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摘要：针对“自动控制原理”课程的特点，分别就该课程课前准备、课堂讲解、课外实践几个方面，多角度进行课堂教学改革探讨，以期提高学生学习兴趣，引起学生深入思考、探索，实现自我学习的目标。这些方法同样适用于具有类似特点的课程。
关键词：自动控制原理；多角度；课堂教学
作者简介：吴旖旎（1977-），女，四川成都人，成都理工大学核技术与自动化工程学院，讲师；吴建平（1954-），女，四川成都人，成都理工大学核技术与自动化工程学院，教授。（四川 成都 610059）
基金项目：本文系四川省高等教育“质量工程”项目测控技术与仪器专业综合改革子项目“传感器原理及应用精品课程建设”（项目编号：SZH1105JP03）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）13-0091-02
“自动控制原理”课程以其概念抽象，理论性强，涉及知识广为主要特点，很多学生望而生畏，授课教师也感到很难讲授或者难以引起学生的兴趣。本课程又是控制科学与工程学科中最主要的专业基础课，起着将基础知识运用于专业问题的桥梁与示范作用，具有重要的地位。因此，教育工作者做了大量的教学研究，出现了许多的研究成果。如，国防科学技术大学的沈辉采用“思维导图”进行研讨式教学，有助于培养学生的思维能力和创新能力；北京交通大学的王艳对该课程的教学模式、考试形式及实验等进行改革；北京林业大学的赵燕东将科研项目与教学相结合，以加深学生对控制系统的认识；许多教师把MATLAB引入本课程的课堂教学中，以帮助学生加深对抽象理论的理解，提高课堂效率。
笔者根据多年的教学实践，探索以多种方式进行课堂教学，提高学生学习兴趣，以期对“自动控制原理”课程的课堂教学进行改革。
“教”与“学”如果只是单向作用的开环系统，则陷入了“填鸭式”的方式，不能很好地完成“教学控制任务”。只有建立“教学闭环控制系统”，“教”作用于“学”，“学”反过来影响“教”，二者相互作用，才能起到很好的教学效果。传统的教学过程，教师进行缜密的备课准备，上课娓娓道来，以考试成绩检查教学效果，根本上忽略了“学”的主体——学生的真实情况：学生是真正理解了，进一步思考了，还是仅仅会做题而已？这是值得“教”的主体思考的问题。
一、课前开展帮助释放身心的活动，为新的课堂做好准备
大学的课程大多是一堂接着一堂，书本知识充斥着整个大脑，过度思考让他们几乎大脑充血。针对怎么帮助学生们释放上堂课程的内容，准备好接受新的知识，在教学中做了实践，并且收到了良好的效果。首先做一些身体运动，如身体打击乐，传递击掌等等，能帮助放松身体，加速血液循环，提高学生兴奋度。一些集体活动也能增进学生的协作能力，气氛活跃后再选择一些古老的诗词，个别朗诵，或者大家一起朗诵，如《礼记·大学》、《诗经·周颂·清庙》等，因为没有背诵的要求，也不会用考试来评价，所以学生会格外轻松，内心平静，同时能感受古文化的美，滋养身心，长此以往，能起到健全心智的作用。
开展活动都是在课间进行，不占用课堂时间，只需要10～15分钟，能让学生轻松进入新的课堂；学生也会对课前活动有期待而早早来到教室。
二、主线式讲解，全面掌握知识结构
以主线的形式讲解内容，能帮助学生很好地理解各个知识点之间的关系。例如“自动控制原理”课程的主线是：先建立系统的数学模型，然后用三种方法（时域分析、复域分析、频域分析）分析系统性能。系统性能主要是动态性能、稳态性能，分析性能的目的是根据系统设计要求提出的指标对系统的性能进行改善。
把整个课程的主线交代清楚后，学生在学习具体的内容时，能提前了解所学内容在整个课程中的地位，前后知识之间的关系。同样，在每章学习之前帮助学生整理该章的主线，学习完一章，再按照主线进行回顾，就像人的脊梁一样，脊梁直了，人才能挺立。
