浅析《自动控制原理》课程教学改革

刘文慧 袁金艳

（1.沧州师范学院，河北 沧州 061001；2.沧州职业技术学院，河北 沧州 061001）

《自动控制》是应用型本科、高职高专职工大学的自动化类专业、电气类专业、机电一体化专业学生开设的一门第一层次的专业基础课。

《自动控制》课程内容主要包括传递函数、时域、频域分析与系统校正的一些内容。当前高职高专院校普遍重视学生的一些实际应用能力，所以自动控制已经在相关专业开展，并得以不断发展。但是各个学校实际情况各不相同，所面临的问题也不一样。文章就笔者所在的沧州师范学院的实际情况，对《自动控制》课程进行的改革做了论述。

一、改革的背景

随着电类和自动控制的日益发展，学生现在越来越关注自动控制方面的问题，从近几年的教学状况和教学效果来看，出现了如下新的情况和新的问题：

1.学生学习的起点不一致

本校是一所在全省范围内招生的院校，生源来自全省各地，学生分数差别比较大，而且学生进入大学学习状况也有所不同，从而造成大家学习的基础不一样。所以教师尽可能地兼顾各层次的学生的需求，这给教学带来了一定的困难。教学中往往出现，学生学习本课程感觉有点难，再加上课程设置的问题，造成好多学生上课有点听不懂，课后难以消化。

2.一部分学生有着更高的要求，希望能有一些实际的东西或者实验来支持上课的内容

因为一部分学生素质比较高，所以上课讲的东西，他们早已经了解，但还是需要一些实际的东西来支持，比如说几个典型环节的电路设计和图形模拟。而这个过程中必然要出现一些这样那样的问题，这就需要教师给与正确的引导和解释，这会使学生的主动性和积极性大大提高。实习和实验内容也是一个重要的环节，因为这些既要对课本一个正确的反映，又要考虑学生的接受能力，毕竟这门课是一门专业基础课。

3.“满堂灌”的教学模式不利于学生个性的发展

目前很多学校自动控制课程不仅开得少，而且多是采用单一的课本教学模式，教与学的关系还是“你教我学”，学生始终处于学习的被动地位。学生所学知识主要来自于课堂上教师的讲授，因此学生每碰到一个新问题，第一反应就是老师上课没讲清楚。学生过分依赖于教师，缺乏学习的主动性和积极性。

二、改革的方案

1.丰富和精选教学内容

对于电气类专业的学生来说，《自动控制》的教学目标主要是让学生了解自动控制方面的一些理论和内容，了解开、闭环控制系统，了解系统校正，了解研究系统的时域、频域分析。所以教学内容一定要丰富全面，涵盖到各个方面：

（1）详细讲解拉普拉斯变换的内容。拉普拉斯变换是自动控制这门课程中很重要的部分，它直接联系到从时域到频域或者说从时间T到S的变换问题。因为本身涉及到高数的一部分内容，所以好多学生觉得有点难。这时候就要求任课老师多讲一些与这方面有关的知识，这样学生听起来、学起来就会好一些。要提醒的是应该能够达到熟记一些简单的拉普拉斯公式及内容。

（2）各个基本环节要讲清楚。基本环节包括：比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节，还有稍微难一些的振荡环节。讲解这部分内容的时候教师应该力求让学生熟练掌握，熟悉这些基本环节的基本公式、基本的电路或者物理模型，只有做到这一点才能在以后的工作或者实际应用中得心应手。

（3）系统框图的化简问题要多出例题。在化简问题上好多学生普遍反映上课时觉得挺简单的，而一旦自己去处理课后例题，或碰到升本方面、考研方面的问题时突然觉得忘记了。其实这也是这门课的表现，这时候教师应该多出例题，除了讲解直接化简的方法，最好还要把梅逊公式给学生讲一些，这样学生处理问题的方法就会多一些，以后再遇到相关问题可能会好一些。

（4）频域分析法要多讲。频域分析包括很多内容：奈氏，伯德图，还有根轨迹法，都是应该给学生提及并主要分析的内容，也是学自动控制的比较重要的环节，而这里面主要提及的就是根轨迹法。根轨迹法一般就是指利用特征方程的根来判断系统性能的方法。但实际上这一点是比较难的，尤其对学习成绩参差不齐的学生来说根是一个比较大的难点，这时候就要求教师不但要多讲还要慢讲，多画图，多出例题让学生自己去解决。这么做才能使学生学完之后会有所感觉，当遇到问题的时候知道怎么解决。

（5）系统的校正。校正问题是这门课联系实践的一部分，学完这门课真正用到的就是要去对系统作校正，使系统按照我们预想的结果去发展。这里面的难点就是PID校正了，课本上相关内容因为教材不同可能会稍微有所区别，这时候就要求教师要从多方面去给学生引导和讲解。

2.加强实验方面的工作

自动控制的基本环节如果没有实验实际支持的话还是不容易理解，因此，应该加强实验让学生更好地去了解基本环节的内容，例如：简单的放大电路就是一个比例环节，而在放大电路的基础上我们在添加一个电容就变成积分或者惯性环节。当然这些除了有理论支持之外，最好还要有实验来支持。这样一来不但提高了学生的学习兴趣，同时增长了学生的动手能力，实验内容也远比课本上来得快，理解得容易，即在基本环节问题上更容易被学生掌握。

而如果在校正问题上多安排实验的话，必然会让课堂变得轻松活跃起来，而学生的掌握程度会比单纯的上课要深得多。例如：PID校正在自动控制这门课中是比较难理解和处理的问题，自从学校引进了能够模拟自动控制系统方面的设备以后，笔者带着学生去做实验，去实际的接线以后，几乎所有的同学认为这一部分不难，有的学习好的同学甚至可以自己去设计电路来实现PID校正，还有人作出了电机转速自动控制的实验。这是课程本身的一大进步，既丰富了课堂，同时让学生的动手能力得到很好的提高，顺便还掌握了课本内容，可谓是一举三得啊。

液位测量通过检测有机玻璃水箱的水压，转换成电压信号作为电压反馈信号，水泵的水压为0～6Kpa，输出电压为0～10V，这里由于水箱的高度受实验台的限制，所以调节压力变送器的量程使得水位达到250mm时压力变送器的输出电压为5V。

根据实际的设计要求，调节反馈系数 ，从而调节输出电压。这些都可以通过实验简单明了地展示给学生，并能让学生自己动手去接线，去完成实验。

《自动控制》是理论与实践紧密结合的一门课程，一方面通过大量有难度的实验使学生对理论理解得更加透彻，另一方面，也只有在理论的指导下，才能让实训有条不紊、让操作变得简单，这样不仅对学生们日后的工作有帮助，而且对日后学习其他方面的知识也是十分有益的。