《自動控制理論》教學改革與探索

摘要：根據高校自動控制相關專業的發展與教學改革的需要，就創新教學路線、調整教學方法、引用MATLAB等軟件的計算機輔助教學的優點、注重新舊知識的結合、強化實驗教學改革、注重工程和物理概念以及改革考核辦法等多方面提出了改革思路和方法，力求通過教學改革后，能夠為學生提供一個更好的學習和交流平臺。

關鍵詞：自動控制；教學改革；創新；調整

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1001-828X（2014）06-00-02

自動控制理論是研究自動控制共性規律的技術科學，主要包括經典控制理論、現代控制理論，以及大系統理論和智能控制理論。它用抽象的數學語言建立系統的數學模型，通過時域分析、頻域分析等方法來分析控制系統性能，并對系統進行校正。它是研究自動控制共線規律的技術學科，具有一定深度和復雜性。其特點是知識覆蓋面廣、內容多、更新發展快、理論性和應用性強，是一門既難教又難學的專業課[1]。鑒此，從該門課程的理論教學環節和實驗教學環節兩方面進行改革和探索，協調好教與學二者的關系，盡量把難學變成易學，實現加強教學深度和提高教學質量的目的。

一、創新路線，重新制定合理的教學計劃和教學大綱

在過往的課程體系中，教學環節，不夠凝聚，顯得有些松散。對這種現狀，可以形成以主講教授為龍頭，相關學科老師為龍身，實驗課教師為龍尾的課程教研小組，進行自動控制課程體系的研究工作，組織大家進行調研、討論，將自動控制系列課程融為一體，相互銜接、相互連貫，重新制定合理的教學計劃和教學大綱、實驗計劃和大綱、綜合課程設計的計劃和大綱等，提出適應21世紀相關專業學生的培養模式。然后聘請校內外專家進行評審，最后形成合理的教學計劃和大綱。使自動控制系列課程教學改革后，其課程體系整體優化，明確課程之間內容的銜接關系，避免不必要的重復和遺漏。這能使學生更加系統的掌握一系列與自動控制有關的學科知識，有助于理解和學習，可以在他們的腦海中形成相互交織的知識體系。

二、教學方法創新探索

對于這門難度較高的課程，涉及到許多基礎課程及大量的數學，因此，教學時應注重概念和實踐，弱化計算。只有牢固的掌握了基本概念，有了充分的感性認識，學生才有進一步自我深化的能力。然后再由理論回到實踐，學生才能從感性認識上升到理性認識，更進一步的掌握該門課程。要達到這點，首先要打破“老師—黑板—學生”或“老師—電子教案—學生”的傳統模式，探索啟發式和討論式教學，吸引學生主動參與課程內容的討論，避免課堂上產生“孤掌難鳴”的情況，注重基本理論和工程實際意義的分析，加深學生對難點的理解。另外，實例教學也是不可或缺的，結合實例，有助于學生對知識的消化和吸收。例如：在基本概念中講解自動控制系統的定義和組成的時候，首先讓同學們明白系統的控制過程，比如可以用工業恒溫控制系統和自動調溫控制系統來對比講解。這樣可以使學生在對比中理解自動控制理論的優點，更加清晰的明白其中的控制結構。然后再講解其結構，學生就可以更容易的理解控制對象，被控裝置，輸出，輸入，校正，反饋等概念。此外，建立一個教學資源豐富的教學系統也是有必要的，為學生提供一個自學、交流的平臺，促使學生和老師的交流，及時解決教學中的一些問題。

三、課程內容“模塊化”

自動控制原理的教學過程應突出本門課程具有的方法論特點，使學生建立系統的觀點，培養學生對控制系統的分析能力和初步的控制器設計能力，為專業課的學習和參加控制工程實踐提供必要的理論基礎。采用“模塊化”教學改革方案。理論教學內容主要由四大部分組成，即控制系統基本概念與數學描述、分析方法、設計方法、驗證與應用四大塊[2]。在“模塊化”的教學中，應引入MATLAB等軟件的計算機輔助教學，因為MATLAB等軟件的仿真演示，不但可以提高各模塊的教學質量，也使學生加深了電子CAD軟件的認識。進一步的提升了教學效能和知識層次，增強對學生的實際操作能力和創新能力的培養。

四、注重新舊知識的結合，突出“系統理念”

