应用型大学自动控制原理课程教学改革
Reform to the principle of automatic control in the application college
Liu Ping
Xiamen University， Zhangzhou， 363105， China
Abstract： For the problem about automatic control theory in the applied university's automation professional， it proposed solutions countermeasures， designed to improve students' interest in learning and applying theory to solve practical problems.
Key words： principles of automatic control； teaching reform； countermeasure
自动控制原理是自动化专业的主干课程，理论性强，涉及面广，是教与学难度都相对较大的一门课程。根据近几年的教学效果分析，自动化专业能灵活运用理论解决实际问题的学生仅有少部分；上课能听懂，课后会做题，但不知如何应用所学理论知识的学生占大多数；接近一半的学生对课程提不起兴趣，听课似懂非懂。笔者通过分析授课过程中存在的问题，提出几点建议，旨在提高学生的学习兴趣，培养其运用理论解决实际问题的能力。
1 存在的问题
1.1 两极分化严重
应用型大学的学生理论基础普遍不扎实，部分学生自我约束能力较差，易被社会上或校园里一些不正确的观念误导，学习处于被动状态，主动学习意识不强；一部分学生存在偏科现象，数学类课程尤为突出；还有一些学生易情绪化，由自己的喜好决定是否上课、听课。另外，由于部分学生无学习压力，放松对自己的要求。总之，各种原因导致课堂上学生听课效果两极分化，自动控制原理课程也不例外。
除上述原因导致学生听课效果不尽如人意外，自动控制原理课程特点也决定了一部分学生处于被动学习状态。自动控制原理内容涵盖了线性代数、工程数学、信号与系统等对数学要求较高的课程，整体学习难度较大，基础较差的学生可能跟不上教师授课的进度。另外，目前教师授课的内容主要是讲授教材上的理论，大部分学生没有实践经验，不明白这些理论知识的作用，因此对这门课的学习态度不端正。当然，每个班都有一些较为优秀的学生，虽然不排除一些学生是为考试而学习，但真正学习好的学生大多有人生规划，有参加实践的经历，如竞赛培训等。因此，排除学生个人原因外，造成自动控制原理课程课堂两极分化现象的还有一个重要原因，那就是其应用性不够。
1.2 对待作业的态度不够端正
一般的作业形式是给学生布置课后习题，而一道课后习题通常仅考查一个知识点，且几乎没有应用背景。课上不想听或没听懂的学生完不成课后习题，也没有将习题弄懂的动力，常常通过课后抄答案或同学作业的方式应付教师检查。部分课上能听懂的学生对完成课后习题也不十分感兴趣，提交的作业有些是经过认真思考的，有些则是抄袭的。整体而言，学生应进一步端正学习态度。
1.3 实验效果欠佳
自动控制原理课程共安排9次验证性实验，每次实验至少两人一组。根据近几年的实验情况分析，学生动手的积极性明显高于理论学习，但学生的兴趣只在于实验结果，对实验原理关注度不够，且多人一组，经常有学生处于“打酱油”的状态。因此，通过实验帮助学生加深理论知识理解的效果并不明显。究其原因，主要是学生依赖性较强，多人实验，有人做就好；实验箱设计的电路系统由若干个运放模块构成，没有具体的应用背景，学生只要按实验步骤进行就可顺利完成，没有任何成就感，也没有对系统组成原理深究的兴趣；实验箱完成的实验中，有的实验效果不明显，如波特图特性测试实验。总之，实验形式单一、多人实验等是造成实验效果差的主要原因。
2 思考及对策
2.1 小班授课
一般高校小班授课大多应用在口语类课程，但我校近期正在进行大教室改造，计划在未来几年内全面实施小班授课，这无疑对提高我校各学科的教学质量提供了强有力的保障。
大学生的学习状态明显不如高中生，其中一个原因是教师对学生的关注度不够。一旦全面实施小班教学，一个课程班20人左右，教师能和每位学生进行良好的互动，再加上我校实行教师坐班及每周六小时答疑制度，都将为增强师生之间的沟通起到很好的桥梁作用。
