高校“自动控制原理”课程教学问题及对策分析

2021-11-21吴志刚

无线互联科技 2021年18期

吴志刚，陈敏

（江西理工大学，江西南昌 330013）

0 引言

作为自动化专业的主要课程之一，“自动控制原理”是一门基础理论课程。它的理论性十分强，并且涉及的理论面较广，教学难度也相对较大。而根据这几年的实践研究发现，自动化专业的学生能够理解并且灵活地运用自动控制原理解决问题的情况较少。基于此，本文将重点指出自动化专业“自动控制原理”课程授课过程中存在的一些问题，并且给出一些解决的对策建议，希望提高学生的学习效果[1]。

1 应用型大学“自动控制原理”课程

1.1 “自动控制原理”课程分析

“自动控制原理”是一门阐述控制系统的一般原理和方法论的课程，学生能够了解并把握自动控制的基本理论、基本知识和基本技能，并在此基础上提升学生的思考、分析和解决问题的能力。学习该课程，不仅能使学生养成从控制论的角度来理解系统问题，还能巩固相关知识，如基本概念和原理、分析和规划控制系统的技术和方法，提升学生的实验素养，让学生树立实事求是的科学态度和优良的素养[2-3]。

1.2 特性分析

“自动控制原理”课程的主要特点是其教学内容较多，理论知识多，覆盖面较大。学生字进行课程学习期间，一定要拥有坚实的数学基础，了解多种数学理论，例如：微积分的变化、拉普拉斯变换、Z变换和矩阵等。除此之外，教学内容应该丰富到电气工程和电气自动化专业，并且在建模初级阶段，教学内容应该包含物理、电气专业、自动化专业和机械专业的理论知识。

“自动控制原理”作为综合性课程，要求学生应该具备一定的自主设计控制系统的能力。另外，“自动控制原理”偏向于应用图形分析法。在课程中使用了许多图形和计算结合在一起的方法，对学生的绘图能力有着一定的要求，例如系统的动态连接框图、根轨迹、奈奎斯特图以及伯德图等。虽然图形教学法在形象化、直观性方面具有一定的优势，但是因为传统的板书教学耗费的时间较长，所以应该采用计算机与多媒体相结合的方式提高教学效率。最后，“自动控制原理”作为实践性极强的一门课程，它在工程应用方面的背景较强，在开展教学活动时，应该既重视理论又强调实践，实现工程实例和理论教学的相互结合，培养学生的工程实践思维，提高学生在工程实践方面的能力，这是“自动控制原理”课程教学改革所需要重视的落脚点和侧重点。

2 应用型大学“自动控制原理”课程教学存在的问题

2.1 两极分化严重

整个大学“自动控制原理”课程的教学过程中，存在着非常严重的两极分化现象。对于学生而言，往往是缺乏自我约束能力，并且相当一部分学生的基础理论知识不扎实，容易被一些错误的理论所误导。在学习的过程中，也是属于一种被动状态，没有主动学习的意识或者主动学习的意识不够强烈，往往是老师讲到哪学生学到哪，并且还存在一部分学生学习掉队的现象。除此之外，偏科的现象也十分严重，对于不少学生而言，在课程的学习上往往是根据自己的喜好决定。如果喜欢这类课程就会更加有兴趣，不喜欢这类课程就可能产生一些情绪化的表现，不爱进行该课程的学习，导致出现偏科的现象。“自动控制原理”课程的教学也不例外，整个课堂的表现也是存在着两极分化现象，对于大部分学生而言，上课的表现较为散漫，只有少部分同学能够集中精力地进行课堂的学习。

2.2 对待作业的态度不够端正

“自动控制原理”课程教师通常是在课堂教学，在课后为学生布置作业，作业的难度不大，学生不认真对待课后作业。部分学生在课堂上走神、做与课堂教学内容无关的事情，课后不努力将作业的习题知识点理解掌握，而是上网搜索答案或直接抄同学的答案。还有一部分同学虽然课堂上理解老师教学的专业知识，但在课后不愿意花时间和奖励在作业练习上，选择抄袭作业应付老师。只有少部分学生会认真对待课后作业，对习题进行深入思考，认真作答。总而言之，学生需要重视课后作业。

