“自动控制原理”教学改革探究

“自动控制原理”教学改革探究

艾莉

红河学院 云南省红河州蒙自市， 661199

摘要 “自动控制理论”课程是电气信息专业学生的基础课程之一，为了满足现在社会对“自动控制理论”课程教学的要求，对“自动控制理论”课程的教学不断地进行改革、探索、实践。

关键词 自动控制原理，教学改革，培养人才

引言

“自动控制原理”课程是大学电气工程系自动化电子信息工程本科专业的主要基础课程。在整个课程系统中有承前启后的作用。要学习本课程，学生必须在数学、函数、电路分析、信号和系统等方面具有坚实的基础，具备强大的计算和分析能力，为相关专业课程奠定基础。“自动控制原理”课程在培养学生的自主学习能力以及分析和解决问题的能力方面起着重要作用。但是，学校的电气工程自动化和其他工程专业的学生通常数学基础比较薄弱。“自动控制原理”课程理论性和系统性都比较强，并且有大量的数学推导和繁琐的计算，对于学生来说，在学习过程中始终很难完全理解，所以在进行学习时，没有什么学习的积极性和学习热情。

一、当前的“自动控制原理”教学存在的不足：

（1）课程教学大纲的优化迫在眉睫。

现有的大多数课程大纲都以“自动控制原理”课程本身的教学目标为起点，确定课程的内容和重点。但是，由于现代自动控制理论、对计算机的控制、操作过程控制等自动化课程很多，因此教学内容是交叉的，不同专业课程的教学内容也有时间顺序的关联性。所以急需从自动化的角度重新整理教学重点和教学内容。

（2）单一的教学方法。

在大学中，除了关于‘自动控制原理’的教科书之外，只有参考书和各种练习题。这种教学方法式学生学习的积极性较低，同时学生在自动控制领域的视野也比较狭窄。

（3）学生在课堂上与老师的交流沟通较少。

由于“自动控制原理”课程的内容很多，教师必须在有限的时间内完成教学内容，主要讲述重点以及知识点。整个课程以教师连续不断地以PPT课件或黑板书写的形式出现，没有与学生形成有效互动，学生只会努力记录笔记并在记录课堂讲述的重点和难点。课堂上缺乏与学生的互动，老师不能快速有效地了解学生的学习掌握情况，也没有反映出学生在课堂上的积极性。

（4）学生分数高实际能力不足的现象明显。

在学期末的考试环节中，即使是成绩优秀的学生，也在课程复习期间把精力专注于解决每个习题上，专注于公式化、数字计算以及结果是否与答案匹配，而忽略问题本身的含义。“自动控制原理”原理真正意义识如何在工程应用程序中进行使用。教师在指导学生的本科毕业设计时经常遇到这种情况，平时再优秀的学生在面对实际的控制问题时也会迷茫，无法完成实际中的问题建模，跨越不了从问题描述到数学模型描述的鸿沟，对解决实际工程问题的能力低下。

二、对“自动控制原理”教学进行改变

（1）教学方法改革。

对于这一非常困难的课程，教育应关注概念并削弱计算。只有通过掌握基本概念和充分的理解，学生才有更大的潜力进一步发展。同时，没有比真实案例更能获得感知知识的方法。例如，在基本概念中对自动控制系统的定位和配置进行讲解时，为了让学生更容易理解，通过讲解人工水位控制系统和自动水位控制系统，让学生掌握系统的控制过程，学生基本上可以自主学习该人工系统自动操作的原理，因此在很少的指导下学生可以轻松地了解控制内容、控制量、给定值、反馈组件、执行器等概念。此外，在不同的章节中研究相同的问题并引用熟悉的示例将有助于理解新概念，吸收所学知识以及吸收其他章节中的知识。

（2）课程内容改革。

“自动控制原理”课程强调课程的讲解方法，使学生能够建立系统性的理念，培养学生对控制系统进行分析以及设计初步控制器的能力，把专业课程和控制工程实践相结合。通过“模块化”的教育改革计划。理论教学内容主要包括以下内容：控制系统的基本定义和数学讲解、进行分析的方法、设计的方式以及验证与应用。重点对打基础的课程的内容以及对后续学习中有承前启后作用的内容，要进行重点的详细讲解。同时，因为后期可以通过采用matlab方法讲解控制系统频域以及时域校正的方法内容，所以在课程中可以选择性的讲解这部分内容。

