導(dǎo)語：淺析自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:對(duì)目前《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行分析。以改善課程教學(xué)效果和提高學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的接受度為目的，在深度調(diào)研德累斯頓工業(yè)大學(xué)同類課程教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，吸收借鑒他人所長，進(jìn)而提出了對(duì)該課程的教學(xué)改革的具體建議。提出的改進(jìn)措施可優(yōu)化前后理論知識(shí)的邏輯連貫性，并具有理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用案例有機(jī)結(jié)合的特點(diǎn)，有利于學(xué)生更好地構(gòu)建課程的知識(shí)體系。

關(guān)鍵詞:《自動(dòng)控制原理》;教學(xué)改革;實(shí)踐教學(xué)

自動(dòng)化是支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要學(xué)科，自動(dòng)化技術(shù)已應(yīng)用了現(xiàn)代科技各個(gè)領(lǐng)域。目前，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)，發(fā)展以智能化、數(shù)字化為特征的先進(jìn)制造業(yè)更是保證我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的重中之重［1－4］。東莞市是我國制造業(yè)重地，被譽(yù)為“世界工廠”，在大力建設(shè)粵港澳大灣區(qū)的背景下，東莞制造業(yè)的發(fā)展也將迎來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中，越來越多的用人單位已深刻意識(shí)到高素質(zhì)人才是企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要保障，這對(duì)東莞理工學(xué)院人才培養(yǎng)方式提出了更高要求［5－6］。如何更好地為地方經(jīng)濟(jì)和企業(yè)發(fā)展培養(yǎng)適合人才，一直是東莞理工學(xué)院教學(xué)科研方面的首要課題。筆者參加了由中國教育部和德國BSK國際教育機(jī)構(gòu)合作舉辦的“中國高等學(xué)校骨干教師赴德國高校訪學(xué)項(xiàng)目”，在德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)進(jìn)行為期三個(gè)月的訪學(xué)交流。訪學(xué)期間，筆者在德累斯頓工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院進(jìn)行有關(guān)專業(yè)培養(yǎng)方案、課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面的學(xué)習(xí)和交流。其中，對(duì)《自動(dòng)控制原理》課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行了深入的學(xué)習(xí)?；趯?duì)該門課程內(nèi)容調(diào)研的啟發(fā)，為東莞理工學(xué)院和國內(nèi)其他高校《自動(dòng)控制原理》課程未來的教學(xué)改革方向提供參考和借鑒。

1自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革背景

《自動(dòng)控制原理》是自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)必修課程。該課程是后續(xù)專業(yè)課程《現(xiàn)代控制理論》、《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》、《過程控制》和《運(yùn)動(dòng)控制》等課程的基礎(chǔ)，對(duì)于幫助學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)過程中建立完備的知識(shí)體系具有至關(guān)重要的作用［7－10］，因此該課程教學(xué)內(nèi)容的合理設(shè)置和教學(xué)方法的改進(jìn)對(duì)于提升教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生對(duì)該課程內(nèi)容的掌握程度具有重要的實(shí)際意義。從該課程的實(shí)際教學(xué)效果來看，現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容和方法主要存在以下問題:1)課程具有很強(qiáng)的理論性和工程應(yīng)用背景，但實(shí)際教學(xué)過程中將理論部分和應(yīng)用部分的合理銜接一直是該課程的教學(xué)難點(diǎn)?，F(xiàn)在該課程采用的教學(xué)方法依然是基于傳統(tǒng)的理論課堂教學(xué)+課后實(shí)驗(yàn)的模式。理論教學(xué)重視嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，較為抽象;課后實(shí)驗(yàn)安排以Matlab仿真實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生較難從仿真結(jié)果中感受到在實(shí)際應(yīng)用中的效果以及理論知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)滿足的約束條件。學(xué)生學(xué)完該課程后不能很好地建立理論內(nèi)容與實(shí)際工程應(yīng)用之間的聯(lián)系。2)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容主要依賴于教材，且教材選擇比較單一，任課教師會(huì)指定一本教材作為課堂教學(xué)依據(jù)。雖然《自動(dòng)控制原理》課程教材的出版物較多，但教材內(nèi)容基本相似，同質(zhì)化嚴(yán)重。從教材內(nèi)容的安排來看，章節(jié)之間的安排比較重視理論部分的邏輯連貫性和知識(shí)深度，一旦學(xué)生前期基礎(chǔ)沒有打好，學(xué)習(xí)該門課程時(shí)會(huì)感覺非常困難。3)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏獨(dú)立思考和鉆研精神。由于課程的理論教學(xué)內(nèi)容較抽象，教師在課堂上講授完知識(shí)點(diǎn)后，學(xué)生在課后還需要花大量時(shí)間認(rèn)真復(fù)習(xí)才能較好地掌握知識(shí)架構(gòu)，但多數(shù)學(xué)生課后投入的時(shí)間較少，因此知識(shí)點(diǎn)的掌握程度難以保障。其原因可以歸結(jié)為:a)現(xiàn)有課程考核主要以期末考試的方式為主，缺少過程考核，因此學(xué)生日常學(xué)習(xí)較為松懈;b)理論教學(xué)內(nèi)容相對(duì)枯燥，課堂上較難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。綜上所述，現(xiàn)有《自動(dòng)控制原理》課程的教學(xué)內(nèi)容和方法不能很好地引導(dǎo)學(xué)生探究該門課程在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的興趣，難以達(dá)到人才培養(yǎng)的預(yù)期目標(biāo)，因此有必要對(duì)課程的教育實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)改革。

