《自动控制原理》“深入浅出”与“浅入深出”探讨

吴小娟+何玲

摘要：《自动控制原理》是自动化专业非常重要的一门专业课程，它主要研究自动控制系统基础理论、系统分析和系统设计。然而由于其内容饱满，且学习课时有限，学生在学习过程中常常难以真正把握整个《自动控制原理》的知识体系。基于该问题，本文提出了《自动控制原理》课程教学过程中“深入浅出”与“浅入深出”的复合教学模式。教学实践表明，这种复合教学模式不仅有助于改善学生的学习效果，激发学生的主动学习能力，还有助于学生形成科学的思维方式。

关键词：《自动控制原理》；复合教学模式；“深入浅出”；“浅入深出”

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）10-0236-02

一、引语

《自动控制原理》是研究如何分析自动控制系统性能，以及如何设计自动控制系统以达到所期望性能指标的一门课程[1]，它既是基础课程向专业课程的深入，又是专业课程的理论基础，是新知识的增长点。在这门课的教学过程中，由于内容庞杂、知识面广，教师一般是“满堂灌”，传授给学生各个方面的知识。然而，信息量虽大，学生的学习效果却并不好，他们实際掌握的重点远远不及教师对他们的期望。除此之外，由于教学改革，学习这门课程的课时也在逐渐减少，在教师加快授课速度的同时，学生的听课效率却在降低，这导致他们学习时往往感到难懂、难学。因此，本文提出“深入浅出”与“浅入深出”的复合教学模式，解决在课程内容繁杂的情况下教师如何提高教学效果，以及在课上学习时间减少的情况下学生如何提高学习效果的问题。

二、课程教学现状

《自动控制原理》是自动化专业最核心的一门专业课程，然而学生在学习过程中常常感觉难以掌握，归结原因主要有以下两个方面。

1.《自动控制原理》内容充实。它包括在传递函数基础上的控制系统时域分析方法、根轨迹方法和频域分析方法，并讨论了基于时域和频域方法的控制系统校正方法。除此以外，还涉及了非线性系统和离散系统的分析[2]。这些基本理论与方法作为本课程的知识要点，也是学习理解的重点。在课堂上，如果教师采用逐一问题讲解、剖析的方式，那么在教学时间一定的情况下，是不能完成教学任务的。因此，教师一般采取“填鸭式”的教学方法[3]，学生被动接受教师传授的知识，他们本身并没有融会贯通这些知识，不善于总结对比知识间的联系与区别。比如判断稳定性总共有哪些方法、各自适应于哪些条件下，又比如时域分析、频域分析之间有什么联系，以及非线性系统与线性系统之间的联系和区别是什么。总体来说，学生对知识的掌握仅停留在表层，每个章节会做几个数学运算，并没有真正掌握控制理论。

2.由于教学改革，学生课上学习《自动控制原理》的时间在逐渐减少，而所学内容却没有相应减少。翻开自动控制理论书，我们不难发现里面充斥着推导以及公式，在课上学习时间不够的情况下，学生只能利用课余时间理解这些知识，这就造成学生产生畏难情绪，根本没有耐心跟着课本一起推导。也因为如此，学生就很难明白知识结构中的联系。例如，奈奎斯特稳定判据的公式是怎样推导的、开环根轨迹增益与开环增益间满足什么关系。

三、教学方法探讨

1.教学者“深入浅出”。传统的授课方式是从教师的角度出发，即应该教学生哪些知识，而没有从学生角度思考该如何有效地让学生掌握这些知识。因此，“深入浅出”是指把深奥复杂的课堂内容用简单易懂的方法和语言向学生讲述清楚的一种教学方法[4]。教师如要做到“深入浅出”，笔者认为主要从以下两个方面着手。

（1）自身水平的提高。教师要能“深入”于教材，“浅出”于课堂[5]。首先，教师必须对课程内容本身有深刻的领悟，只有这样才能够找到简单、直观、易懂的讲授方法。例如，分析控制系统时，首先是要判定它的稳定性[6]，因为不稳定的系统在工程中是没有任何实际意义的。奈奎斯特稳定判据本质上是一种图解分析方法，起点和终点的确定是曲线绘制的一个关键步骤。教学者可以从最小相位典型环节和与之相对应的非最小相位环节具有的特点入手，总结出奈奎斯特曲线起点和终点的幅值与相位的求解方法。教师在讲授课中要向学生传授新的知识，新知识的传递总要按教学目的达到某种深度，因此应做到“术业有专攻”，努力钻研专业课程，取得在本门学科方面的科研成果。

