案例教学法在自动控制原理课程中的应用探讨

李欢

《自动控制原理》是电气机械类与信息类等专业的一门基础课，其内容枯燥且复杂，同时涉及若干个科目的知识内容，于是，学生在学习这门课程的过程中，不易理解相关知识，且兴趣也不高。为了更好地处理此类问题，调动学生的积极性，提高教学效率与质量，就需在课程中渗透案例教学法。本文首先介绍了课程概念与特点，通过案例与实际联系不密切、多媒体应用缺乏、考核机制与教学方法不统一等方面分析了课程教学存在的问题，最后从案例教学实际化、划分教学阶段、优化实验教学内容、教学实施成效等方面探究了运用策略。

一、课程简介

（一）课程分析

《自动控制原理》是电气机械类与信息类等专业的一门基础课。通过课程的学习能够强化学生对知识点的有效理解，培养学生对控制系统设计与分断能力，提升学生的知识运用能力，同时有助于创建实际结合理论的观点、培养学生的分析能力、锻炼学生的思维辩证能力。这门课程是我院自动化专业的核心基础课程，是体现这一专业内涵的先导课程，有利于促进后续相关专业课学习的开展。同时这门课程也是模糊控制、神经网络控制以及最优控制等课程的先修基础课程，其学习效果极大地影响了控制理论后续课程的有效学习。课程的大多数思想和方法被广泛运用到工程实践中，对工程实践拥有关键的指导作用。学生是否可以掌握理论知识，提升获取与运用知识的能力是评价这门课程教学品质的核心指标。

（二）基本特点

作为密切结合工程实际、具有一定理论深度的专业课程，《自动控制原理》课程拥有以下特征：第一，课程内容比较抽象、章节衔接紧密与理论性强。这门课程在数学表达的前提下，需利用有关图形表示、数学表达来对其开展分析，并且每种图表分析、数学表达方法都拥有对应的理论基础，于是这门课程拥有大量的抽象概念、一定的理论深度，第二，这门课程前后章节的理论基础知识衔接比较紧密，前面章节的学习效率极大地影响了后续章节的学习，于是学生在学习时容易出现脱节，第三，自动控制系统作为这门课程的核心研究对象，其密切结合工程实际，使得这门课程的学习内容抽象于工程实际，使得这门课程的学习、讲授方法不同于其他理论基础课程。

二、课程教学存在的问题

（一）案例与实际联系不密切

《自动控制原理》教学中的核心案例取自于有关教材，这类案例更新慢与数量少，其对理论知识体系的建立发挥了重要的作用，与实际结合不密切，不易与学生之间形成良好的互动。还有部分案例取自于任课老师专门搜集的案例，密切结合教学过程，然而由于每位任课老师的实践经验、工程经历以及掌握的素材有所区别，教学成效不同。于是，需創建标准、规范的案例化模式，编写可分享的、易读的、统一的案例资源库，以更好地满足自动化人才的相关培养要求。

（二）多媒体应用缺乏

《自动控制原理》课程需要进一步讲授很多概念、原理，创建相关数学模型，开展计算、推演，需要准确的判断力、高度的注意力。于是，单一化的多媒体课程文件，无法充分满足这门课程的教学需求。老师一定要强化引导意识，与学生开展深入地交流，指导学生有效开展操作。

（三）考核机制与教学方法不统一

如今，将案例教学融入以前的教学方法中，也还是以学生听、教师讲为主，学生的接受程度不高，学习主动性不足，无法将案例教学法的核心优势凸显出来。如何借助案例教学法加强学生对理论基础知识的有效理解，充分巩固重难点，以理论知识进一步辅助学生掌握工程问题是案例教学研究的基本目标之一。除此之外，由于培养目标、教学方法有所区别，创建合适的考核方式也很有必要。

三、运用策略

（一）案例教学实际化

《自动控制原理》课程是模糊控制、神经网络控制以及最优控制等课程的先修基础课程，其学习效果极大地影响了控制理论后续课程的有效学习。课程的大多数思想和方法被广泛运用到工程实践中，对工程实践拥有关键的指导作用。为了更好地强化学生对这门课程的理解，提升学生的积极性，强化课程教学效率，老师就需在《自动控制原理》课程中广泛运用案例教学法。这门课程拥有较高的理论化程度，学困生由于自身的理解能力十分有限，于是无法达到最大化的教学成效。按照实际课程，有效渗透案例教学法，实现教学方式与方法的全面创新，对以前的课程传授思维进行转变。针对案例教学法来说，其经过将经典案例充分展示出来，向学生传授专业知识。将学生分成若干个小组，共同分析问题的应对策略。使用案例教学法，能够生动展现抽象化的理论概念，进而深入理解以及巩固课程内容。

（二）划分教学阶段

1.第一阶段

作为课程第一课，绪论有利于指导学生的学习，而在《自动控制原理》这门课程中，借助绪论充分激发学生的学习兴趣很关键。于是，在绪论课堂中，老师可以借助多媒体将自动控制系统的相关运用渠道展示出来，利用实际案例向学生讲解这门课程的学习意义，同时明确指出如今发展存在的问题，将学生的探索兴趣全面激发出来。除此之外，绪论课上还需详细介绍后续课程中经常使用的模型，如机床主轴、机械系统、RLC电路网络、汽车力学模型等实例，为分析以及推导后续课程打下坚实的基础。

