，自动控制原理需要更加注重工程的定义、工程的物理意义和工程的实际应用，因此需要对这一方面的内容做出详细的阐述。在对学生的培养上，需要积极培养学生的系统思维方式和系统创新能力。教师可以通过实际案例的分析和实验教学等方式，让学生更深刻地理解知识点，并与实际系统产生联系，提高学生解决实际问题的能力。这方面需要教师进行大量的资料查询，以满足课堂实例教学的需求。课堂中，教师抛出实际问题，以解决问题为目标，让学生带着问题去学习，更主动地思考和探索，可以极大程度地改善学生被动的思维方式，提高其辩证思维和创新能力。

其次，通过对理论教学方法的创新，提升学生的学习兴趣，增强教学效果。深刻理解学生为教学主体，教师引导启发教学模式的含义，积极采用各种教学手段激发学生对课程内容的兴趣和学习积极性，引导学生积极思考，锻炼学生发现问题、解决问题的能力。通过启发式教学方法，鼓励学生之间讨论问题，查找相关资料，自主寻找解决问题的思路和方法，这样不仅可以让学生掌握基本的知识点，并且扩大了学生的知识量，也是对已学知识的巩固和应用练习。教学方案的制订，要从学生的角度出发，考虑学生的接受能力和接受程度，找到难点的突破口，才能有效提高学生的自主学习能力、综合分析能力和解决问题能力。当前网络信息发达，多媒体教学手段成熟，教师可充分利用网络了解学生的学习情况和反馈，以便及时调整教学方法和教学内容，满足学生的学习需求，提高教学效果。同时，教师应鼓励学生一起完成课后的设计与作业，互相交流彼此的学习经验与学习问题，培养学生的团队合作能力和沟通能力，从而让学生对自动控制理论有更全面的理解。

最后，利用信息化教学方式提高教学效果。教师板书讲解的教学方式适用于自动控制原理中多数方程和传递函数的推导，但对于系统分析与设计以及根轨迹、频域伯德图等内容的教学，传统教学方式往往让学生感到内容抽象，无法深刻理解教学内容，不清楚所学理论知识在实际工程中的实践应用。因此，对教学方式进行信息化改革，将信息化课程教学方式和传统授课方式相结合，将信息化作为一种工具融合到自动控制原理课程的教学中，能更高效准确地教授知识内容，有效激发学生的学习兴趣，为课堂提供活力，提高课堂效率。此外，在教学过程中利用具有先进计算和系统仿真功能的软件，完成系统模型建立、分析和设计的讲解过程，可以更直观、更形象、更生动、更透彻地让学生感受到所学知识的运用方法，更好地理解知识内容。通过信息化教学方式不仅便于学生理解和掌握自动控制原理中的重难点，也可以引导学生在平台上验证自己的分析结果，完善学生知识体系的构建，激发其学习积极性。通过对教学方式进行信息化改革，使得学生更容易理解自动控制原理的知识内容，提高学生的学习效率和学习兴趣，同时实现课堂效率和教学效果的提升。

2.2 实验课程教学改革

实验教学是自动控制原理课程中非常重要的一环，它不仅能够有效验证理论教学的效果，还可以锻炼学生的动手能力，增加学生的实际操作经验，为学生综合素质的提高奠定坚实基础，对于培养学生将理论知识应用于解决实际问题的能力至关重要。因此，在教学过程中，还要强调将自动控制原理理论课程学习与实验环节相结合，通过验证性实验的开展让学生对自动控制原理相关基本理论知识的理解更加深入，达到锻炼学生的实际动手操作能力的目的，加深学生对基础知识的理解。同时，实验教学要充分体现开放性，给学生足够的独立思考和创新空间，结合课程重点和难点，在基础实验内容之上再额外增加一些综合实验内容。基础实验内容能够加强学生对理论知识点的理解，使学生把课堂教学中的内容与实际实验内容相结合，而综合实验内容能够锻炼学生系统模型建立、系统结构分析、系统结构和参数设计能力，使学生具有全面解决实际控制问题的能力。另外，除了教师的指导和培养，学校还要提高实验室经费的投入，提供足够的实验设备，满足每个学生都能进行独立实验的需要，并重视实验设备的维修保养，保证设备正常运行，减少实验设备故障对学生实验的影响，让实验课程可以更好地完成。同时，学校还应该注重实验室环境的建设和管理，保证实验室的安全和卫生，为学生提供一个良好的实验教学环境。

2.3 总体评价方式改革

自动控制原理课程是一门重要的专业课，而考核方式多以卷面考试为主，这种考核方式难以全面评估学生的工程创新能力，也很难仅仅通过卷面考核成绩判断学生对相关概念的理解和控制应用理论的掌握程度。为此，一种更全面的考核方式是采用多种考核形式相结合的总体评价方式，该评价方式采取闭卷笔试成绩、实验成绩、课前预习情况、课堂出勤率、课堂参与度及作业成绩等多种考核结合的形式。将实验考勤、动手能力、创新能力和实验报告等内容纳入总体评价方式中进行综合评定，从而提高实践环节在成绩中的占比，来激发学生学习探索的主动性，提高学生的综合学习能力，以及培养学生科技创新的意识。

3 结论

本文针对自动控制原理课程教学问题进行了深入分析，提出了针对理论课程教学、实验课程教学和总体评价方式三个方面的创新改革措施，以提升学生的学习主动性和积极性、提高学生创新能力和解决实际问题的能力。只有在教学过程中不断学习教育理论，深入落实创新改革教学模式和教学方法，才能提高自动控制原理课程教学质量。争取通过自动控制原理课程的教学，为社会培养出更多专业素质优秀、工程实践能力突出、创新设计能力领先的合格人才。