（2）讲究授课策略。《自动控制原理》知识点很全面，教师在授课过程中，既要有整体教学思路，又要能抓住授课命脉[7]。授课策略的制定和把握可以从以下方面考虑：①教师要思考：学生学习新知识的知识支撑点在哪儿？他们已经具备了哪些知识经验？在新知识教学前，教师还需要帮助和引导学生提取哪些旧知识？②教师可以设置问题、设置情景，引起学生的思考，多为学生的学习兴趣和爱好奠定基础。比如在画根轨迹时，可以用Matlab制作成动画形式，多条根轨迹分成不同颜色从起点到终点，以生动、形象的画面感引起学生的学习兴趣来提高他们学习的积极性。③要有利于加深学生对所学内容的印象。在授课过程中我们往往用比喻来直观地解释一些问题和现象[8]。比如，在讲“超调”的概念时就以百米赛为例，终点线就相当于系统的“给定值”，当运动员以一定速度达到该“给定值”时，由于惯性还会超出“给定值”。那么这个“超出”就是控制系统中所谓的“超调”概念[9]。

2.学生“浅入深出”。“浅入”即是在教师通俗的讲解下，学生先初步了解知识点，激起自身的求知欲。“深出”即是课下再仔细琢磨，进一步掌握知识点。学生要想做到“浅入深出”，学好这门课程，应该具备自主反思和自主学习意识[10]。

（1）自主反思体现在学生学习过程中做到“举一反三”。比如，在学习稳定性时，稳定的充要条件就是闭环系统特征方程的所有根均具有负实部。对于低阶的特征方程，我们可以直接求出特征根来判断稳定性，而对于高阶系统，我们便可以考虑使用劳斯判据。假如特征方程的根随某个参数由零变到无穷大，这时我们可以利用根轨迹来讨论稳定性的问题。以上这类知识点的联系与区别需要学生自己归纳总结，“举一反三”的目的就是通过反思帮助学生学会学习。

（2）自主學习，即是以学生作为学习的主体来实现学习目标。《自动控制原理》是一门源于控制实践的理论课程，要想学好这门课程，我们在获取基本理论知识的同时，也要将之应用于实践，在实践中分析、探索知识。比如，飞思卡尔智能汽车竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节。整场比赛需要学生组成团队，协同利用所学知识制作智能车。其中，控制算法就很重要，这就需要学生对自动控制原理和计算机控制有一定的了解，并且在了解的基础上，还要钻研，将理论变为实物。当学生参赛后，由于比赛的需要，学生便会产生自主学习的意识，从而达到这门课程学习的深度和宽度。

四、结语

本文基于《自动控制原理》课程内容饱满和授课时间有限，分别从教师和学生的角度探讨了“深入浅出”及“浅入深出”的教学方案。教师只有丰富教学内容，提高教学效果，做到“深入浅出”，才能真正做到让学生掌握知识；学生只有具备自主反思和自主学习意识，做到“浅入深出”，才能真正掌握自控原理的精髓。

参考文献：

[1]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2001.

[2]魏伟，翁贻方，金学波.“自动控制理论”教学中几个问题的探讨[J].电气电子教学学报，2015，37（6）：57-59.

[3]严刚峰.自动控制理论教学内容组织与教学方法初探[J].实验科学与技术，2015，13（5）：200-202.

[4]金长星.正确理解、运用和把握教学中的深入浅出[J].邢台职业技术学院学报，2001，18（1）：6-7.

[5]李鹏.人本合一，兼得“深入浅出”的高效课堂[J].吉林省教育学院学报，2014，30（12）：61-62.

[6]张晓江，方敏.“自动控制理论”教学内容发展历程与优化措施[J].中国电力教育，2010，（1）：60-62.

[7]许志鹏.为师之道贵在深入浅出[J].学术论坛，2012，（24）：218.

[8]王媛.“深入浅出”教学方法初探[J].中学教学参考，2015，（3）：12-13.

[9]张玉良.浅谈自动控制理论教学[J].科技信息，2009，（23）：230.

[10]朱水萍.“举一反三”教学要义的当代意蕴[J].教育探索，2012，（1）：40-41.

Discussion on "In a Simple Way "and "In a Deep Way" of "Automatic Control Principle"

WU Xiao-juan，HE Ling

（School of Automation Engineering，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu，Sichuan 611731，China）

Abstract："Automatic Control Principle" is a very important professional automation courses， it mainly studies the basic theory of automatic control system， system analysis and system design. However， due to its content is full， and learning time is limited， students in the learning process is often difficult to truly grasp the "Automatic Control Principle" of the knowledge system. Based on this problem， this paper puts forward the teaching model of "Automatic Control Principle" in the course of "In a Simple Way" and "In a Deep Way". Teaching practice shows that this kind of compound teaching model not only helps to improve students' learning effect， stimulate students' initiative learning ability， but also help students form scientific way of thinking.

Key words："Automatic Control Principle"；complex teaching model；"In a Simple Way"；"In a Deep Way"