（3）理论与实验相结合。

实验应用理论来帮助学生把比较枯燥的、抽象的理论内容生动化，加深学生对理论知识的掌握。实验分为两部分，根据师资水平分为验证实验和设计实验。设置自动控制理论的实验箱和小功率系统装置。在自动控制理论实验箱中可以进行小规模的验证实验。实验箱中有上位机Labview仿真平台设备，在控制系统仿真设备上可以搭建系统、调整系统参数值，通过计算机的仿真方法可以直接地表达得出的理论分析结果，提高学生对物理概念的掌握。能够把抽象的数学模型与实验中的系统参数结合起来，从而提升学生的分析问题的能力和实际操作的工作技能。在对本课程的容学习完成之后，需要进行全面的实验，可以在对系统进行分析后结合在设计中学到的知识，保证系统达到预定的指标。

（4）开始在实际控制系统中进行培训，重点是工程和物理概念。

“自动控制原理”是一门理论课程，包括微积分、复杂的变量函数，从离散数学到矩阵理论的广泛知识，大量信息以及广泛的数学基础。学生发现学习困难，但教师发现教学困难。如果该课程仅侧重于一般数学论证而缺乏工程和物理概念的复杂性，学生在实际工作后不会应用。学生在课堂上记笔记，在课堂结束时，根据公式练习很多，在测试后，公式被忘记，头脑空虚。这样的学习给随后的专业课程、毕业设计和职业工作带来了许多问题。

在“自动控制原理”课程教学中的重点是控制思想和工程背景。课程的目的不仅是为了获得有关主题的知识，而且更重要的是要了解各个行业中特定的工程应用。因此，在教学的过程中，要注意工程过程的具体情况，如何通过直流电动机速度控制实例来说明，通过工程的分析和设计的实现方法来实现PID参数整定和工程整定等，在课程的教学进行讲解，借助计算机辅助Matlab仿真方法进行讲解。

（5）“自动控制原理”和“信号与系统”的融合可以扩大学生的知识面。

自动化专业提供的“自动控制原理”和“信号与系统”这两个课程均作为专门的基础课程，两个课程的内容有重复的部分。将两门课程的内容进行融合，学生时更加容易掌握。“信号与系统”和“自动控制原理”是具有不同特征的专业基础课程，虽然内容有重复的部分，但思想观点和出发点不一样。“信号与系统”注重于对弱信号的处理以及传输，为通信系统研究奠定基础。“自动控制原理”注重系统的应用。因此，在“自动控制原理”课程中，对基本概念、基本理论和基本方法进行详细讲解，以便学生可以掌握特定的工程应用概念。选择示例时，使用实际控制系统的示例，帮助学生了解通用系统中的控制律，在短最的时间内掌握控制系统的相关概念。当谈论数学模型的信号流程图、采样系统的z变换以及差分方程的解时，可以简单地解释一下，因为这部分内容与“信号和系统”的内容重叠。脉冲响应和卷积的概念可以在“信号和系统”中详细解释，而不是在“自动控制原理”中强调，以扩大学生的知识并为第三学年选择专业奠定基础。

（6）优化学生成绩评估模式。

把期末考试成绩作为对课程知识掌握程度的衡量标准，是许多学生以及优秀的学生在学习中的思想误区。要从根本上改变这种想法，教师必须优化课程成绩的构成，以使课程成绩真正反映出学生学习，掌握和运用知识的能力。为此，课程团队将在两个方面进行工作，一方面，适当地增加期末考试题中应用题和综合题的比例，同时通过日常作业提供目标监督和指导。普通成绩应反映学生课后学习的课堂学习能力和对知识点的掌握程度，教师可以通过实践中的学生解释来理解学生运用知识的能力。此外，对于有学习能力的学生，通过推送与知识点密切相关的学术文章进行学术探索，引导学生在学习专业课程时具有更高的眼界和目标。

结语

“自动控制原理”是一门与自动化有关的实用理论课程。所有大学都非常重视本课程的教学改革和创新，并取得巨大的成功。但是，教学方面仍然存在不足，例如学生的学习积极性和实验条件的局限性。随着时间的流逝，教学方法的更新也将与时俱进。坚持理论与实践相结合的原则，提升学生对实际问题处理的能力，进一步提升教学质量。

参考文献

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