《自动控制原理》课程教学方法的改进

于新刚

摘 要：本文针对《自动控制原理》课程的教学内容特点以及教学过程中出现的问题，分析了问题产生的原因，提出了解决问题的五个方面改进建议，希望能够提高学生学习兴趣和主动性，实现提高教学质量的目的。

关键词：自动控制原理；问题；教学方法

自动控制技术[1]在当今社会生产和生活中已经无处不在，极大了提高了生产效率，改善和提高了人民群众的生活水平。例如化工生产过程中的温度、压力等是靠自动控制系统来控制的；生活中洗衣机、空调、厕所里的水箱水位等也是依靠自动控制系统进行控制。自动控制学是研究自动控制技术共同规律的理论性很强兼有实践性的技术科学。美国著名的控制论创始人维纳在1948年发表了《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书，形成了完整的控制理论体系——以传递函数为基础的经典控制理论，主要是研究线性定常系统的单输入单输出（SISO）的分析和设计。本课程《自动控制原理》教学内容主要是经典控制理论，包括控制系统模型、线性系统时域分析法、线性系统根轨迹法、线性系统频域分析法以及线性系统的校正方法。《自动控制理论》课程是一门理论性和系统性很强、基础知识面很广的专业基础课程。学生在学习过程中需要理解新的概念、原理和掌握控制系統比较复杂的分析和设计方法[2]。因此学生在学习时学习困难较大，学习效果不佳。以我院15级测控专业某班为例，全班共计44人，2017-2018第二学期期末考试卷面成绩有23人不及格，及格率仅为47.7%，超过一半的人学习成绩不达标。本文针对在整个教学过程中出现的问题，提出了一些在教学和学习方法[3-5]上的改进建议，以期提高教学质量。

一、加强学生《自动控制原理》课程相关前备基础课程的学习

在学习《自动控制原理》课程之前，学生应掌握基础课程的学习，如《高等数学》、《复变函数》、《物理》、《电路原理》、《模拟电路》、《计算机组成》、《理论力学》等。而这些基础学习难度比较大，理论水平也很深。经过与该班学生沟通，一大部分学生在学习这些基础课程的时候智能勉强通过考试，掌握知识很不扎实。而这些基础课程对于学习《自动控制原理》又很重要，起到基础性功能。因此有必要加强基础课程的学习，为后续《自动控制原理》课程的顺利学习做好准备。同时，作为任课老师可以有重点的辅助学生回忆、复习《自动控制原理》需要的基础课程知识点和章节。

二、教师应指导学生做好预习，提倡学生养成自主学习和课后复习的习惯

做好预习、养成自学的学习习惯是提高学生学习能力的良策。但是有很多学生懒于甚至于厌恶做此项。因此教师有必要有针对性的引导学生。例如，以控制系统时域数学模型为例。在该章节中研究由电阻、电感和电容组成的无源网络的数学模型。教师可以指导学生做好熟悉《电路原理》中无源网络和《高等数学》中齐次微分方程求解等知识点的提前预习，并且在教授知识点前可以随机检查学生预习和自学情况。学生如能下足功夫做好预习，教授新的知识将会事半功倍。课后温习新的教学内容也可作为教师课堂上抽查内容。同时不做好课后复习，仅靠课堂上的学习很难熟练掌握和理解新的知识内容。对自学的学习方法，教师应该起到指导性作用，教授学生独立学习和理解相关内容，并学会分析和解决问题的能力。满堂灌式教学方法只能被动接受知识，这样的教学效果往往不理想，因此培养学生自主的主动性学习习惯和方法势在必行。

三、加强教学管理工作

对学生学习过程严格要求，加强教学管理工作，促成良好的课堂纪律和氛围。正式上课前由该班班长负责收拾手机，集中存放。根据课堂上学生的学习态度给予奖惩，记入平时分考核。针对某些学生抄袭作业的情况，首先与学生约谈沟通，询问抄袭作业原因，例如是因为不会做、不想做、来不及做还是忘了做。了解原因、对症下药，鼓励学生独立完成作业。能够及时改正的学生应及时表扬，并将作业情况核算为平时分记入综合成绩。

