三亚学院自动控制原理课程教学改革探索

王玲玲 丁学用

摘 要：“自动控制原理”是一门理论性和实践性都很强的课程。针对三亚学院学生现状进行了分析，结合该课程的特点及三亚学院本科人才培养方式，提出了以能力为核心的教学课程体系和教学方式；在课程体系、教学方法、实验教学、考核形式等方面进行改革探索，对自动控制课程的教学起了较好的效果。并为培养具有创新精神的高素质应用型人才做了积极地探索和有益地实践。

关键词：关联教学法；MOOC；MATLAB

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）10-0099-03

Abstract： "Automatic Control Principle" is a theoretical and practical course. According to the student's actuality and the undergraduate talents cultivation in Sanya College， this paper puts forward the curriculum system and teaching methods with ability as the core of teaching. With the reform of course system， teaching methods， practices and evaluation form， the automatic control teaching has been improved， and the cultivating of high-quality applied talents has been explored and practiced.

Keywords： Related teaching method； MOOC； MATLAB

自动控制原理课程为信息控制类专业的专业基础课，也适用于工科其他专业作为选修课程。课程以经典控制理论[1]为基础，主要研究控制系统的分析、校正与设计。通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基本理论，建立控制系统的概念，改善控制系统性能的基本措施，了解工程设备的设计、制造、维护与管理等。课程强调方法论，理论性强，计算繁琐。为了提高自动控制原理课程的教学质量，改进教学效果，提高学生分析问题和解决实际问题的能力[2]，培养适应现代科学技术发展的高质量人才，本文从自动控制原理课程的课程体系、教学方法、实验教学和考核方式等方面进行了一系列改革和探索。

一、课程体系

目前，大部分高校自动控制原理课程在体系结构[3]定义上仍以上传统为主，基本传统作法是：将自动控制原理划分为包含经典控制与现代控制理论两部分的课程，以及只有经典控制理论部分的课程，不同专业根据专业需要选择不同的教学内容。但是这样选择往往将两部分孤立起来，这与日新月异的自动化技术发展不相符合，不利于学生对自动控制学科基础理论和总体框架有整体的认识。

三亚学院是一所独立设置的民办普通本科院校，招生的学生以三本为主，学校整体培养方向以社会需求为定位，以培养应用型人才为目标，逐步与国际接轨。所以了自动控制原理课程体系改革的总体思路是：“经典控制理论”与“现代控制理论”有机结合，以应用型创新性的观点来融合这两部分基础内容，在授课平台上阐述这两部分内容的“个性”，表达它们的“共性”以及综合应用。即将“经典控制理论”与“现代控制理论”各自基本内容、特点以及之间的内在联系与区别都包含在内。使学生在对比教学中认识自动控制理论，用统一的观点建立对控制理论基础知识的认识。

二、教學方法

独立学院电子类专业生源复杂，学习能力偏差和基础知识薄弱。学生中既有理科背景的，还有少部分文科背景的；既有高考偶然因素失利的，也有勉强达到录取分数线的；结合三亚学院“应用型本科”的人才培养模式，讲课内容在保证知识结构体系完整的前提下，注重基本概念，追求过程简明、清晰和准确，重在原理，压缩繁琐的理论推导。做到重点突出、叙述简洁、易教易学。

在教学方法上，课程重点关注学生系统分析问题能力、模型建立能力、实践动手能力、综合结合多种方法工程应用能力等方面的培养。主要采用讲授法、实例讲解法、计算机辅助设计教学等方法来加强教学的实践性环节，突出应用性，培养学生具有掌握分析和解决自动控制领域实际问题。

（一）制定详细的课程大纲

在学期开课之初，给出本门课程的详细课程大纲，便于学生对课程有一个整体的了解。大纲内容包含：课程简介与目标达成，课程资料与课程准备，具体学时分配，课程考核与成绩构成，考试安排，伦理规范，其他资料与资源推荐。其中在学时分配中会给出具体的每次课的内容提要，学生课前需准备的内容，每次课程的测验与习题。其他资料与资源推荐中会给出课程相关的学习网站，主要包括科技前沿、网站资源学习等。具体如图1所示。

（二）MOOC资源学习

根据课程安排选择合适的在线学习资源，其中以学堂在线的自动控制理论课程与中国大学MOOC网站的学习资源。以中国大学MOOC为例，本门课程的开课时间与学校开课时间基本想吻合，其中包括文本课件与视频资源为主。每次课程时间为10分钟左右，并包含随堂练习，方便学生能够随时随地抽出时间学习，当场练习有利于学生对本次课程学习内容的加深理解。MOOC学习资源受众较广，对课程的深度把握合适，且搭配有相应的动画，能听提高学生的注意力及学习的积极性，在整体上比较适合三本院校的学生学习。其每次课程主要包含内容如图2所示。

（三）关联教学法

课程之间关联教学-关联教学法，即剖析课程之间的内在联系，将相关课程知识点进行分类归纳对比，找出课程与课程之间的相似部分和不同部分，让不同课程之间知识产生关联。 “自动控制原理”和“信号与系统”均为电气信息大类专业的基础平台课程，这两门课程在内容上存在一定的重复。比如，线性系统的数学模型，方框图、信号流图、传递函数、Laplace 变换和 Z 变换，系统阶跃响应，线性定常系统的零极点及稳定性判断等内容在这两门课中均有出现。虽然它们在有些内容表现上有一定的重复，但在课程体系及出发点上却大不相同。信号与系统偏重于理论，在教学上主要侧重于数学分析和运算，较少涉及应用。而自控课程则侧重于控制工程概念及其应用，两者之间有明确的区分和较好的衔接。因此在自动控制原理的教学过程中，加重对基本概念、理论和方法的阐述，使学生在思维中形成一定的工程应用概念。将这两门课的内容有选择性地结合在一起，进行优化，合理安排教学内容，混合实验课程教学，达到一加一大于二的效果。

