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《自动控制原理》课程教学改革与实践
作者：陆之洋
来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2016年第08期
摘 要：《自动控制原理》是贵州大学电气工程学院重要的一门专业基础课程。提出从整合教学内容、改进教学方法、改革考核方式、加强教师队伍建设等方面进行教学改革，提高教学质量。
关键词：自动控制原理；教学改革；教学质量
中图分类号： G4331 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）24-146-2 0 引言
《自动控制原理》课程是一门理论性和实践性都比较强的专业基础课。该课程的主要任务是通过对课程的学习，培养学生对控制系统的分析设计能力、创新能力和工程实践能力。本门课程历来都是学生难学、教师难教。显然，采用传统的课堂讲授的教学方法难以达到教学目标。如何更好地设计教学过程、组织教学内容和改进教学方法和考核方式[1]，建立一个包括课堂讲授、计算机辅助教学、实践教学在内的全方位的课程教学体系，从而提高教学质量和教学效果，是摆在广大任课教师面前的重要问题。 1 整合教学内容
近年来，控制理论在非线性控制、鲁棒控制、智能控制、复杂系统的控制等方向上取得了重要进展[1]。然而，教材的更新却远远跟不上理论发展的步伐，如果沿用教材的内容一成不变地讲授，不仅学生的学习效果大打折扣，同时极大影响了他们的学习热情。《自动控制原理》的教学应在力求讲清控制论基本概念的前提下，更多地结合工程实际。这就要求任课教师紧跟学科发展前沿和工程实践，将与学科相关的最新理论及应用融入平时的授课过程中，对《自动控制原理》的教学内容进行整合，对教材中的部分过时的内容进行缩减。 1.1 控制系统的数学建模
要揭示系统的结构、参数及动态性能之间的关系，必须建立系统的数学模型。在传统的《自动控制原理》教学中，往往过分强调对象的数学建模与推导，却忽视了数学推导及结果与课程本身的联系，导致学生对原理的掌握仅仅流于“数学层面”上的理解。因此，在讲解建立对象的数学模型之前，应先讲清楚工程的背景与需求，同时注重推导的思路，树立学生的工程思维习惯[2]。 1.2 时域分析法
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时域分析法根据系统的微分方程或传递函数直接或间接地计算出系统的时间响应，求解系统的各项性能指标，分析系统的动态性能和稳态性能[3]。典型二阶系统的分析是本章最重要的内容，二阶系统的时间响应分析，确定典型二阶性能指标与参数的方法，以及系统的零极点分布和性能指标的关系都应该重点介绍[2][3]。 1.3 频域分析法
由于Nyquist图即使使用MATLAB也难以精确绘制，授课时只是简单介绍一般Nyquist图的绘制方法，重点介绍Nyquist稳定判据及其稳定裕度的概念即可。Bode图容易比较准确地绘制，很适合进行系统的分析和设计，同时可在Bode图上介绍系统校正方法。Nichols图可以不讲[2][3]。
1.4 控制系统的校正
当前微机控制系统基本上使用的都是串联校正方法。文章重点介绍基于Bode图的串联校正方法。超前校正、滞后校正、滞后-超前校正等串联校正实质上就是PID校正，在教学中应结合工程实际阐述PID控制器工作原理便于学生更好理解校正的实质[2][3]。 1.5 根轨迹分析法
简单介绍根轨迹的基本概念和方法，教会学生绘制简单的根轨迹图即可。 1.6 需增加的讲解内容 ①离散控制系统。
目前的控制系统几乎都是计算机控制。在本门课程中要增加介绍离散控制理论，特别是要详细地介绍差分方程及微分方程的差分化，为计算机控制程序设计打好基础。 ②将MATLAB引入教学。
本门课程计算和绘图较多，引入MATLAB进行绘图和实际案例的数字仿真，方便学生理解和掌握抽象的理论知识，提高教学效率，也使学生能够掌握MATLAB这一实用软件[4]。 2 改进教学方法
鉴于《自动控制原理》课程的特殊性，采用一些有针对性的教学方法很有必要。 2.1 对比教学法
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《自动控制原理》采用多种方法对系统进行分析，在分析时对各种方法进行对比教学能够加深学生对这些内容的理解，更好地掌握每种方法的特性及它们之间的联系和区别。比如，讲解系统的稳定性分析时，将Routh判据和Nyquist判据进行对比分析；讲解系统的频率特性时，将系统的极坐标图和对数坐标图进行对比分析[5]。 2.2 案例教学法
在对某些知识点进行讲解的时候，引入具体的案例，将有助于学生更好地理解授课内容。比如，在讲解开环控制系统和闭环控制系统的区别和优缺点时，引入“潮汐车道”作为案例。当开环控制时，控制信号灯是预先设定好的，车辆按照信号灯行驶；当闭环控制时，通过埋在地下的感应线圈测量来往车流量，从而引入反馈，使潮汐车道的红绿灯按照车流量大小进行调整，从而优化交通。通过案例学生很容易理解二者的优缺点：闭环控制效果更好，同时成本更高。
2.3 网络化教学
充分发挥校园网络平台、QQ群的作用。教师将教学资源、学科发展前沿信息等资料上传，方便学生学习；师生之间还可以在平台上随时沟通，教师及时解决学生的问题，拓展教学的时间和空间，提高学生的学习积极性。 3 改革考核方式
历年来，该院《自动控制原理》课程的考试成绩都是以期末考试成绩为主，辅以少量比例的平时成绩。这种考核方式非常不合理，导致学生平时不重视课程的学习，只是到考前“临时抱佛脚”，没有真正掌握本门课程的内容。对课程考核方式进行改革迫在眉睫。我们将最终成绩分为平时成绩（20%）、实验成绩（20%）和考试成绩（60%）三部分。平时成绩占总分的20%，主要针对学习态度，以出勤情况、作业完成情况及课堂问题的回答情况作为评分依据，在执行过程中，不能流于形式，教师一定要精心准备问题并充分调动学生的积极性，否则容易出现教师自问自答的局面，而且让学生觉得刷刷“脸卡”就挣到这20分。实验成绩根据考勤、实验态度、动手能力、创新能力和实验报告来综合评定。考试以闭卷的形式逐渐向开卷的形式或两者结合的方式过渡[5]。在信息时代，知道获取信息的方法和渠道往往比记住这些信息更重要，引入开卷的方式，可以拓展收集信息的渠道，增强学生的综合分析能力。 4 加强教师队伍建设
目前，该院各专业均开设《自动控制原理》课程，为了更好地提高本门课程的教学质量，很有必要加强教师队伍建设。
4.1 成立《自动控制原理》课程教学研讨小组