自动控制原理线下课程教学方法的探索

卢宇 申远 朱春丽

摘要：提高自动控制原理线下课程的教学效果，对专业人才培养、人才深造有着重要意义。在分析了当前本课程线下教学现状的基础上，通过对课程线下课堂教学改革，突出教学的工程背景。通过建立网络教学平台，加强课前预习与课后复习、线上线下教学指导等手段，提升了教学效果。使学生能够在理论知识和应用能力上得到进一步提升，为培养优秀的电气工程人才奠定基础。

关键词： 教学方法;线下课程;自动控制原理

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）17-0120-02

1  引 言

自动控制技术在制造业、农业、交通等行业有着广泛的应用，提高了劳动生产率和人民生活水平。随着高等教育的普及与发展，如何使得教学方法更有效、科学受到越来越多的关注。传统课堂教学手段已经无法满足电气类专业发展对课程内容的要求。自动控制原理课程是合肥师范学院电气工程及其自动化本科专业的专业核心课程，其内容主要包括自动控制的基本原理、控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法和控制系统的校正方法等。该课程理论性强的同时与工程实践的结合也十分紧密[1]。学生不仅要掌握一定的控制理论知识，更重要的是要掌握控制理论应用。因此，提高自动控制原理课程的教学质量和教学效果，使用多种线下、线上教学手段，使学生掌握本课程的主要知识内容，对学生提高控制学科的素养和继续深造有着重要意义。

2 课程开展现状

2.1 课时量少

根据合肥师范学院电气工程及其自动化专业特点，本课程理论讲授 48个课时，实验 16个课时。理论课教材选用胡寿松教授的《自动控制原理》一书，实验课主要用于验证理论课的重要知识点，起到辅助理解作用。自动控制原理教学内容众多，由于受到课时的影响，课堂上只能讲授基本的主要内容，包括基本理论及公式的推导等。学生没有足够的时间通过课堂学习掌握更全面的控制理论[2]。

学生在课堂上注意力不集中，导致课堂学习的知识点内容无法衔接、难以理解，学习兴趣越来越差。教师在了解学生对知识点的掌握情况后，往往需要将有些重点内容再次强调，更是占用预定的课堂教学时间。

2.2 教学方法单一

作为一门理论课，自动控制原理课程长期以来的教学以板书和PPT为主。教师授课讲述时间长，使学生难以保持长时间注意力，不能抓住知识重点，对课程渐渐失去兴趣。由于注重讲授，课堂上留给学生自主思考和学习的时间少，学生被动学习，更不能将各知识点融会贯通。

2.3 课程理论性强

学生在学习时频域分析等知识过程中需要用到高等数学、复变函数、信号处理、高等物理、电路原理等基础知识。在理论验证过程中对编程、绘图等方面的能力同样有较高要求。以上知识要求对不少学生存在较大困难，甚至还需要再次学习，增大了本课程的学习难度。总之，由于知识理论性强，对数学要求高、涉及范围广，在学习过程中学生容易碰到困难，从而使得学生学习积极性大受打击。

2.4 学生课后自主学习不足

作为对本科生授课，教师一般很少利用课堂时间对已授内容全面复习总结，学生必须花费不少于课堂教学的时长用来复习。自动控制原理课程对数学要求高、逻辑性强，学生只有认真钻研课本内容才能理解知识点的精髓。通过分析、理解、记忆才能由感性认识到理性认识，掌握控制规律。自主学习是大学生有别于中学生的主要区别，但是学生在课后往往仅完成作业，不关注对课本内容全面系统地复习。同时存在作业抄袭、期末突击复习等现象。突击复习只能短时间内记住部分零散的知识点，既不全面也不深刻，更不能说理解，大大降低了学习效果，使得学生在考研复习时需要重新学习自动控制原理，加大了考研难度。

3 课程教学改革具体实施过程

自动控制原理课程作为合肥师范学院一门精品线下开放课程，其建设对学院教学质量与教学改革具有重要作用。学校从政策、经费等各方面对各级“精品线下开放课程”建设给予大力支持，鼓励参与教师与其他高等院校进行教学方法交流，邀请其他高校富有经验的教授来做教学讲座。为了与实践教学相配合，学校还对精品线下开放课程实践教学场地及相关设备加大投入。在教学改革方面，不断推动教学内容、教学方法、网络教学方法等方面的改革。在学校的政策指导下，针对课程开展中的问题，笔者在教学方面采取了以下几点尝试。

3.1 课堂教学方式的改革

在教学中，自動控制原理作为一门理论和应用并重的课程，在学习过程中需要理解公式含义，了解公式推导过程，掌握实际工程应用。上述三种层次的学习深度决定了课堂教学的内容和范围，弱化公式推导有利于学生在有限的时间内更好掌握公式的应用。

学生课堂上所学的知识点需要自我消化，因此课堂讨论非常有必要。在原有课时不变的情况下，可以将一堂课中2/3的课堂时间分配给教师进行理论和工程实践的讲授，另外1/3的时间分配给学生以讨论的形式进行交互式学习[3]。教师讲授完本节的重要知识点和相关应用实例后提出问题，让学生通过小组讨论、举例的方式自主学习。学生对知识点进行讨论，在讨论中不断提升对知识点进行理解。学生还可以自己列举出遇到的应用实例，这样不仅加深了对知识点的理解，还促使学生课后复习，巩固已学知识点。通过讨论，学生可以将已学习的知识点融会贯通，在讨论过程中不断与教师交流互动，更深刻地理解知识点，更主动地学习。同时讨论还促使学生课前预习、查找应用实例。这种课堂讨论相比在教学网站上发帖讨论的效率更高、信息量更大。