控制與系統是自動化的核心。為了讓學生掌握自動化專業的核心知識，按“控制與系統”這一主線安排課程體系。大學階段的控制理論基礎內容，是線性定常單輸入單輸出（簡稱單變量）系統理論，它既包括以傳遞函數為基礎的“經典控制理論”，又包括以狀態空間模型為基礎的“現代控制理論”。不論是“經典”還是“現代”，它們闡述的實質是自動控制的方法論，因此要以控制系統為主線，將“經典”與“現代”有機地結合在一起，既注意它們的各自的特點，又強調它們之間的內在聯系，以增強控制理論基礎的系統性、完整性和科學性[3]。以知識單元為主線索進行自動控制系列課程整合，強化課程之間的知識聯系，增加或壓縮相應課程內容，以確保相關課程的銜接和知識點的完整性，使課程體系更趨合理。在課程設置上應該保證做到“控制理論、實踐環節”不斷線?？刂评碚摬粩嗑€：自動控制原理、現代控制理論和智能控制三為一體的理論指導思想。實踐環節不斷線：實驗、實習、課程設計和畢業設計等不間斷的進行。

五、加強實驗教學

目前高等工科院校在專業教學中的共識目標和專業課程設置安排的指導思想是理論與實踐相結合，力求讓學生掌握扎實的理論基礎的同時，獲得一定的實踐動手能力和工程應用認識。實踐和理論應具有同等的地位，兩者相互聯系，密不可分，在教學中忽略任何一面都是不合理的。合理的實驗教學是培養學生動手能力必不可少的方法之一。在實驗中，應盡量保證每人一臺或一機，在主講教師講解的理論基礎知識上，實驗教師簡要的介紹接線方法和設備操作的注意事項，然后由學生自己進行操作，獨立的完成試驗?？己藭r，應從注意實驗結果的正確性、一致性轉變到注重實驗過程的多樣性和見解的獨創性。這樣不僅能培養學生獨立思考的能力，也可以提高綜合分析問題的能力。同時通過對理論的應用，有助于學生把枯燥抽象的理論形象化，加深對理論知識的理解。

六、從實際控制系統入手進行教學，強調工程和物理概念

“自動控制原理”是一門理論性較強的課程，涉及知識面廣，信息量大，所涉及的數學基礎較為廣泛，從微積分、復變函數、離散數學到矩陣理論[4]。如果在教學過程中只注重一般的數學論證，缺乏工程和物理概念的闡述，學生學后不知用在哪里，如何運用。學生在課堂上忙于做筆記，課后忙于根據公式作大量的習題，考完試后，公式忘掉了，腦子里一片空白。這樣的學習效果為后續專業課程的學習、畢業設計以及就業工作等帶來許多問題。因此在知識的傳授中，要特別注重控制思想和工程背景。本課程的設置目的不僅是對這門學科知識的掌握，更重要的是在各行業中的具體工程應用。因此在教學的全部過程中必須注重課程在工程的具體情況，并將工程的分析、設計實現方法滲入課程的教學中，如PID 參數的整定及工程整定，可以通過直流電動機轉速控制來實例講解，并且借助于MATLAB仿真。

七、改革考核模式

以往用一張試卷測定學生學習情況的考試模式，弊端太多。它只能考察出在一段時間內，學生對課本內容的記憶能力。而不能如實的反映出學生對自動控制這門課程的學習和理解程度，也不能表現出學生是否能夠很好的應用本學科所學到的知識。針對這一情況，可將這種以一張試卷決定學生學習能力的單一考試模式改為采用卷面考試、口試和撰寫有關課程內容等多方面相結合的考試模式，作為檢測學生對本課程的學習程度。這種多種模式相結合的考試形式，可以直觀的反映出學生對該課程的理解程度，也可更好地檢驗學生的綜合能力和創新能力。

結語

自動控制原理作為自動化專業學生的一門關鍵專業課程 ，其教學質量的好壞，直接影響到學生的就業及在該專業方向上的發展。在今后的教學實踐中，筆者期望采用上述新的教學方法取得良好的教學效果?？傊?，由于自動控制原理課程的理論性較強，教師在教學過程中要融入多種教學手段，使抽象的系統理論形象化，要通過教學手段的改進，培養學生的工程意識和創新能力。

參考文獻：

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[5]羅冀，程桂芬.控制工程與信號處理[M].北京：化學工業出版社，2004.

[6]劉小河，等.“教學主導型高校自動化學科專業發展戰略研究”研究報告[R].2004.

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