课程不同知识点之间关联教学，即关联不同层次，把课程知识点以难度相当而内容不同划分并关联。教师在教学过程中，根据自身的教学经验以及知识的内在联系，加强各部分关联内容的讲解。形式可以多种多样，既可采用分类教学的方式，也可以采用列举例题的方式，使学生们体会并掌握课程的核心思想。例如对连续线性定常系统稳定性的判别，打破了章节限制，集中讲解其重要性和分析手段。经典控制理论给出了基本的三种判别方法，劳斯判据、根轨迹法、奈奎斯特判据，在系统稳定分析的学习过程中，可以把这三种方法关联起来，促进知识的融会贯通，加深理解记忆。这种关联教学法针对数学基础相对比较薄弱的学生更能加深其对专业课程的理解。

三、实验教学

自动控制原理作为一门工科的基础课程，实践环节是必不可少的。目前学校实验设备主要仍以实验箱为主，实验内容设计大多数也是验证性实验。首先实验箱的利用率不高，其次学生基本上依照实验指导书进行实验，没有加入自己的思考和理解，更有甚者在实验完成之后并不知道实验原理以及实验和理论知识内容的联系在哪里。不知其所以然，实验也就失去了其本身的目的和意义。所以在教学中配合计算机辅助设计，可适当加大仿真环节，合理配置验证性、设计性、综合性实验，充分利用仿真实验的便利条件，弥补实验设备的不足。

在自动控制原理这门课程中应用最广的就是MATLAB软件[4]。将matlab/simulink融入到实验教学中[5]，构建系统模型，用语言及图形化的编程方法，直观地描述控制系统理论，加深学生对抽象理论知识的理解和掌握。将matlab仿真与实验箱有机地结合起来，不仅为学生加深了控制系统建模的应用，还提高了学生的计算机技能，还可以让学生将理论于实际联系起来，轻松发现实验中存在的问题。同时，matlab仿真缩短了理论与实际系统之间的距离，使理论更容易理解。整个实验学生以英语的形式给出，这种做法利于提高学生的专业术语英文水平。在专业学习过程中，阅读英文的科技文献，可以对前沿知识了解有了更好的改进。

四、考核方式

自动控制原理课程的理论性、实践性和综合性都较强，内容多，概念抽象，涉及面广。想要学好这门课程，还必须有扎实的数学基础，如：高等数学、复变函数以及积分变换等数学知识，学生普遍感到有一定的难度。尤其是对于三亚学院的学生而言，其数学基础相对薄弱。很多学生在就业选择上，从事本专业，例如自动控制系统的设计与维护类工作可能相对较少，以至于学习积极性不高，考试挂科率很高。大多数学生对自身的学习成绩有一定的要求，对实践实训感兴趣，动手能力也很强，对期末考试“一考定终身”的形式深恶痛绝，挫伤了平时学习特别是技能训练的积极性。为了改善这种状况，采取分步的考核方式勢在必行，由传统的考核方式向累加考核转变。本课程坚持知识、技能、能力等方面全面考核，以能力和态度考核为重点。

1. 课堂表现与部分章节小测验：每组课讲（1次）+平时课堂答题（3次）+章节测试（4次）。

2. 随堂作业：每上交一次课后作业即得1分，最高得10分。

3. 实验成绩：每完成一次实验及上交实验报告（优秀）得5分，最高得20分。

4. 期末成绩=课堂表现与部分章节小测验（20%）+随堂作业（10次）（10%）+实验成绩（20%）+期末试卷测试（50%）相结合。如图3所示。

课堂表现、作业考查学生平时的学习态度、上课互动性以及作业等完成情况；章节小测检查其阶段性的学习成果，通过测验，督促学生提高平时的学习主动性；实践实训将加强理论课程的学习，加深学生对本课程中的基本理论知识及基本概念的理解，提高学生学习兴趣，通过各个实验过程对课堂讲授内容融会贯通；期末考试成绩所占总成绩的比例相应减小，主要为检查、督促学生对平时学习进行系统的复习和巩固，而不是为了应付考试而考试，对促进学生学习起到画龙点睛的作用。

五、结束语

本文阐述了三亚学院在自动控制原理课程教学中的一些改革意见和体会。只有在教学过程中不断学习教育理论、积极研究和改进教学方法、采取多样化的教学方式和手段，对教学内容和教学方法提出新的研究方向，才能提高教学质量，培养更多的人才。

参考文献

[1]程鹏.自动控制原理课（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2011：2-13.

[2]陈延明.自动控制理论课程教学方法探讨[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2006（S1）.

[3]宁永臣，沈毅.哲学视野下的自动控制原理课协同教学研究[J].教书育人，2012（10）：78-81.

[4]汪洋.基于MATLAB教学平台的《自动控制原理》教学改革研究[J].台州学院学报，2011（3）.

[5]师宇杰，等.自动控制原理-基于matlab仿真的多媒体授课[M].北京：国防工业出版社，2009：92-95.