四、提高教师教学和业务水平

任课教师应认真研究消化教材，对知识点的概念、原理和方法掌握到位，将整个课程知识体系做到心中有数，能够融会贯通，并且能够以合适的教学方法教授学生。例如讲解二阶系统时域单位阶跃响应，根据二阶系统闭环极点在复平面坐标系中的不同位置分布，结合单位阶跃响应输出函数表达式，教师应能指出两者的内在联系，指出响应曲线样式及其特点。在教学中，采用了研究典型问题、过程图形化的方法，使学生更易于理解和掌握知识点。例如教材（胡寿松所著《自动控制原理（第六版）》）P172习题4-2，根据开环零极点分布绘出闭环根轨迹。这一典型题目覆盖了绘制根轨迹规则的所有内容，题目既简单考核知识点又全面。针对该题目，课堂上采用集体讨论，每一位学生都参与的方式，让每一位学生都能熟练掌握本知识点。此外，课后作业在精而不在多，要求布置的作业覆盖教学内容且具有典型性，不搞题海战术，要求学生独立完成、按时上交，结合作业出现问题及时纠正错误。此外，课下积极和学生交互沟通，安排答疑课解答疑难。

五、重视实验环节

《自动控制原理》课程兼有理论性和工程性的特点，实践是检验真理的唯一标准，本课程的实验环节是验证抽象的理论结论正确性和可重复性的唯一手段。实验可以巩固和加深理解学生所学理论知识，因此必须重视实验环节的教学[6]。另外实验环节还可以提升学生动手能力、分析和解决实际问题的能力。本课程实验包括MATLAB软件仿真和验证实验。例如学生利用MATLAB软件做出二阶系统在不同阻尼比下参数的阶跃响应仿真曲线，再根据阻尼比，选择RLC参数，搭建RLC二阶电路实际测试输出曲线，以验证仿真曲线和实际输出是否一致。实验过程中，提倡学生自主选择参数，教师不干预，不强制设定参数，学生可以自由尝试和选择。完成实验环节后，学生须认真完成实验报告，认真分析实验结果和数据，写出实验中出现问题和体会，以加深对所学理论知识的理解。针对部分学生对实验缺乏兴趣，懒于动手，甚至他人帮做，抄袭实验报告的情况，一方面教师在实验过程中加强监管，鼓励学生自己独立动手、挑战自我，同时可以延长实验时间；另外将每组实验人数定位2人，避免滥竽充数的情况出现。有雷同实验报告的学生，提出批评和警告且酌情减少实验成绩。总之，通过实际的实验操作让学生体会到动手的乐趣和成就感，进而巩固所学理论知识。

本文针对测控专业151级某班在《自动控制原理》课程教学过程中出现的问题，分别在《自动控制原理》课程相关基础课程、教学前自学、教学管理、教师教学能力和实验环节等五方面提出了改进教学方法的建议。目的在于引导学生学习兴趣，培养学生良好的学习习惯，达到改善教学质量。因样本数并不大，难免有管中窥豹之嫌，希望本文能起到抛砖引玉的作用。另外本课程采用教材为胡寿松所著《自动控制原理（第六版）》，该教材为国家级规划教材，知识点全面，内容详尽，但是针对测控专业须依据教学大纲对教学内容应做一定调整，本文尚未对此方面做出研究，这也是后续教学工作中需要努力改进的方向。

参考文献：

[1]胡寿松.自动控制原理（第六版）[M].北京：科学出版社，2013.

[2]黄家英.论《自动控制原理》课的知识结构体系[J].成都大学学报（自然科学版），1994（13）：54-58.

[3]王志强.谈《自动控制原理》课的教学方法[J].机械职业教育，1997（5）：30.

[4]周武能，石红瑞.自动控制原理教学改革与实践[J].教学研究，2010（33）： 63-66.

[5]段纳，高清争.自动控制原理教学中的问题及对策探讨[J].曲阜师范大学学报，2011（37）：7-10.

[6]张德银，何志祥，钟玲玲，高峰，李军辉.“自动控制原理”课实验教学改革[J].内蒙古师范大学学报（教育科学版），2016（4）：148-151.