《自动控制原理》教学改革和建设的研究

2018-04-30张江亚

科学与技术 2018年9期

张江亚

摘要：《自动控制原理》是电类专业的专业基础课，其有很强的理论性和抽象性，学生学习起来有很大的难度，为改善该课程的教学效果，激发学生的学习兴趣，提出教学内容和教学方法等方面的多种改革和建设措施。从改革和建设效果来看，此种改革和建设方法有效提高了教学效果，增强了学生学习的兴趣和主体参与意识，改革和建设成效明显。

关键词：自动控制原理;教学内容;教学方法

自动控制原理是自动化专业和电气专业重要的专业基础课。该课程理论性较强，对高等数学、复变函数等数学知识和电路、模拟电路等电子技术知识有很大的依赖性。其开设的主要目的是培养学生的专业素养和分析、设计能力，在自动控制类专业的学科体系中占据着十分重要的地位。

1 当前教学现状

我院是新晋的应用型本科学院，学生动手能力强，但理论基础薄弱，对工科类基础理论课程的学习积极性不高，畏难情绪严重。自承担该课程教学以来，结合所在学院学生的实际情况，力求培养学生学习积极性，提高其专业基础能力和专业综合素质，积极摸索改进，在教学手段和方法方面总结出以下几点经验。

2 讲好第一堂课

自动控制原理课程是自动化学生从高中阶段到大学阶段认知事物的重要的一个分水岭，它第一次引导学生从“系统”而非“部件”去认知事物，那么第一堂课的内容安排和教学方法选择就显得尤为重要。

“系统”是什么，“系统的结构”是什么，这两个问题是“自动控制原理”学习中首先需要回答的。以前我们往往用两种方法讲解：一是选择书中给出的系统示意图;二是选择我们身边的常用电器，这两种方法的效果并不是很好，学生依然形成不了清晰的概念。现在我们选择第一堂课直接进实验室，对着看得见摸得着的系统进行讲解。例如我们用实验室综合自动化控制系统实验平台：

第一步：老师讲解实验装置组成。

第二步：组织学生讨论“传感器是干什么的，电动调节阀是干什么的，加热管是干什么的，PID调节器是干什么的”。

第三步：老师讲解系统的构成。

这样的三步走使得学生真实地触摸到了系统，认真地思考了系统的构成，课堂气氛非常活跃，大大提高了学生的学习兴趣，克服了畏难情绪。而且老师在讲解过程中要告诉学生传感器、电机、SCR、PLC是干什么的，从而引出学科体系中的前续课程和后续课程，使学生明白这些课程的学习在系统中的重要性，激发学生对专业课的学习热情。

3 教学内容改革和建设

自动控制原理经典教材大多数是以侧重基本理论知识详细讲述为主要目的，中间加以繁杂的数学推导过程，这样使学生的理解变得非常困难，不容易抓住重点。我结合多年的教学经验对自动控制原理教学内容进行了多方面的改革和建设。

首先，从基本理论和概念出发，强调物理概念，淡化繁杂的理论推导。比如我们讲解系统的多种分析方法（时域分析法、频域分析法）和校正方法（超前校正、滞后校正、PID校正）时，统一以系统的3个基本性能：稳、准、快为中心线进行讲解，淡化理论推导，使学生在学习过程中对该门课的逻辑性和清晰度大大提高。

其次，在数学模型的内容安排上，从以往注重讲解对动态结构图的各种等效变换，转变为只讲解方框的串联、并联和反馈这3种基本变换形式，求解系统的传递函数用MATLAB软件进行。大大减轻了学生的学习任务，让学生的精力更多地投入到对系统性能的分析理解中，而不是纯粹的传统系统结构形式的变换中。

最后，在频率分析法中，从以往注重对幅相频率特性曲线图和数特性曲线图的详细讲解，转变为简化图形本身的讲解，注重两种图形的对比以及参数的变化在两种图中如何分析系统性能的变化。使学生不至于在学习过程中偏离主线，始终关注“稳、准、快”这一中心点的分析。

4 教学方法的改进

自动控制原理课程对学生的定性分析能力、定量评价能力和综合运用能力都有一定的要求。传统的教学方法是“灌输式”，以教师的讲授为主，学生上课边听边抄笔记，学习很被动，经常会顾此失彼而使学生在学习中感到困难重重，影响学习效果。因此，在课程教学中我采取了以下几种方法，引导学生主动思维，明显改善了教学效果。

4.1 打破壁垒，理论课实验化

在我们的理论教学中，有很多的内容如果用传统的教学方法讲授往往会花费很多的时间而得不到较好的教学效果，而如果把这些内容放在实验室用仿真软件边讲授边实验效果就会很好。比如在二阶系统参数变化影响系统性能的分析中，让学生在实验室中用仿真软件自己改变系统的参数，从仿真图中分析和的变化影响了系统的什么性能以及此种性能发生了什么变化。此种改革和建设使得学生学习兴趣提升，对此部分内容印象深刻，自己分析出来的结果能够更加深入地理解，既节约了课时又取得了更好的教学效果。

4.2 变被动灌输为主动探究

我们在学习过程中什么时候更有学习的欲望呢？当我们迫切地想要知道一个答案的时候。就像猜谜语，上节课老师给出一个谜面，让学生课下预习查阅资料给出自己的答案，下节课老师再揭示谜底，大大提升了学生的学习欲望。比如讲人工控制转为自动控制系统时，一个由人进行观察，计算，调控的锅炉温度控制系统，如果转变成为自动控制系统，需要由什么部件来代替人的观察作用、计算作用、调控作用，从而引出自动控制系统的主要组成及每部分的作用，使学生在活泼的探讨中，顺理成章地掌握了相关概念和原理。

5 微课的应用

微课就是微型课堂，是一种短时的教学过程，时长不超过10 min，主要以视频为载体，围绕某一个知识点讲解。微课的特点是：内容精、时间短、类型多、形式多

5.1 微课在课堂教学中的应用

在我们做每章教学内容总结时，以往就是简单罗列，效果一般，学生不易把握该章节的全部内容。在微课中我们就可以把重点难点制作成讲解型微课，结合具体的知识点，找一些现成的相关小视频穿插其中，形象而生动。

5.2 微课在课外自学中的应用

为了使学生在课下自学中有依附教学内容的学习素材，我们可以制作浓缩精华内容的微课，方便学生课后观看巩固课程的理论知识。我们还可以制作引导讨论型微课，通过制定一个讨论提纲和要求，让学生课后通过微课把讨论情景建立起来，自行练习，准备讨论素材。

5.3 微課在实验教学中的应用

在实验教学中，以往我们往往用大量的时间向学生介绍实验目的、实验原理、实验步骤等，留给学生的动手思考时间就被大大压缩。而现在我们可以把这些讲解内容做成微课，在实验之前就提前发给学生，让学生在课下进行情景式预习。

6 结语

通过我和学生的一系列创新摸索，有效地激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习效果。于老师而言很好地完成了教学任务，于学生而言筑牢了他们的专业基础，为其后续课程的学习及专业综合素质的提高打下了良好的基础。

参考文献

[1] 谢忠玉，初红霞，王希凤.在潜移默化中提高学生学习自动控制原理课程的主动性[J].科教导刊，2017（4）：118，149.