常莹莹，张玉凤，徐彤，林园园

（江苏师范大学科文学院，江苏徐州 221000）

智能机器人不仅拥有很好的环境感知力，而且还有逻辑思维、判断及决策能力，可按要求独立完成特定的工作。近些年，随着人工智能、大数据及物联网等科技的发展，机器人产业发展十分迅速，前景广阔，机器人工程专业应运而生。该专业是典型的市场需求驱动、多学科高度交叉的专业，涉及控制、信息、计算机、人工智能、人类学及机械等多个领域[1]。目前，机器人工程专业在我国尚处于起步阶段，其相关课程大多是参照传统相关专业设置，缺乏创新性。因此，为提高教学质量，该专业相关教师在讲授专业课时需要更新教学方法。

自动控制原理是讲述控制系统分析和设计方法的课程，是机器人工程、自动化及电气工程等专业的核心课程[2]。但因该课程本身具有强理论、偏抽象的特点[3]，在教学过程中，教师如采用传统的教学方式，会使学生失去对该课程学习的兴趣，影响教学质量和效果，因此，如何更有效地开展课程教学显得尤为重要。笔者通过查阅大量文献资料及根据实际教学经验发现，将思维导图应用于自动控制课程的教学中，可以极大提高学生的学习兴趣，活跃课堂氛围。

1 自动控制原理课程知识体系

自动控制原理课程知识体系如图1 所示，通常包括一般概念、数学模型、系统分析和系统设计4 个部分，知识点联系紧密[4]。一般概念主要需要学生了解自动控制系统的构成、原理等，在此基础上，学生还要掌握系统数学模型的方法，因为只有在数学模型的基础上才能更好地对系统的各项性能进行分析。系统分析部分也是该课程的重点，主要包括3种分析方法：时域法、根轨迹法和频率法，旨在分析系统稳、快、准3 个性能指标。系统设计主要是指给系统加入校正环节，使其性能指标满足工作要求。总体上，该课程需要学生在较少的课时内系统地掌握系统的建模、性能分析和综合校正方法[5]。

图1 自动控制原理课程知识体系

2 思维导图的作用

思维导图是一种借助图像、颜色、关键词、曲线等把黑白枯燥的文字转化成有趣的图形的方式，能够辅助记忆，锻炼思维能力，启发创造力，并培养逻辑能力，有效地促进学生主动学习。在绘制思维导图的时候，需要对一个主题下的各分支对象进行适当精简，避免过多的陈述；需要对所学课程知识有一定的内化吸收，抓住核心要点，是一个主动学习的过程。因此，思维导图最主要的作用是对知识进行提炼，辅助主动学习。

自动控制原理课程传统授课方式多是教师讲述大量的理论和公式，课堂上学生和教师间的互动较少[6]，学生在课堂上没有真正理解所讲授内容，对重难点知识的理解仍存在困难[7]，出现学生觉得难学、教师觉得难讲的现象。为解决该问题，教师可以将思维导图应用于自动控制原理课程教学，利用思维导图的优势，在课前、课中和课后为教学活动的开展提供辅助。

3 思维导图在教学中的应用

3.1 思维导图助力课前教学设计

好的教学设计是教学成功的一半，合理的教学设计能使教育过程更有条理。相比自动化、电气工程等专业，机器人工程专业课程体系中自动控制原理课程课时占比有所减少，因此，在该课程教学中合理的教学设计十分重要。教师可在教学设计环节中借助思维导图标出各章节的主题、讲授内容及提问内容等，在每个子标题下标出关键字，最后参照知识点间的逻辑结构，将子标题串联为知识系统，提高备课效果[8]。

图2 是以自动控制原理课程中控制系统的数学模型为例，设计的课堂教学思维导图。一张图即可把整章内容串联起来[10]：课堂的引入及思考；控制系统的四种数学模型描述——微分方程、传递函数、系统框图、信号流图，也按照讲解顺序分别用序号标出；针对本章的重要知识点，如电气网络传递函数、系统框图等效变换及mason 公式的应用，星号标出；另外也重点列出了本章的两个思政点。其就像一张“思维地图”一张，可以对教师的备课起到“思维导航”的效果。

图2 控制系统的数学模型课堂教学设计思维导图

3.2 思维导图助力课中教学

在实际教学过程中，为提高讲解过程的层次感及条理性，教师可将教学设计环节所用思维导图进一步丰富成图3 所示的知识体系思维导图。为了进一步激发学生的学习兴趣，吸引学生注意力，可以在思维导图中增加一些多媒体元素，如声音、图形、图像等[9]。另外，教师也可以采用循序渐进的方式，在课程前期直接将思维导图展示给学生，到后期则采用分组讨论的形式对本小节课或者本章内容进行思维导图的绘制。采取分组合作绘制思维导图的方式能让学生知道如何学习、思维、总结，主动参与学习活动，更好地吸取所学的知识。同时，借助思维导图，学生能从不同角度发现问题、提出问题并解决问题，真正达到学中研、研中学的目的，也可以激发学生的竞争与合作意识，有效地促进学生认知、合作以及人际交往等方面能力的提升。

图3 控制系统的数学模型知识体系思维导图

图4 为控制系统的时域响应概略思维导图。教师将主要框架绘制好之后，剩下的细节部分可以让学生以分组讨论的方式完善，并抽取每组代表讲述绘制思路，教师及时点评，引导学生实现优势互补，激发学生继续学习绘制思维导图的兴趣。待学生基本掌握了思维导图的绘制要领之后，可以由每位学生单独绘制，这样一方面可以提高学生上课积极性，另一方面可使学生在独自绘制思维导图的时候更容易发现知识点，更清楚地掌握本节或者本章的重难点知识。

图4 控制系统的时域响应概略思维导图

3.3 思维导图助力课后复习总结

思维导图在阶段性复习及备考阶段也能够起一定的促进作用[11]。学生可以利用课堂上已经绘制好的思维导图，尤其是小组讨论或者个人绘制出的思维导图进行复习，思维导图上对于各章节知识重难点的标注简单明了，既可以帮助学生加强对课程知识的掌握，也可以极大地减轻学生的考试压力，并且思维导图方便学生随时回顾每个章节的内容，提高复习效率。

4 结束语

综上所述，自动控制原理课程是机器人工程专业的必修课[12]。通过本文所述方法，将思维导图应用于自动控制原理教学的全过程，采用边讲边练和自学相结合的教学方式[13]，不仅使教师能够以主动、有趣的方式呈现知识，减轻了备课压力，也可以让学生积极参与课堂教学过程，留给学生思考的空间，促进学生主动学习，帮助学生形成正确有效的学习方法。思维导图体系性强，有助于学生将各章的知识点融会贯通，帮助学生更扎实地掌握课程内容，为以后的学习奠定坚实的基础[14]。