应用型本科“自动控制原理”教学模式改革探索＊

贾朱植，祝洪宇，李艳杰



应用型本科“自动控制原理”教学模式改革探索＊

贾朱植1，祝洪宇2，李艳杰1

（1.辽宁科技大学 应用技术学院，辽宁 鞍山 114051；2.辽宁科技大学 电子与信息工程学院，辽宁 鞍山 114051）

“自动控制原理”是电气工程及其自动化等电类相关专业的一门重要专业基础课，在电类相关专业的课程体系中占有非常重要的地位。针对应用型本科的人才培养特点以及长期以来该课程教学中存在的缺点和不足，从教学内容、教学方式、课程考核体系三个方面来探索应用型本科教学过程中该门课程的教学模式改革方案，切实、有效地提高学生分析问题、解决问题的综合实践能力。

自动控制原理；教学模式改革；实践教学；教学效果

1 引言

当前我国正处于由制造业大国向制造业强国转变的关键历史时期，需要大量高素质的应用型人才[1]，而应用型本科教育是以培养高素质的应用型人才为目标，正契合了时代发展对应用型人才的大量需求。

“自动控制原理”是电气工程及其自动化等电类相关专业一门重要的专业基础课，该课程是后续专业课程的基础，因此在电类相关专业的课程体系中占有非常重要的位置[2]。为此，我们在完成我校教学改革项目“电气工程及其自动化专业转型发展建设研究与实践”的过程中，对“自动控制原理”课程的教学内容、教学方式进行了改革与探索，提高了学生的学习积极性以及分析问题、解决问题的能力。

2 “自动控制原理”课程的特点及教学中存在的问题

“自动控制原理”是电类相关专业一门重要的专业基础课，承担着为后续专业课打基础的重要责任。通过该课程的学习，要使学生掌握经典控制理论的基本概念、基本原理与基本分析方法，培养学生设计和分析自动控制系统的能力。但是，该课程具有理论性强、概念抽象、与数学联系紧密、理论和实践联系紧密等特点，因此，长期以来，该课程的教学普遍具有偏重理论性、理论与实际相脱节、教学方法单一等问题[3-5]。而“应用型本科”是对新型的本科教育和新层次的高职教育相结合的教育模式的探索，强调对学生应用能力的培养和提升。因此，本文主要针对应用型本科人才培养的要求，对“自动控制原理”课程的教学模式进行改革与探索。

3 教学内容的改革

“自动控制原理”是一门理论性强、概念抽象、数学计算复杂的课程，而应用型本科强调对学生应用能力的培养，因此在教学内容的安排方面，要针对应用型本科的培养目标作出调整，具体如下。

精选课程内容，合理优化课程结构。课程以连续线性定常系统的数学模型、时域分析法和频域分析法三部分内容为主，适当讲授根轨迹法和控制系统的校正两部分。这样优化课程结构，可以减轻学生的学习负担，并为后续课程以及系统的综合设计提供必要的理论基础。

减少理论推导，降低理论难度。对于繁杂的数学公式推导过程以及理论上较难掌握的部分，只给出公式或结论，如系统闭环频率特性等内容。对于工程应用中涉及较少的内容可以省略，如复杂的动态结构图的化简。

与实际联系，增加实践环节。增加工程实践中应用的例子，将枯燥的理论知识与实际联系起来，激发学生的学习兴趣。增加实践教学环节，不仅有助于学生对理论知识的理解，而且能够提高学生的实践动手能力、系统分析能力以及创新思维。适当增加习题课，以提高学生的计算及解题能力。

4 教学方式的改革

传统的“自动控制原理”课程的教学方法为单一的教师讲授加板书的填鸭式教学模式，这种教学方法陈旧、呆板、没有活力，不利于激发学生的学习兴趣，针对以上课程教学过程中存在的问题，我们主要进行以下几种教学方式的改革探索。

4.1 在理论课上增加演示实验

在“自动控制原理”课程的教学过程中，有大量的系统特性分析和图形绘制，如果教师单纯采用板书讲解和绘制，既浪费时间又很难提高图形绘制的精确度，因此，在讲授理论课的同时，采用MATLAB仿真软件进行系统计算、分析和演示，把抽象的数字变化转化为形象的波形变化，并且提高了图形绘制的速度和精确度。这样能够帮助学生更好地掌握一些难于理解的概念或理论分析过程。例如在讲授二阶系统时域响应时，采用MATLAB仿真软件演示各种输入条件下的系统输出曲线以及调整系统参数时输出曲线的变化，既形象又准确，使学生印象深刻。

