《自动控制理论》教学改革与探索

摘要：根据高校自动控制相关专业的发展与教学改革的需要，就创新教学路线、调整教学方法、引用MATLAB等软件的计算机辅助教学的优点、注重新旧知识的结合、强化实验教学改革、注重工程和物理概念以及改革考核办法等多方面提出了改革思路和方法，力求通过教学改革后，能够为学生提供一个更好的学习和交流平台。

关键词：自动控制；教学改革；创新；调整

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2014）06-00-02

自动控制理论是研究自动控制共性规律的技术科学，主要包括经典控制理论、现代控制理论，以及大系统理论和智能控制理论。它用抽象的数学语言建立系统的数学模型，通过时域分析、频域分析等方法来分析控制系统性能，并对系统进行校正。它是研究自动控制共线规律的技术学科，具有一定深度和复杂性。其特点是知识覆盖面广、内容多、更新发展快、理论性和应用性强，是一门既难教又难学的专业课[1]。鉴此，从该门课程的理论教学环节和实验教学环节两方面进行改革和探索，协调好教与学二者的关系，尽量把难学变成易学，实现加强教学深度和提高教学质量的目的。

一、创新路线，重新制定合理的教学计划和教学大纲

在过往的课程体系中，教学环节，不够凝聚，显得有些松散。对这种现状，可以形成以主讲教授为龙头，相关学科老师为龙身，实验课教师为龙尾的课程教研小组，进行自动控制课程体系的研究工作，组织大家进行调研、讨论，将自动控制系列课程融为一体，相互衔接、相互连贯，重新制定合理的教学计划和教学大纲、实验计划和大纲、综合课程设计的计划和大纲等，提出适应21世纪相关专业学生的培养模式。然后聘请校内外专家进行评审，最后形成合理的教学计划和大纲。使自动控制系列课程教学改革后，其课程体系整体优化，明确课程之间内容的衔接关系，避免不必要的重复和遗漏。这能使学生更加系统的掌握一系列与自动控制有关的学科知识，有助于理解和学习，可以在他们的脑海中形成相互交织的知识体系。

二、教学方法创新探索

对于这门难度较高的课程，涉及到许多基础课程及大量的数学，因此，教学时应注重概念和实践，弱化计算。只有牢固的掌握了基本概念，有了充分的感性认识，学生才有进一步自我深化的能力。然后再由理论回到实践，学生才能从感性认识上升到理性认识，更进一步的掌握该门课程。要达到这点，首先要打破“老师—黑板—学生”或“老师—电子教案—学生”的传统模式，探索启发式和讨论式教学，吸引学生主动参与课程内容的讨论，避免课堂上产生“孤掌难鸣”的情况，注重基本理论和工程实际意义的分析，加深学生对难点的理解。另外，实例教学也是不可或缺的，结合实例，有助于学生对知识的消化和吸收。例如：在基本概念中讲解自动控制系统的定义和组成的时候，首先让同学们明白系统的控制过程，比如可以用工业恒温控制系统和自动调温控制系统来对比讲解。这样可以使学生在对比中理解自动控制理论的优点，更加清晰的明白其中的控制结构。然后再讲解其结构，学生就可以更容易的理解控制对象，被控装置，输出，输入，校正，反馈等概念。此外，建立一个教学资源丰富的教学系统也是有必要的，为学生提供一个自学、交流的平台，促使学生和老师的交流，及时解决教学中的一些问题。

三、课程内容“模块化”

自动控制原理的教学过程应突出本门课程具有的方法论特点，使学生建立系统的观点，培养学生对控制系统的分析能力和初步的控制器设计能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。采用“模块化”教学改革方案。理论教学内容主要由四大部分组成，即控制系统基本概念与数学描述、分析方法、设计方法、验证与应用四大块[2]。在“模块化”的教学中，应引入MATLAB等软件的计算机辅助教学，因为MATLAB等软件的仿真演示，不但可以提高各模块的教学质量，也使学生加深了电子CAD软件的认识。进一步的提升了教学效能和知识层次，增强对学生的实际操作能力和创新能力的培养。

四、注重新旧知识的结合，突出“系统理念”