自动控制原理课程学习效果两极分化的问题，通过小班教学，教师与学生相互沟通，课后、课上有针对性地查缺补漏，能保证大部分学生跟上授课进度，缩小两极分化。
2.2 改革教学内容
对于应用型大学的学生，上课不能花太多的时间在理论证明上，因此，教师平常授课应尽量简化推导，同时还要进一步优化课程内容，上课多将理论与应用相结合，让学生第一时间感觉到所学理论有用，将来从事的工作可能用到这部分知识。
目前，我校自动化专业开设的自动控制原理课程为85学时，配套实验17学时，授课内容包括经典控制论和现代控制论，笔者建议应用型大学采用分开讲授的方式进行授课。针对授课学生的特点，每章的学时分配和侧重点与传统教学相比，应进行略微调整。笔者的做法是：现代控制论部分采用类似讲座的形式，花较少的学时对学生做概念普及；非线性部分仅局限在描述函数法和相平面法的使用，不做拓展；根轨迹法仅介绍其绘制方法及简单的分析方法，不做进一步校正处理；线性时域、频域的分析与校正，离散系统分析与校正作为课程的重点内容。课程的大致比例分布如图1和图2所示。在讲授三部分重点内容时，不仅要正确引导学生建立系统的概念，反馈、校正的思想，还要做好各种方法的横向和纵向比较，授课时要结合实例进行讲解，增强应用性。图3为连续系统时域分析与校正概述部分的授课流程，以炉温控制系统实例讲解控制理论中控制思想及各指标的意义，并将这个实例贯穿整个章节。 图1 自动控制原理知识点分布
图2 经典控制论知识点分布
图3 某堂课的授课流程
我校自动化专业学生在近几年的电子竞赛、智能车大赛、单片机比赛中均取得了非常不错的成绩，获智能车大赛全国特等奖一项，全国大学生电子竞赛二等奖一项，其他奖项多项，参加竞赛的学生已经积累了较丰富的实践经验，并具备了较深厚的理论基础。为此，笔者在平时授课时，会留出一些时间，请获奖的学生讲解竞赛中用到的自动控制理论知识。这样，通过学生讲述应用实例，能更有效地激发其他学生的学习兴趣。
2.3 改革作业形式
2.3.1 作业提交方式改革
课后习题作业以小组的形式提交，以每班20人为例，5人一组，轮流担任小组长，小组长负责提交本小组的作业，小组长成绩即代表本组成绩。通过责任意识的强化，端正学生对作业的认真态度，从而提高学习质量。
2.3.2 补充大作业
在学习连续系统的时域和频域分析与校正及离散系统的分析与校正之前，教师可以布置对应的大作业。大作业的总体思路是通过辅助工具的使用，掌握自动控制思想、自动控制理论的应用。例如：为强化自动控制思想，可以指导学生调试任何一个自动控制系统，可以布置一道电力电子课程中的BOOST升压控制系统，要求他们在一周内用仿真软件（如PSPISE）模拟，修改电路参数，通过观察输出数值掌握系统性能的变化，从而掌握看性能调参数的本领。如为强化自动控制理论的应用，可布置一道工作原理比较简单的水箱液位控制系统（如图4所示），要求学生两周内完成系统建模、MATLAB仿真、系统性能分析、PID控制器设计（系统校正）等。大作业仍以小组方式完成，各组代表上台展示，其他学生台下点评。通过以上形式，营造同学间竞争的氛围，更重要的是让大家明白自动控制理论的作用，提高学生的学习兴趣。
图4 上水箱液位控制系统
2.4 改革实验形式
在不增加现有资金投入和课时的情况下，要提高实验教学的有效性，一人一组独立完成是关键。在原有单一实验箱验证的基础上，引入MATLAB软件辅助设计及验证。由于实验箱采用的是运放电路，建模简单，在硬件实验的同时，建立MATLAB的SIMULINK仿真模型，无需花太多时间，因此不会给实验过程带来太大的压力；学生建立仿真模型的同时，就是理论知识学习的过程；仿真结果比模拟电路结果明显，容易准确验证相关理论。更重要的是引导学生使用MATLAB软件，培养他们借助有效工具解决问题的能力，从而使数学基础较差的学生能较快地进入学习状态，帮助他们提高自动控制原理学习的能力。
3 结束语
针对应用型大学学生自动控制原理课程教学中存在的一些问题，提出小班教学、改革教学内容、改革作业形式、改革实验形式等对策。在学校资金允许的情况下，可以建立自动控制原理理论学习平台、实验学习平台及实践平台，各平台彼此联系，调动学生的学习兴趣，培养学生的应用能力。
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