三、引入MATLAB软件仿真，丰富教学内容
MATLAB软件集数值计算、矩阵运算、动态仿真和图形处理等强大功能于一体，已经成为诸多课程的基本数学工具。授课过程中通过将MATLAB仿真与多媒体课件有机结合，实现教学的图形化和交互化，不仅使教学更为生动、形象，从而激发学生的学习兴趣，加深学生对抽象理论知识的理解，而且可以使学生获得一定的工程实践知识，增强学生分析问题的能力。
例如对控制系统进行时域分析，其思路是分析在典型输入信号作用下，系统在时间域的响应（包括暂态响应和稳态响应）。具体的做法是：已知系统的数学模型，在典型输入信号（一般为阶跃信号）作用下，求出系统输出的拉氏变换，再通过求解拉氏逆变换得出解析表达式，进而绘制响应曲线，求得对应的暂态指标和稳态指标。显然，该过程需要很多很复杂的数学推导，并且往往伴有大量的计算。如果将大量的时间用在计算和推导过程中，教学过程显得主次不清，而且有时候繁琐的运算会使学生感到枯燥，容易分神，甚至把太多注意力集中到运算上，从而忽略了对方法本身的理解。考虑到MATLAB强大的计算能力和绘图能力，可以直接用来辅助课堂教学，改善教学效果。
四、先做实验再课堂讲解
传统教学中一般是先在课堂上讲解，然后做实验来帮助学生理解课堂知识，实际效果是学生没有理解，在做实验时只是得到结果，很难引起深入的思考。现在反过来，先假设结论成立，应用结论来解决问题，这样，学生们会很想知道结论的来历，然后就会主动去查书，网上查找资料。先行思考后，在课堂上想了解自己的理解与老师的理解是否有不同，或者存在不理解的地方，在课堂上更多的是答疑和讨论，做到“真正的学习在课下”。比如在讲解Nyquist稳定判据时，先假设公式（1）成立：
（1）
其中z为闭环传递函数正实部极点数，p为开环传递函数正实部极点数，R为闭合曲线不穿过（-1，j0）点且逆时针包围（-1，j0）点的圈数。根据系统稳定的充要条件：闭环特征根均具有负实部。所以当z=0，可以判断系统稳定，否则系统不稳定。在课前安排MATLAB仿真实验课，应用该结论来判断系统稳定性，学生们先是依葫芦画瓢做实验的内容，慢慢开始查书或者利用网络来理解该判据，也有同学之间相互讨论，或请教老师，比起先学课本知识再做实验，他们更有探讨的热情，通过自学来解决问题，更有成就感。
这种方法也可以扩展为在教学之初提供一些应用本课程知识能实现的题目，贯穿整个学习过程，例如：温度控制系统、水位控制系统等一些装置的设计。学生分小组自选题目，也可以自拟题目，通过查找资料，讨论，动手实现，与课程同步进行。这种方式也可以看成是课前预习，边学习理论，边应用于实践，课程结束后，实现的成品就是很好的作业，平时课后作业可以减少，这样不会使学生们陷入无尽的作业之中，又不至于课后少了练习。
五、结束语
本文对“自动控制原理”课程的课堂教学改革进行了探讨，实际上这些方法同样适用于具有理论性强、难度比较大的特点的课程，提高学生的学习兴趣，发挥学生在学习过程中的主观能动性。
不同的老师有不同的教学方法，不同的课程需要具体分析实施，所以没有完美的教学方法，也没有适用于所有课程、所有对象的方法，唯有能提高学生学习兴趣，引发学生思考，达到自我学习目的的方法才是真正有效的方式方法。
参考文献：
[1]胡寿松.自动控制原理[M].第五版.北京：科学出版社，2008.
[2]沈辉.采用思维导图进行“自动控制原理”的研讨式教学[J].电气电子教学学报，2012，34（1）：93-95.
[3]王艳.“自动控制原理”教学方式考试形式与实验的改革[J].电气电子教学学报，2004，26（4）：105-107.
[4]赵燕东.探讨科研工作在自动控制原理教学中发挥的作用[J].中国现代教育装备，2009，81（11）：156-157.