2.第二阶段

这一环节是对系统数学模型进行控制的教学工作。教学内容解说结束，学生在小组内部开展讨论，例如：让学生创建起相应的汽车力学模型。如何分析汽车行驶在路面上，轮胎受到影响而形成激励源，如何区分输入参数和输出参数，将汽车作为弹簧阻尼系统，而弹簧就是轮胎的垂直受力，通过分析创建数学模型。除了力学模型外，我们熟悉的还有电路模型的建立，例如：RLC无源网络，如何快速地分清电路中各元件的关系，是直接关系还是间接关系，是否需要引入中间变量？如何能将基尔霍夫定律用在各变量的关系中，通过这些分析，逐一写出变量表达式，最终得到数学模型。类似这样的例子还很多，实际生活中的液压系统、机械弹簧阻尼系统等，如果能将现实模型进一步转化成数学模型，将有助于函数模型系统的有效创建。

3.第三阶段

这一环节是实际结合理论，重点学习误差、稳定性分析等知识，有利于加强学生分析控制系统的综合能力。比如，在对PID控制器进行设计的过程中，PID控制器的原理及其操作比较简单、方便，有助于学生以后的就业。在教学实践中，老师输入相关数据模型，科学验证微因子、比例因子以及积分因子对系统平稳性的相关影响。经过举出PID控制器的相关案例，推动学生思维意识的形成，经过分析控制模型，更好地增长学生的能力和知识。

4.第四阶段

这一环节是开展实验。通过以上阶段的教学，学生对自动控制系统的主要概念与理念有一个大体掌握。在这一环节实施案例教学，重点是对学生的学习状态进行有效验证，进行演练操作，深入完善系统理论。此时，老师能够采取两个案例不断优化课程知识结构。案例一，船舶的舵机控制系统。这一系统重点采取机液伺服控制系统，顺利构成位置闭环控制系统。其中，机液伺服控制系统进一步采取机械反馈，结构简单。这一系统通常未安装校正装置，系统的开环与阻尼增益很小。在分析这一案例的过程中，需先详细介绍系统组成，按照相关方框图，将传递函数全面诠释出来。案例二，冷轧钢带卷曲恒张力控制装置。在全面学习冷轧钢板的过程中，需对收放卷恒张力进行控制。通常来说，控制装置有若干种选择，需优先选择适宜的控制装置。学生根据实际功率选择相关张力控制装置，进行实操学习。在举例的过程中，老师应事先对液压伺服阀的相关传递函数进行说明，并且开展简单的解释。学生借助小组合作的优势，成功绘制出相关方框图，写出系统以及各环节的传递函数。老师对学生的计算结果进行检查，在第一时间指出问题，推动学生采取相关判断依据，更好地探究系统动态的综合品质。

（三）完善实验教学内容

在案例教学法的运用基础上，将学校情况有机结合进来，将课程实验向课程设计转化。在设计课程中，为每一位同学分配相关控制任务与参数，让学生发挥自身的无限想象力，对一套控制系统进行设计以及安装。课程设计顺利完成之后，老师在课上详细讲解一些学生的成果案例，利用头脑风暴法探寻系统的优化策略。在教学过程中，以学生的相关设计成果为案例，不但强化了学生的了解程度，还促使他们更好地理解优化控制系统。

（四）教学实施预期成效

案例教学法的推广有利于极大地提高学生的知识掌握以及运用程度、学习兴趣。除此之外，在课程设计过程中，能够增加学生的动手操作能力，使得控制电路拥有一定的设计创新性，同时在总结优化步骤中，学生可以主动思考，及时发现以及更改设计系统中产生的问题。而讲授式教学模式下的学生一般通过更改书本案例来设计控制系统，创新性严重不足，同时也不能准确识别出系统中的问题。于是，在《自动控制原理》这门课程中有机渗透案例教学法是值得广泛推广以及使用的。

四、结语

本文首先介绍了课程概念以及特点，然后从案例与实际联系不密切、多媒体应用缺乏、考核机制与教学方法不统一等方面分析了課程教学存在的问题，最后从案例教学实际化、划分教学阶段、优化实验教学内容、教学实施成效等方面探究了运用策略，希望可以让越来越多的人深刻了解到，将案例教学法融入《自动控制原理》这门课程中，不但可以让学生愈发生动与直观地了解到自动化控制原理的概念知识点、核心作用，充分激发学生的学习兴趣，而且可以扩展学生的应用能力，为未来在工作实践中处理现实问题进一步提供了有力的依据、丰富的经验。因此，在未来的教学工作中，我们更需要全面分析以及应用案例教学，使案例法在教学实践中获得有效的运用。

（作者单位：西安科技大学高新学院；基金项目：西安科技大学高新学院校级教改“自动控制原理课程模块化建设”[项目编号：X20230110]。）