2德國大學(xué)自動(dòng)控制原理課程的借鑒

德國是世界工業(yè)強(qiáng)國，德國工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化程度較高，在自動(dòng)控制理論和工業(yè)應(yīng)用結(jié)合方面具備良好的引領(lǐng)和示范作用。根據(jù)德國高校專業(yè)設(shè)置情況，德國高校沒有單獨(dú)設(shè)置自動(dòng)化這門專業(yè)課程，自動(dòng)化是作為電氣工程專業(yè)下一個(gè)研究方向而設(shè)立。從專業(yè)設(shè)置模式可以看出，自動(dòng)化需要依托具體的工業(yè)背景，因此，自動(dòng)控制原理這樣的課程教學(xué)也應(yīng)該和實(shí)際應(yīng)用背景緊密結(jié)合。有關(guān)德國高校《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)的模式與方法，筆者以在德累斯頓工業(yè)大學(xué)電氣工程專業(yè)對(duì)《自動(dòng)控制原理》課程的調(diào)研內(nèi)容進(jìn)行分析。2.1德累斯頓工業(yè)大學(xué)?！蹲詣?dòng)控制原理》教學(xué)內(nèi)容國內(nèi)《自動(dòng)控制原理》教材的教學(xué)主要內(nèi)容包含:自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(時(shí)域、頻域、復(fù)頻域)及建模、控制系統(tǒng)時(shí)域和頻域的性能分析(穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性)、控制系統(tǒng)的綜合(復(fù)頻域)等［11－13］。教師在教學(xué)過程中可根據(jù)選定的教材、學(xué)時(shí)數(shù)及大綱要求等對(duì)講授內(nèi)容進(jìn)行適度調(diào)整，但必須依托于教材內(nèi)容。德累斯頓工業(yè)大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程的教學(xué)內(nèi)容則由任課教師決定，校方并不指定具體的教材，學(xué)生的教學(xué)資料主要是教師的講義或PPT，教師會(huì)列出一些參考書目(實(shí)際上，德國的大學(xué)幾乎所有課程的教學(xué)內(nèi)容均由任課教師決定的)。德累斯頓工業(yè)大學(xué)的任課教師基本都是教授，在德國只有在本學(xué)科具有特別高水平的人才能被評(píng)為教授，因此教授對(duì)其講授的內(nèi)容具有很好的全局性把握和深度理解?；诖耍n堂上教授基本不指定具體教材，都是以自己的講義為準(zhǔn)。德累斯頓工業(yè)大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程具體的教學(xué)內(nèi)容安排和知識(shí)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。結(jié)合該圖所示的德累斯頓工業(yè)大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程知識(shí)體系，并對(duì)照東莞理工學(xué)院該課程目前教學(xué)內(nèi)容，可以總結(jié)出德累斯頓工業(yè)大學(xué)該課程的特點(diǎn)如下:1)德累斯頓工業(yè)大學(xué)《自動(dòng)控制原理》教學(xué)內(nèi)容比較深入，和東莞理工學(xué)院本科教學(xué)內(nèi)容相比，增加了一些在國內(nèi)研究生階段才講授的內(nèi)容(如狀態(tài)空間建模、Lyapunov穩(wěn)定性分析)。一方面的原因是該課程的定位是為了給后續(xù)專業(yè)課打下更扎實(shí)的基礎(chǔ)，因此對(duì)該門課程理論深度的要求也更高;另一方面原因是德國高校工科專業(yè)普遍采用5年制的理工科碩士(Diplom)學(xué)制，學(xué)生在高年級(jí)時(shí)需要做一些研究工作，所以相應(yīng)地增加了教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度。2)教學(xué)主線清晰，邏輯連貫性好。雖然最核心的教學(xué)內(nèi)容與國內(nèi)該課程的教學(xué)內(nèi)容基本一致，但是老師在授課時(shí)會(huì)以自己對(duì)系統(tǒng)的理解，采用學(xué)生更為接受的循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行講授。即:以穩(wěn)定性為中心→穩(wěn)定性判據(jù)→控制系統(tǒng)校正(調(diào)節(jié))→具體調(diào)節(jié)方法(時(shí)域、頻域、復(fù)頻域)→控制系統(tǒng)性能分析(穩(wěn)態(tài)誤差、瞬態(tài)響應(yīng))為教學(xué)順序，做到環(huán)環(huán)相扣，使學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的前后銜接關(guān)系更為清晰。3)引入典型工程應(yīng)用案例幫助學(xué)生理解理論內(nèi)容與系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。教師采用直流電機(jī)調(diào)速控制為案例，該案例貫穿課程所有理論知識(shí)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)相對(duì)枯燥的理論知識(shí)時(shí)能理解此類內(nèi)容在實(shí)際系統(tǒng)中該是如何應(yīng)用的。這種以一個(gè)典型應(yīng)用案例將前后知識(shí)點(diǎn)有機(jī)串聯(lián)的方法能有效地幫助學(xué)生克服學(xué)新忘舊的問題，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。2.2德累斯頓工業(yè)大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程課堂教學(xué)模式與方法。德累斯頓工業(yè)大學(xué)的教師在講授該門課程所采用的教學(xué)方法與東莞理工學(xué)院該課程的教學(xué)模式基本相同，是以PPT輔以板書的形式進(jìn)行教學(xué)。值得指出的是，PPT基本是任課教師提前編制好的講義提要，里面涉及的具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)等相關(guān)內(nèi)容的深度解釋主要在課堂上進(jìn)行板書演示。