控制与系统是自动化的核心。为了让学生掌握自动化专业的核心知识，按“控制与系统”这一主线安排课程体系。大学阶段的控制理论基础内容，是线性定常单输入单输出（简称单变量）系统理论，它既包括以传递函数为基础的“经典控制理论”，又包括以状态空间模型为基础的“现代控制理论”。不论是“经典”还是“现代”，它们阐述的实质是自动控制的方法论，因此要以控制系统为主线，将“经典”与“现代”有机地结合在一起，既注意它们的各自的特点，又强调它们之间的内在联系，以增强控制理论基础的系统性、完整性和科学性[3]。以知识单元为主线索进行自动控制系列课程整合，强化课程之间的知识联系，增加或压缩相应课程内容，以确保相关课程的衔接和知识点的完整性，使课程体系更趋合理。在课程设置上应该保证做到“控制理论、实践环节”不断线。控制理论不断线：自动控制原理、现代控制理论和智能控制三为一体的理论指导思想。实践环节不断线：实验、实习、课程设计和毕业设计等不间断的进行。

五、加强实验教学

目前高等工科院校在专业教学中的共识目标和专业课程设置安排的指导思想是理论与实践相结合，力求让学生掌握扎实的理论基础的同时，获得一定的实践动手能力和工程应用认识。实践和理论应具有同等的地位，两者相互联系，密不可分，在教学中忽略任何一面都是不合理的。合理的实验教学是培养学生动手能力必不可少的方法之一。在实验中，应尽量保证每人一台或一机，在主讲教师讲解的理论基础知识上，实验教师简要的介绍接线方法和设备操作的注意事项，然后由学生自己进行操作，独立的完成试验。考核时，应从注意实验结果的正确性、一致性转变到注重实验过程的多样性和见解的独创性。这样不仅能培养学生独立思考的能力，也可以提高综合分析问题的能力。同时通过对理论的应用，有助于学生把枯燥抽象的理论形象化，加深对理论知识的理解。

六、从实际控制系统入手进行教学，强调工程和物理概念

“自动控制原理”是一门理论性较强的课程，涉及知识面广，信息量大，所涉及的数学基础较为广泛，从微积分、复变函数、离散数学到矩阵理论[4]。如果在教学过程中只注重一般的数学论证，缺乏工程和物理概念的阐述，学生学后不知用在哪里，如何运用。学生在课堂上忙于做笔记，课后忙于根据公式作大量的习题，考完试后，公式忘掉了，脑子里一片空白。这样的学习效果为后续专业课程的学习、毕业设计以及就业工作等带来许多问题。因此在知识的传授中，要特别注重控制思想和工程背景。本课程的设置目的不仅是对这门学科知识的掌握，更重要的是在各行业中的具体工程应用。因此在教学的全部过程中必须注重课程在工程的具体情况，并将工程的分析、设计实现方法渗入课程的教学中，如PID 参数的整定及工程整定，可以通过直流电动机转速控制来实例讲解，并且借助于MATLAB仿真。

七、改革考核模式

以往用一张试卷测定学生学习情况的考试模式，弊端太多。它只能考察出在一段时间内，学生对课本内容的记忆能力。而不能如实的反映出学生对自动控制这门课程的学习和理解程度，也不能表现出学生是否能够很好的应用本学科所学到的知识。针对这一情况，可将这种以一张试卷决定学生学习能力的单一考试模式改为采用卷面考试、口试和撰写有关课程内容等多方面相结合的考试模式，作为检测学生对本课程的学习程度。这种多种模式相结合的考试形式，可以直观的反映出学生对该课程的理解程度，也可更好地检验学生的综合能力和创新能力。

结语

自动控制原理作为自动化专业学生的一门关键专业课程 ，其教学质量的好坏，直接影响到学生的就业及在该专业方向上的发展。在今后的教学实践中，笔者期望采用上述新的教学方法取得良好的教学效果。总之，由于自动控制原理课程的理论性较强，教师在教学过程中要融入多种教学手段，使抽象的系统理论形象化，要通过教学手段的改进，培养学生的工程意识和创新能力。

参考文献：

[1]谢克明，李国勇.自动控制原理[M].北京：北京工业出版社，2007.4.

[2]袁玲，等.MATLAB在自动控制原理CAI教学中的应用[J].计算技术与自动化，2006，（3）.

[3]鄢景华.自动控制理论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.

[4]胡寿松.自动控制原理（第四版）[M].北京：科学出版社，2001.

[5]罗冀，程桂芬.控制工程与信号处理[M].北京：化学工业出版社，2004.

[6]刘小河，等.“教学主导型高校自动化学科专业发展战略研究”研究报告[R].2004.

[7]沈宪章，孔金生.对自动控制理论课程教学改革的探讨[J].河南教育学院报，2003.

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