参与式教学法在“自动控制原理”教学中的应用

张贞艳+刘美侠

【摘 要】工业、科技等领域自动化水平的不断提高，意味着对控制理论的应用越来越广泛。《自动控制原理》作为一门专业基础课，其课程重要性毋庸置疑；本文以培养应用型人才为目标，对“自动控制原理”进行了教学方法改革；将参与式教学法引入课堂，取得了较好的教学效果。

【关键词】自动控制原理；教学方法改革；参与式教学法；教学效果

“自动控制原理”是自动化、数控技术等专业的专业课，课程难度较大，学时相对较少，外加我院学生基础知识薄弱，课题组特对“自动控制原理”进行了教学方法改革。主要将“参与式”教学法应用于课堂，通过实施反馈，取得了良好的教学效果。

1 参与式教学法的设计和运用

传统的“灌输式”教学是教师不停地写板书，书生被动地记笔记[1]。为了一改“满堂灌，效率低”的教学模式，主要设计了如下参与式教学法：

1.1 多项互动法

将多项互动法贯穿于整个授课过程。课前，注意和学生交流，及时询问教学节奏是否恰当，知识点理解是否到位，作业是否存在问题；课上，注意观察学生反映，注意询问重点知识点掌握情况，以协调师生节奏。课后，对作业中普遍出现的问题或课上理解不到位的知识点进行汇总，在下节课开始前统一解答，尽量不让学生累积问题，以免影响后面的学习兴趣。

1.2 引导式教学

从改变学生的惰性和对教师的依赖性出发，采用“引导式”教学积极引导学生主动思考问题，以培养其学习兴趣和分析问题的能力。如在讲解“控制系统传递函数的建立”时，选定如图1、图2两个系统。图1以外加电压为输入，以电容电压为输出，图2以外力为输入，以物体位移为输出，要求建立系统传递函数。特给学生做如下引导：

图1 电气系统

图2 机械位移系统

（1）两系统的结构有何特点？

通过启发引导，学生发现，看似不相关的两系统，实际上都由3个元件串联而成，且3个元件中都包含1个耗能元件（图1中的电阻，图2中的阻尼器）、都包含2个储能元件（图1中的电感和电容；图2中的弹簧和物体）。通过以上引导，使学生回顾储能元件的储能公式，并构建如下表格加深印象：

表1 储能元件及其储能公式

基于此，得出两系统结构相似，且储能元件的个数决定了系统的阶次是二阶的。

（2）结构相似的系统传递函数模型是否相似呢？

对于电气系统，结合串联电路“复阻抗”的概念，可求得系统的传递函数如（1）式：

将两个式进行对比，不难发现，两系统模型相似，均为二阶系统；如果在数值上满足：m=LC，μ=RC，k=1，则两模型相同，此时两系统等值。

1.3 归纳总结法

在“自动控制原理”的教学中，要注意各知识点的衔接性，注意适时给学生进行知识总结，有助于帮助学生构造知识体系。

同样以上述两系统为例，从控制论的角度出发归纳总结习题带给我们的几点启发：

（1）控制系统的传递函数是由系统的结构和参数决定的；

（2）物理本质不同的系统，可以有相似（或相同）的传递函数模型；

（3）从动态性能来看，在相同形式的输入作用下，传递函数相似（或相同）而物理本质不同的系统其输出响应是相似（或相同）的；

（4）基于第（3）点，可以利用电系统来模拟其它系统，进行预先的设计研究。

教师的总结能够加强学生对知识点的消化吸收，也能帮助学生构建知识体系，形成良好的学习习惯。

1.4 情景模拟体验法

“自动控制原理”的学习是为将来分析控制系统性能（稳定性、暂态过程：超调量、上升时间、调节时间、稳态误差）服务的，如果系统的性能不能达到要求，就需要进行综合（设计），可以采用根轨迹、频率校正、PID校正等方法完成[2]。在课程刚开始时，就有必要把这一目标强调给学生，在授课过程中，要逐步将这一目标细化；另外，教师平时注意把科研项目里和本课程挂钩的知识点介绍给学生，方便他们直观地理解现在课程和后面实践环节的关联性。这样能促使学生对所学知识的认知力，通过情景模拟，把知识学以致用。1.5 自我设计方法

借助Matlab软件的相关函数或者软件包为“自动控制原理”提供有利的辅助验证。例如在进行系统稳定性判定、频率特性图的绘制等过程中，指导学生利用Matlab进行验证或设计来强化学习效果。这主要是针对部分有余力的学生。

2 参与式教学法实施的注意事项

为保证“参与式”教学法的实施效果，施教过程有几点注意事项：

1）认真备课、充分备课

只有对习题、案例精心筛选，对教案、课件认真准备，才能在和学生互动、交流增加的情况下，及时且全面的预见和解决困惑学生的问题。

2）协调课程节奏

交流互动环节的增加，易影响授课节奏。要注意区分学生所提问题是共性的还是个性的，是需要在课堂上集中讲解的还是可以放到课后网络答疑解决的；既要注重培养学生讨论问题的热情和积极性，又要严格把控好上课节奏。

3）引导学生参与，保持其积极性

参与式教学的顺利开展，离不开教师的引导和学生的配合。课堂上注意适当引入小组竞赛或分组讨论的方式等来激发学生积极参与的热情，培养学生的学习积极性。

3 结论

本文总结了参与式教学法在“自动控制原理”中的设计和应用，介绍了施教过程的几点注意事项。在教学实践中取得了较好的效果：学生学习热情饱满，讨论问题积极，知识掌握更扎实，分析问题和解决问题的能力有所增强，部分学生考研目标更明确，信心也增强。

【参考文献】

[1]宋亚男，徐荣华.参与式教学方法在“自动控制原理”教学中的思考与实践 [J].广东工业大学学报，2010（7）：111-112.

[2]张贞艳，刘美侠.“自动控制原理教学改革实践”[J].中国电力教育，2010（7）：62-63.

[责任编辑：杨玉洁]