问题驱动教学法在《自动控制原理》“稳态误差分析”教学中的应用

杨艳丽 郭一锋 张国良 王蜂

摘要：自动控制原理课程是第二炮兵工程大学测控工程等专业一门非常重要的工程技术基础必修课，肩负着为后续武器系统相关课程打下坚实理论基础的任务。为了改变传统填鸭式的教学模式，在教学过程中采用问题驱动教学法。实践结果表明：该方法充分调动了学生的积极性和主动性，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的合作精神，开拓了学生的创新能力，推动了教学改革，提高了课堂教学的质量和效果。

关键词：自动控制原理；问题驱动教学法；过程设计

中圖分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）17-0184-02

“自动控制原理”是第二炮兵工程大学生长干部学历教育“测控工程”等专业的一门必修工程技术基础课程，肩负着为后续武器系统相关课程打下坚实理论基础的任务。该课程来源于控制工程的社会实践，又回到工程实际中去指导系统的分析和设计，具有浓厚的工程背景，理论性较强，公式较多，计算繁琐。如果按照传统的“填鸭式”方法组织教学，学生会觉得枯燥乏味，产生厌学情绪，教学效果大打折扣。因此在本课程的教学中贯穿问题驱动教学法，以“问题驱动”调动学生自主学习的积极性，培养学生的合作精神，开拓学生的创新能力。

一、何谓问题驱动教学法

著名科学方法论学者源普尔（K.R.Popper）认为：“正是问题激发我们去学习，去发展知识，去实践，去观察”。问题驱动教学法即基于问题的教学方法是一种以学生为主体、以专业领域内的各种问题为学习起点，以问题为核心规划学习内容，以探索问题来引导和维持学习者的学习兴趣和动机，让学生围绕问题寻求解决方案的一种学习方法。教师在此过程中的角色是问题的提出者、课程的设计者以及结果的评估者，学生必须拥有学习的主动权，教师不断地引导和激励学生前进。

二、问题驱动教学法过程设计

1.教师提出问题。教师要在课前准备好问题。从现代教学论点看，教学过程既是学生的认识过程，又是学生思维发展的过程，而思维的动力又是由疑问引起的，学生心中有了疑问，才会促使他们主动探究，合作交流，向老师质疑，以解心中的疑团，从而获取新知识。因此，在学生学习知识过程中，运用问题驱动教学的第一步是提出问题[1]。

2.分析问题。这一阶段以学生的活动为主，常常让全班同学相互间进行讨论和交流，也可以全体同学分组讨论，争取让每个学生都提出自己的观点和看法。教师在此阶段主要是发挥引导作用，当讨论发生跑题或者学生们误解问题的本意时，给予及时的提醒和引导。

3.解决问题。即在教师的引导下，让学生们通过自主探索、小组合作交流等一些手段和方法进行相关知识的学习，提出解决问题的方法，这时可以让学生用报告的方式与全班进行交流。学生会从中获得成功的愉悦、自信的情感，逐步形成主动探索知识的能力

4.结果评价。包括自我评估、小组互评及教师评价等，评价内容为小组整体表现、问题解决方法的合理性、个人贡献等。

三、问题驱动教学法的实施

在多年的教学实践中，笔者运用问题驱动教学法讲授《自动控制原理》“线性系统的稳态误差计算”课程，取得了较好的效果，下面加以说明。

1.提出问题。控制系统的稳态误差，是系统控制准确度的一种度量，是一项重要的技术指标。稳态误差和哪些因素有关，如何计算稳态误差呢？

2.分析问题接下来让学生自由讨论。从稳态误差的定义入手，e（∞）=lime（t），显然，计算稳态误差最直接的方法是定义法，对于如下所示的典型线性系统结构图：

3.解决问题。对表格进行分析可以发现：对于静态误差系数而言，对角线上是开环增益，对角线以上是0，对角线以下是无穷大；对稳态误差而言，对角线上是常数，对角线以上是无穷大，对角线以下是0，表格可以向右向下无限扩展。对一个特定形式的输入来说，积分环节的个数ν越多，稳态误差越小；开环增益越大，稳态误差越小；但是两者的影响是有区别的，ν的影响是质的变化，它可以使稳态误差由无穷大变为一个常数，由一个常数变为0，开环传递函数中ν越多，系统跟踪变化输入信号的能力越强；开环增益的影响是量的变化，它只能影响一个特定输入和一个对应ν下稳态误差的大小；这样一种求解稳态误差的方法虽然是从终值定理中来，但是对于具有t形式的输入来说，它完全可以脱离终值定理而独立存在，我们甚至不必求出误差信号的复数域表达式E（s），只需开环传递函数即可，相比终值定理，计算的复杂性进一步降低了。

4.结果评价。小组将各成员的最终成果汇总整合，形成统一的PPT汇报文档，由各小组做报告，然后其他组自由质询，最后全班针对问题进行讨论，同时个人提交书面课程总结。课程学习的最终成绩由课程学习质量和课程总结质量综合评分，前者以小组评分为主，主要指标包括学习过程的表现、学习成果的组织、汇报时的语言表述、汇报时与听众的交流技巧；后者以个人评分为主，主要指标包括总结内容的正确性、深度和规范性。

四、结论

通过实践发现问题驱动教学法有利于激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生自主学习及与他人协作的能力，推动了《自动控制原理》的教学改革，提高了课堂教学的质量和效果，提升了人才的培养质量，更好地适应部队任职对人才的需要。