該教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)主要有:1)板書形式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)有利于幫助學(xué)生順應(yīng)老師的思路和節(jié)奏，如果推導(dǎo)部分不分步驟地全部放在PPT中，學(xué)生則難以做到思維跟隨。2)由于沒有指定教材，并且PPT上只保留知識(shí)點(diǎn)的提綱。板書主要是PPT上沒有的內(nèi)容，因此學(xué)生在聽課時(shí)，會(huì)根據(jù)老師的板書做課堂筆記，進(jìn)而加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。由于學(xué)生在課堂上基本全程都在抄寫筆記，因此教師與學(xué)生之間的課堂互動(dòng)較少，但實(shí)際上并不是老師的一言堂。德國大學(xué)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)意識(shí)較好，在課堂遇到任何不懂的問題可隨時(shí)舉手提問，老師也會(huì)及時(shí)予以解答。該門課程學(xué)習(xí)之后的考核方式與國內(nèi)考核模式相似，均以期末考試的方式進(jìn)行。但是德累斯頓工業(yè)大學(xué)的該門課程還會(huì)穿插一些過程測試環(huán)節(jié)，其測試成績會(huì)占到期末總成績的一部分比例。課后答疑方面，德累斯頓工業(yè)大學(xué)采取助教制。該課程有專門的習(xí)題課，習(xí)題課是由助教給學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生會(huì)把平時(shí)遇到不懂的問題和課后作業(yè)中出現(xiàn)的問題匯總并請(qǐng)助教解答。2.3學(xué)生在課程教學(xué)過程中的表現(xiàn)。德國的綜合性大學(xué)(包括德累斯頓工業(yè)大學(xué)等理工院校)秉持寬進(jìn)嚴(yán)出的培養(yǎng)制度，學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力總體較大，因此學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性非常強(qiáng)。具體表現(xiàn)在:1)上課時(shí)注意力比較集中，幾乎沒有課上玩手機(jī)或做其他事的情況，課堂中都會(huì)認(rèn)真抄寫老師的板書，遇到不懂的問題隨時(shí)提問。2)學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立性、自主性都較好，課后學(xué)習(xí)投入時(shí)間較多，主要用于消化筆記、完成作業(yè)和小組討論等。學(xué)生完成作業(yè)不是為了應(yīng)付老師，所以不存在抄作業(yè)的情況。2.4對(duì)東莞理工學(xué)院自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革的啟示。結(jié)合德累斯頓工業(yè)大學(xué)《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)模式的長處，對(duì)東莞理工學(xué)院該門課程教學(xué)改革提出以下建議:1)脫離固定教材對(duì)課堂教學(xué)的束縛。任課教師可以選擇指定教材作為教學(xué)內(nèi)容的支撐材料，但在課堂講授時(shí)，在保證基本知識(shí)點(diǎn)完全覆蓋的情況下，可以采用更靈活的知識(shí)點(diǎn)講授或組織方式，以使前后內(nèi)容的銜接關(guān)系更有邏輯性，從而讓學(xué)生能更好地理解消化。2)鼓勵(lì)教師采用自編講義輔以參考教材的形式向?qū)W生提供該課程的參考資料。自編講義建議任課教師結(jié)合課程理論內(nèi)容和地方產(chǎn)業(yè)特色設(shè)計(jì)具體的工程應(yīng)用案例。比如，制造業(yè)是東莞市的支柱和特色產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)中的各個(gè)環(huán)節(jié)都有自動(dòng)控制的應(yīng)用案例，例如:機(jī)械手臂的控制、無人小車的控制、工廠循環(huán)水溫度控制等。如果教師能把類似這樣的實(shí)際案例和課程理論內(nèi)容進(jìn)行深度結(jié)合則可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并增強(qiáng)學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的接受度。3)該課程理論部分有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，因此這部分內(nèi)容建議教師采用傳統(tǒng)的板書形式配合PPT進(jìn)行講授。單純依靠PPT講解的方式不利于課堂節(jié)奏的控制，推導(dǎo)過程若不能循序漸進(jìn)地呈現(xiàn)給學(xué)生，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。采用板書的形式與節(jié)奏可以根據(jù)學(xué)生的課堂反饋進(jìn)行調(diào)整，讓學(xué)生的思路可以與教師的思路保持同步，以形成比較好的課堂教學(xué)互動(dòng)，以增強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)的傳遞效果。4)為增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，建議教師增加課程過程考核環(huán)節(jié)，比如平時(shí)的小測試，這樣可以督促學(xué)生課后主動(dòng)復(fù)習(xí)。此外，教師還可以布置一些開放型的工程案例供學(xué)生課后完成，以配合課后作業(yè)，讓學(xué)生有更多運(yùn)用理論知識(shí)的實(shí)踐機(jī)會(huì)。5)建議引入助教制度。很多學(xué)生平時(shí)遇到不懂的問題不愿意主動(dòng)請(qǐng)教老師，若讓在校研究生作為課程助教則可以很大程度上減少本科生因存在對(duì)老師的敬畏和排斥心理而不愿意主動(dòng)問問題的情況。因?yàn)檠芯可c本科生均為在校學(xué)生且年齡相仿，基本沒有代溝隔閡，可以更有效溝通，所以遇到不懂的問題時(shí)，學(xué)生找自己的學(xué)長請(qǐng)教是一種更為可取的方式，同時(shí)此方式對(duì)研究生也是一種鍛煉和提高，既有助于研究生加深和鞏固本專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，也可以提高他們對(duì)所學(xué)知識(shí)的輸出能力。