3.2 网络教学手段

在学校建立的教学网站上，通过该网站提供给学生自动控制原理课程完整的教学资料，包括课程介绍、课程公告、教学大纲、课件、视频、参考资料、讨论、测试、作业等[4]。其中主要教学资料是相关知识点讲解的视频，这部分视频充分利用国家级精品课程、省级精品课程资源。视频资源不力求完整讲述自动控制原理的教学内容，仅以知识点为主。避免了学生课下漫无目的花费大量时间去看视频，而专注于重点、难点知识的学习。除了知识点视频，还增加了应用实例视频，使学生加深对知识点的理解，使课程的学习不再枯燥乏味。教师根据学生的课堂学习情况、课后答疑情况等挑选适当的测试和作业，适当增加知识点扩展资料，帮助学生进一步加深已学知识点的巩固。

3.3 加强课后自主学习能力的培养

授课时需要向学生强调课后及时复习的重要性，并且以课堂提问或作业的方式检查学生的复习效果。增大对课后复习的考核比重，作为学生平时成绩的重要部分。同样，学习过程中预习也是非常有必要的，教师在网站上给出需要预习的内容要点，让学生有的放矢地预习。通过对预习视频播放量和预习资料查阅量的统计，教师可以清楚地了解学生的预习情况，督促未预习的学生认真预习。

3.4 线上线下教学指导

除课堂教学与网络平台教学外，本课程开通了线上线下教学指导。其中线下教学指导主要安排在每周固定时间和地点，时长1～2个课时。对学生课后疑问，作业、测试中遇到的问题进行指导。但是这种指导并不是对所有学生问题都答疑，而是对学生的问题有条件地回答。条件是学生已经对疑问有所了解，在课本或其他参考资料中查询过该问题。只有这样才能提高学生自学能力，避免“学而不思则罔”的情况发生，使学生对知识点的认识更加深刻。线上答疑即依靠网络平台，学生将问题在网络论坛中提出并讨论。引发学生的相互讨论，在讨论中加深对问题的理解。线上论坛的优点在于学生可以有充裕的时间查找资料等，对问题的思考更加充分。教师也可以通过学生对问题的讨论发现学生对知识点掌握情况的不足，发现教学中的薄弱环节，对教学内容和方式进行修改完善，从而更有效地教学，形成教学质量不断改进的闭环系统。

3.5实践能力的培养

实验课程在自动控制原理教学中起着重要作用。计算机仿真技术——如MatLab/Simulink软件的迅速发展，为实验课程提供了良好的软件平台，已成为工程技术人员必须掌握的一门重要编程语言。MatLab/Simulink软件具有強大的系统仿真能力，并作为辅助分析和研究，可用以解决各种控制工程中的实际问题。实验课程主要为理论课程提供理论验证、动手能力培养等。笔者安排的实验课程主要有二阶系统时域响应、根轨迹、线性系统频域响应、串联校正等。每个实验中首先要求学生搭建实验模型，在此基础上通过修改参数、增加环节等方式得到不同的输入输出关系，加深学生对知识点的理解。例如，在二阶系统时域响应实验中，学生可以通过MatLab编程方式和Simulink交互界面仿真两种方式构建一个二阶系统。通过给定的阶跃输入得到阶跃响应，学生可以直观感受二阶系统的工作特性。通过修改二阶系统的参数，得到不同的阶跃响应，学生可以学习到不同参数对系统输出的影响这一知识点。除了要求完成的实验外，学生还可以设计自己感兴趣的实验内容，从而提升学生面对工程应用和实践的能力。

3.6 思政教育

在课程思政方面，需要科学合理地增加思政教育点。自动控制原理是研究自动控制技术的基础理论课，讲述了控制的基本思想、系统分析等内容。而控制理论不仅在工程科学中广泛使用，在人文科学领域也有着重要的应用。控制理念还蕴含着深刻的哲学思想。例如管理学科中提到的控制，则是一种更宏观的控制概念。学生除了理解工程中的控制概念外，还可以将这一概念扩展，深入哲学思想、学习方法中去。例如在教授学生控制的反馈理论时，可以与平时的学习相联系。又以我国控制学科的主要创始人、著名科学家钱学森先生为例，说明如何将控制理论运用到两弹一星的伟大事业中[5]。学生通过课堂学习获得知识点，经过课后复习、作业、测试来验证所学的知识点的掌握情况，发现还未掌握的知识点，再补齐。通过不断的学习、验证、补充来完成各个知识点的学习。

4 总结

自动控制原理课程涉及的知识面广、理论性强、教学难度大。通过上述教学方法的改革， 提高了学生知识能力素质，使学生能在一定程度上具有解决复杂问题的综合能力和高级思维水平，具有重要意义。

参考文献：

[1] 张伟.工程教育专业认证背景下自动控制原理课程改革探索[J].中国现代教育装备，2021（11）：97-99.

[2] 朱春丽，刘栋材，申远.工程制图课程的教学改革探索[J].合肥师范学院学报，2019，37（3）：77-79.

[3] 张学新.对分课堂：大学课堂教学改革的新探索[J].复旦教育论坛，2014，12（5）：5-10.

[4] 初红霞，王希凤，谢忠玉，等.混合式教学模式在自动控制原理教学中的实践研究[J].中国现代教育装备，2021（11）：47-50.

[5] 杜辉，王梅，缑亚楠.自动控制原理课程的思政设计与研究——以化工机械专业为例[J].广东化工，2021，48（12）：280-281，285.

收稿日期：2022-02-10

基金项目：安徽省高等学校省级质量工程项目（2020kfkc439）

作者简介：卢宇（1979—）， 男，安徽合肥人，就职于合肥师范学院，讲师，合肥工业大学博士，研究方向：机器视觉、光电检测技术。