4.2 采用启发式教学

传统的教学是以教师为主、学生为辅的填鸭式教学，教师占据课堂的主动性，而学生一直在被动地接受知识，不能完全参与到课堂学习中来，学生的学习积极性和主动性受到严重的遏制。采用教师引导下的启发式教学方式，通过教师引导、自主学习、发现问题、积极讨论、得出结论等学习过程，可以使学生积极主动地参与到课堂学习和讨论中来。例如在讲授典型环节的频率特性时，教师可以先讲授比例环节、惯性环节的频率特性，然后引导学生用相同的方法来分析积分环节和微分环节的频率特性，再启发学生自主学习、讨论振荡环节和时滞环节的频率特性，通过这一过程的学习，学生不仅能掌握各典型环节的频率特性，而且能够熟练掌握开环幅相频率特性，并绘制出开环对数频率特性，达到事半功倍的效果。

4.3 增加实践教学环节

传统的“自动控制原理”课程理论性较强，因此教学中往往只注重系统的理论分析，而忽视了与该课程相关的实践教学环节。实践教学环节是理论教学环节的有益补充，使所学理论在实践中得到验证或应用，能够提高学生的学习兴趣。实践教学环节主要采用MATLAB/ SIMULINK仿真软件进行计算机辅助分析和设计。实践教学环节可以通过以下几个方面来实现。

4.3.1 实验部分

由于实验课时间有限，可以安排以验证为主的实验内容。比如线性系统的时域分析，可以通过调整各个参数来验证其对系统各项性能指标的影响。通过实验的安排，不仅能够提高学生学习的主观能动性，而且提高了学生分析问题的能力。

4.3.2 毕业设计部分

由于毕业设计时间比较集中且时间较长，因此可以安排综合性的实验内容。比如控制系统的校正，要求学生自主设计校正装置，并计算校正后系统的相关参数，对比分析校正前后系统的性能。毕业设计是综合性的实践能力训练，能够综合提高学生查找问题、发现问题、分析问题以及解决问题的能力，并且加深学生对“自动控制原理”这门课程的认识与理解。

4.3.3 项目教学部分

这部分是为能力较强的学生安排的具有一定难度的综合性实验内容。指导教师可以选拔一些有能力又喜欢这门课程的学生，以小组为单位进行项目式教学以及开放式指导，要求学生自主设计系统，完成设计说明书，上交设计作品并进行口头答辩。项目式教学能够使学生掌握自动控制基本理论在工程实际中的应用。

5 课程考核体系的改革

以往的“自动控制原理”课程的考核包括期末考试（70%）和平时成绩（30%）两项，平时成绩包括上课出席情况（10%）、课堂表现（10%）、作业完成情况（10%）等。新的课程考核体系将实验成绩纳入平时成绩，即期末考试占70%，作业、出勤等平时表现占20%，实验成绩占10%.实验成绩又包括实验操作（5%）、实验报告（5%）两部分。新的考核体系比传统考核体系更全面地反映了学生的学习情况。

6 结语

结合应用型本科人才培养的特点，针对 “自动控制原理”这门传统的理论性较强的课程进行教学模式的改革，使教学不再空谈理论，增加了实践教学环节，融入了新的教学方法、更全面的考核体系以及先进的科学技术。这样不仅能够减小学生对这门课程的恐惧感，提高学生的学习兴趣和积极性，而且能够切实有效地提高学生的分析问题、解决问题的综合实践能力。

［1］李艳杰，贾朱植.应用型本科“电路原理”课程考试改革与时间探索［J］.科技与创新，2019（1）：134-135.

［2］吴莹.“自动控制原理”课程教学方法的改革与实践［J］.产业与科技论坛，2017（3）：155-156.

［3］王艳芹，崔峰，李瑞英.自动控制原理课程教学改革探索［J］.中国电力教育，2104（2）：95-96.

［4］孙建平，郭曼利.自动控制原理课程设计的改革与实践［J］.中国现代教育装备，2015（9）：67-70.

［5］蔡林沁，虞继敏，岑明.自动控制原理实践教学方法改革［C］//International Conference on Educationand Teaching，2013.

贾朱植（1978—），女，辽宁鞍山人，博士，副教授，研究方向为控制理论与控制工程。

辽宁科技大学教学改革研究项目（编号：XJGZD201704）

2095－6835（2019）07－0096－02

G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.096

〔编辑：王霞〕