3結(jié)語

《自動(dòng)控制原理》是自動(dòng)化專業(yè)中最為基礎(chǔ)和重要的課程之一，是溝通整個(gè)專業(yè)內(nèi)容體系中基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的橋梁。該門課程教學(xué)效果的優(yōu)劣直接影響到學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果以及個(gè)人知識(shí)體系的構(gòu)建。吸收和借鑒國外高校課程教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合東莞理工學(xué)院自身的特色進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和教學(xué)方法的改進(jìn)，有利于改善該課程的教學(xué)效果，同時(shí)也可為國內(nèi)其他高校進(jìn)行該門課程的教學(xué)改革提供參考。所提出的改進(jìn)建議主要包括以下兩點(diǎn):1)教學(xué)內(nèi)容的邏輯性。以提高學(xué)生知識(shí)接受度和掌握度為目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革，優(yōu)化課程理論內(nèi)容和前后之間的銜接，適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的遞進(jìn)特點(diǎn)，有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握。2)理論內(nèi)容與實(shí)際案例有機(jī)結(jié)合。通過設(shè)計(jì)與課程理論教學(xué)內(nèi)容和地方產(chǎn)業(yè)特色緊密聯(lián)系的具有實(shí)際工程應(yīng)用背景的教學(xué)案例，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課程參與熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

作者:趙洋 單位:東莞理工學(xué)院