“自动控制原理”课程的教学改革

“自动控制原理〞课程的教学改革〔〕:

摘要："自动控制原理";是一门非常重要的专业根底课，其学习过程较困难，效果不理想。本文结合目前学习现状，对教学内容、教学形式等方面进展了改革，把课堂教学与课下延伸有机结合，调动学生的积极性，进步学生的学习才能、动手才能及设计创造才能，到达了较好的效果。

关键词：自动控制原理；教学改革；Matlab工具

本文引用格式：杨裕翠."自动控制原理";课程的教学改革[J].教育现代化,2022,6(05):70-72.

在智能机器人和人工智能得到越来越多关注与开展的今天，作为控制理论根底的"自动控制原理";课程身价也水涨船高，学好该课程显得尤为重要。"自动控制原理";作为大学本科自动化及其相关专业的一门重要专业根底课，在控制相关专业的课程体系中占有很重要的地位，是学生学习数字控制、计算机控制系统、过程控制、人工智能等后续的应用型专业课程必需的知识根底储藏。该课程的特点为：

〔1〕是一门理论性很强的课程，根底数学中的微积分、复变函数与积分变换等知识贯穿其中。另外，进展控制系统建模时根据被控对象的不同，需要电学、力学等物理知识和电路理论、电机理论等专业知识。在整个课程体系中，需要严谨的数学推导与计算，这些都要求学生具有较高的数学根底。〔2〕是一门理论性很强的课程，广泛地应用在工业消费过程、军事国防、航空航天等各个领域，具有实际的工程背景。另外，在国家宏观经济调控、远程医疗等社会科学中也表达了本课程的根本思想。因此"自动控制原理";是一门综合性的课程，既要求学生有较好的数学根底能进展数学分析和计算，又要求学生具有一定的自主设计控制系统的才能。同时，课程大量使用图形与计算相结合的方法，也要求学生具有一定的绘图才能。正是由于该课程的这些特点，使得该课程的教学过程比拟困难。人才的培养远远满足不了社会对人才的需求，因此在教学过程中进展改革，使学生能成为人才显得至关重要

一教学过程中存在的问题

"自动控制原理";的前期课程包括高等数学、线性代数、电路、模拟/数字电路、大学物理、信号与系统等，这些课程本身就具有一定的难度，而且对数学根底和逻辑思维的要求较高。目前学生的数学根底普遍比拟薄弱，因此会产生畏难情绪，还没有学就已经失去信心。而该课程的课时比拟紧张，教师不可能在课上补充大量的数学知识，因此局部同学就失去了主动能动性。该课程虽然应用广、实用性强，但是在以往的教学中教学内容和方式陈旧、落后；教学方法侧重填鸭式、缺乏启发引导，学生对实际问题缺乏感性认识，很难将所学知识用于工程理论，造成理论与实际的脱节。以往"自动控制原理";考核到达优良等级的同学到了电子竞赛中，即使最常规PID控制也不知道怎么实现。假设学不能以致用，学来何用？因此"自动控制原理";课程的教学改革势在必行，改变教师在教学中感到孤掌难鸣，学生觉得课堂枯燥乏味、无所收获的现状[1-3]。

二课堂教学过程的改革

针对上面的问题，本文从以下几个方面入手，促进学生之间、师生之间的多向交流，能从内部持续、有效的激发学生的学习热情，并进步学习效率，为今后走上工作岗位从事自动控制相关开发工作打好坚实的根底。

〔一〕进步学生的兴趣

兴趣是最好的教师，假设想让学生学好学精该课程，必须引起学生的兴趣，能主动学习课堂知识，同时能自觉阅读文献资料，开阔眼界。只有觉得该课程有用、有趣、高端，才能事半功倍。该课程是一门有用的课程，日常生活、工业消费、国防、科技等方面都离不开自动控制。小到生活中的各种家用电器，大到航空航天处处都有它的身影。如洗衣机是个典型的开环控制，电冰箱是个简单的闭环温控系统，如今的智能家居也少不了自动控制的影。这些足以说明该课程的实用性。同时它也是有趣的，一架中国产大疆无人机顺利的降落在海军最先进的"伊丽莎白女王";号航母上，没有引发任何警报；日本的机器人已经出演电影?再见?；出现了第一个战胜围棋世界冠军的人工智能机器人，它的名字叫阿尔法，等等。高端，就更显而易见了，航空航天上有它，军事设备上有它，现代化的消费上同样离不开它。这样一门前景无限、学好有用有趣的课程是不是更能引起学生的兴趣，从而自发的开展学习活动呢？

〔二〕教学内容的调整

自动控制原理〔经典控制理论局部〕的内容比拟多，主要包括控制系统一般概念；控制系统的数学模型；线性系统的时域分析；控制系统的根轨迹法；线性系统的频域分析法；自动控制系统的校正方法等。内容较多，课时较少，如何在有限的时间内获取更多更有效的知识是课题教学改革的首要问题【4】。首先，我们要对知识进展疏导，得到如图1所示的知识体系。对自控系统有准确的把控就必须理解根本概念，而系统的数学模型是进展系统分析和根底的前提，只有得到正确的模型，后面的分析和设计才能展开。系统分析是由系统模型得到系统性能指标，而系统设计那么是由系统性能指标得到系统模型。系统分析的方法一共有三种：时域法、根轨迹法、频域法，这是整个课程的重点、难点内容之一【5】。系统设计那么表达在校正方法这个章节上，这是本课程的难点之一。