2.3 实验效果欠佳

“自动控制原理”课程包含了实验课，培养学生实验操作的实践能力是较为重要的教学目标。据相关调查研究表明，学生实验操作的热情远远高于对理论知识的研究，但学生侧重于关注实验结果的准确率而忽视了实验操作过程的重要性，由此出现部分学生在小组中不积极主动操作，只关心组内实验的最后实验结果。正因如此，形式单一且小组实验的“自动控制原理”实验课的教学效果不高。实验课中学生应该积极主动参与实验操作，按照操作流程和操作要求亲自体会动手的全过程，经过亲自动手操作的过程会让学生对理论知识和实践操作有更加深刻的领悟与深入的思考。

3 应用型大学“自动控制原理”课程教学改革的思考

3.1 小班授课

小班授课的模式一般应用于口语类课程，口语类课程要求学生都积极参与课堂，教师可以及时掌握小班里所有学生的学习情况。“自动控制原理”课程的特点决定其具有小班授课的需要。大学生在课堂上之所以不积极主动参与学习，主要原因是老师难以关注每个学生在课堂上的学习情况，小班授课则不同，老师更好观察每个学生的实时动态，能够与学生进行多次互动，从而促进学生的学习积极性和主动性，激发学生的学习兴趣。

为有效解决学生在学习效果方面差异较大的问题，教师需要开展小班式教学，增加与学生的交流，及时帮助与学习困难的学生，确保大部分学生可以跟上班级的学习进度，从而减少学生在学习效果方面的差异。

3.2 改革教学内容。

对于应用型的课程，由于其课程本身需要注重实践能力的培养，所以学生们在上课的时候不能花大量的时间在理论的推导证明上，老师上课要简化推导过程让学生们理解。针对这样的课程，教师要不断地进行优化，在课堂上讲解理论的时候，可以把实际应用相结合，二者融会贯通让学生感觉到理论的实用性并且感觉到职业对知识的需求性。目前，高校自动化专业开设的自动控制课程的学时约80个，其相应的实验课时大约为20个，理论课与实践课的授课内容主要包括经典控制论和现代控制论。在进行现代控制理论知识讲解部分可以采用讲座的形式让学生们了解大概。如对于一些非线性部分的知识学生了解到一些描述函数法和相平面法就可以，不应该做过深的延展；但对于线性时域，频域的分析与校正，离散系统分析等知识应作为课程的重点内容，让学生们能够理解运用。在讲授重点知识时，要引导学生们对知识进行建立系统框架，并增加案例，让学生能够在实践课程中，感觉到知识的实用性。

3.3 改革作业形式

教师在讲授离散系统的分析与校正以及连续系统的时域和频率分析与校正这些知识前，为了让学生们能够更好地了解，讲授这些知识点可之前以布置一些预习作业，一般围绕着对于辅助工具的了解，掌握一些自动控制思想理论知识。例如，在授课的过程中需要运用到自动控制思想时，上课前老师可以带领学生运用一些自动控制的系统，让他们在讲课前利用所给的仿真软件修改参数并观察由于参数的改变给整体自动化控制系统带来的变化。除了对于数据的调控，还可以让学生们对于系统的模型性能进行分析。这些预习作业的形式多样，有些作业可以独自完成，有些作业可以小组的形式，不同小组派代表进行展示，其他同学给出点评意见。通过这些形式，来营造良好的学习氛围，加深学生对于自动控制理论的理解与掌握。

3.4 改革实验形式

在逐渐增加现有资金投入和课时的背景下，要想提升实验教学的有效程度，应用一人一组就显得至关重要。根据原有的单一实验箱验证，再加入Matlab软件辅助设计及验证。因为试验箱使用的是运放电路，建模工作简单，另外在硬件实验上建立Matlab的Simulink仿真模型，不用耗费很多时间，所以不会给实验过程增加太多的压力；学生在建立仿真模型的时候也增加了对相应理论知识的理解；仿真结果比模拟电路结构更加明显，使用仿真结果也就更容易确切地验证相关的理论。最重要的是，帮助学生学会使用Matlab软件，提高学生依靠有效工具解决问题的能力，提升学生在学习自动控制原理方面的水平。