对知识体系有了充分认识，下面就需精选讲解内容，突出重点，弱化数学推导过程。如在讲解时域分析时，重点讲解二阶系统的阶跃相应，其他信号的相应可简单介绍，一阶系统较简单，可弱化推导，重点把握结果。高阶系统的分析较难，可给出主导极点的概念进展化简，或是利用Matlab工具解决。假设和数学推导过程时要注意哪些可省哪些不能省。比方奈氏判据，我们可弱化推导，重点掌握判据本身和它的使用。而在时域分析中要频繁使用的拉式变换必须纯熟掌握，可根据学生掌握情况进展合理安排。

〔三〕教学方式的改革

课题教学是学生获取知识的有效途径，课题的质量直接影响着教学的成果。原先的教学方式教师讲、学生听，效果差强人意。因此，可在改善传统课堂形式的根底上进展多样化的尝试。

首先改善传统课堂形式，传统课堂形式教师讲为主，在讲的过程中可适当加些实例。如讲根本概念时可用马桶作为实例，这是一个最简单的水位控制系统，该例子简单、常见。当然也可用人拿东西来举例，这是一个反响系统，实际上大脑是最复杂的控制系统，阿尔法就是仿照了人的学习才能。同时注重一些现代手段的使用，如Matlab工具、flash小动画，实时引入一些动画效果，让学生有直观认识，从而进展合理的学习。

其次可进展翻转课堂教学，把一些易于理解的知识拿出来作为尝试。由学生报名，进展分组，从而完成该知识点的讲解以及学习。由学生自己查阅资料，获得该知识点的详细信息。完成PPT的制作，使其与自己讲解内容完美匹配。课堂时间进展讲解，建议其深化浅出，能突出重点。引导其在讲解中参加一些实例或是目前热点，把知识泛化。这样既可调动参与学生的积极性，也可吸引其他同学的注意力，到达较好效果。

将工程教学法融入课程的理论教学中。题目及要求由教师提出，学生进展设计，到达题目的要求，这样就可把学习的主体转变为学生。详细操作为对学生进展分组，每组成员的学习才能根本持平。然后选择教师所提供的题目，进展工程的设计与施行，教师在该过程中只会给出一些指导意见。最后在课堂上进展汇报，教师给出一些意见与指导，以便学生加强知识的理解，查漏补缺【6】。

三课堂外的改变

在课堂教学完成的根底上，仍需在作业、实验、考核等方面做一系列的改变。课后作业是加深、稳固所学知识的重要手段，也可使教师及时理解学生掌握情况。为了提升学生完成作业的质量，布置作业时尽量布置一些具有实例的作业，使学生明白该知识点的作用，引起学生的兴趣，便于解决实际问题。作业完成过程中鼓励学生自己发现问题、解决问题。作业完成后由学生进展解答，讲解解题思路和过程。允许其他同学进展提问、质疑，教师起引导作业。在此过程中加深对所学知识的理解，活泼气氛，形成良好的学习气氛，到达对所学内容的掌握，甚至是举一反三。

实验是验证、掌握、应用所学知识的一种重要手段。实验做的好，知识掌握的就好，所以一定要注重该环节的安排。设置实验的时候准备难度不等的工程，有简单的验证性、仿真性实验；有中等难度的综合性实验；更要有具有一定难度的设计性实验。较简单的实验或采用试验箱或采用matlab进展仿真。综合性实验那么要先进展仿真验证，然后利用试验箱进展搭建，两者的结果进展分析与比拟。设计性实验那么是完成一种简单装置的设计，如冰箱的温度控制系统、自动窗帘控制系统等等。简单的实验必须每个同学都纯熟掌握，综合性实验可合作完成，设计性实验那么是拔高性，由有兴趣有才能的同学共同完成。这样既有利于知识的掌握，又可对局部同学的才能进展提升。

为了防止学生临阵磨枪，过不过靠天意的现象，在考核环节增加平时测试环节。每章完毕后都进展测试，使学生对整个知识体系的认识分化。这样需掌握的知识较少，而时间又较充裕，学生较易掌握重点难点，便于后面知识的学习。

除此之外，我们还可合理的利用目前已有的多样化教学手段。如各个学校自身所具有的网络课程、学习app，把课堂进展延伸。可把教案、ppt、实验指导书、作业等等信息放在网络上，以便于学生预习、复习。可设置交流功能，有问题可互相讨论，教师也能参与。这样有利于师生、学生之间的交流，问题可及时方便的解决。同时，不少学校都设置了精品课程，课程设置上也是应有尽有，教学视频、ppt等可方便找到。最后，如今的慕课大行其道，建议学生下载其app，从其他大师那里完成该课程的稳固和加强。

四完毕语

多年的教学经历说明，?自动控制原理?学习起来具有一定难度，即使局部同学的成绩良好，但是一结合实际就无所适从了。本文结合目前现状和教学改革理论，对课堂教学过程中的教学内容、教学手段，课堂教学外的作业、实验、考核等方面进展了探究，该课程的教学质量得到了进步，教学效果得到了改善。同时注重教学过程中的启发与引导，激发学生的学习兴趣，从而使学生结实掌握自动控制的核心内容。

参考文献

【1】胡寿松主编.自动控制原理〔第6版〕[M].北京:科学出版社,2022.

【2】程鹏主编.自动控制原理[M].北京:高等教育出版社,2022.

【3】摆玉龙主编.自动控制原