（责任编辑：刘辉）
关键词：自动控制原理；多角度；课堂教学
作者简介：吴旖旎（1977-），女，四川成都人，成都理工大学核技术与自动化工程学院，讲师；吴建平（1954-），女，四川成都人，成都理工大学核技术与自动化工程学院，教授。（四川 成都 610059）
基金项目：本文系四川省高等教育“质量工程”项目测控技术与仪器专业综合改革子项目“传感器原理及应用精品课程建设”（项目编号：SZH1105JP03）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）13-0091-02
“自动控制原理”课程以其概念抽象，理论性强，涉及知识广为主要特点，很多学生望而生畏，授课教师也感到很难讲授或者难以引起学生的兴趣。本课程又是控制科学与工程学科中最主要的专业基础课，起着将基础知识运用于专业问题的桥梁与示范作用，具有重要的地位。因此，教育工作者做了大量的教学研究，出现了许多的研究成果。如，国防科学技术大学的沈辉采用“思维导图”进行研讨式教学，有助于培养学生的思维能力和创新能力；北京交通大学的王艳对该课程的教学模式、考试形式及实验等进行改革；北京林业大学的赵燕东将科研项目与教学相结合，以加深学生对控制系统的认识；许多教师把MATLAB引入本课程的课堂教学中，以帮助学生加深对抽象理论的理解，提高课堂效率。
笔者根据多年的教学实践，探索以多种方式进行课堂教学，提高学生学习兴趣，以期对“自动控制原理”课程的课堂教学进行改革。
“教”与“学”如果只是单向作用的开环系统，则陷入了“填鸭式”的方式，不能很好地完成“教学控制任务”。只有建立“教学闭环控制系统”，“教”作用于“学”，“学”反过来影响“教”，二者相互作用，才能起到很好的教学效果。传统的教学过程，教师进行缜密的备课准备，上课娓娓道来，以考试成绩检查教学效果，根本上忽略了“学”的主体——学生的真实情况：学生是真正理解了，进一步思考了，还是仅仅会做题而已？这是值得“教”的主体思考的问题。
一、课前开展帮助释放身心的活动，为新的课堂做好准备
大学的课程大多是一堂接着一堂，书本知识充斥着整个大脑，过度思考让他们几乎大脑充血。针对怎么帮助学生们释放上堂课程的内容，准备好接受新的知识，在教学中做了实践，并且收到了良好的效果。首先做一些身体运动，如身体打击乐，传递击掌等等，能帮助放松身体，加速血液循环，提高学生兴奋度。一些集体活动也能增进学生的协作能力，气氛活跃后再选择一些古老的诗词，个别朗诵，或者大家一起朗诵，如《礼记·大学》、《诗经·周颂·清庙》等，因为没有背诵的要求，也不会用考试来评价，所以学生会格外轻松，内心平静，同时能感受古文化的美，滋养身心，长此以往，能起到健全心智的作用。
开展活动都是在课间进行，不占用课堂时间，只需要10～15分钟，能让学生轻松进入新的课堂；学生也会对课前活动有期待而早早来到教室。
二、主线式讲解，全面掌握知识结构
以主线的形式讲解内容，能帮助学生很好地理解各个知识点之间的关系。例如“自动控制原理”课程的主线是：先建立系统的数学模型，然后用三种方法（时域分析、复域分析、频域分析）分析系统性能。系统性能主要是动态性能、稳态性能，分析性能的目的是根据系统设计要求提出的指标对系统的性能进行改善。
把整个课程的主线交代清楚后，学生在学习具体的内容时，能提前了解所学内容在整个课程中的地位，前后知识之间的关系。同样，在每章学习之前帮助学生整理该章的主线，学习完一章，再按照主线进行回顾，就像人的脊梁一样，脊梁直了，人才能挺立。
三、引入MATLAB软件仿真，丰富教学内容
MATLAB软件集数值计算、矩阵运算、动态仿真和图形处理等强大功能于一体，已经成为诸多课程的基本数学工具。授课过程中通过将MATLAB仿真与多媒体课件有机结合，实现教学的图形化和交互化，不仅使教学更为生动、形象，从而激发学生的学习兴趣，加深学生对抽象理论知识的理解，而且可以使学生获得一定的工程实践知识，增强学生分析问题的能力。
例如对控制系统进行时域分析，其思路是分析在典型输入信号作用下，系统在时间域的响应（包括暂态响应和稳态响应）。具体的做法是：已知系统的数学模型，在典型输入信号（一般为阶跃信号）作用下，求出系统输出的拉氏变换，再通过求解拉氏逆变换得出解析表达式，进而绘制响应曲线，求得对应的暂态指标和稳态指标。显然，该过程需要很多很复杂的数学推导，并且往往伴有大量的计算。如果将大量的时间用在计算和推导过程中，教学过程显得主次不清，而且有时候繁琐的运算会使学生感到枯燥，容易分神，甚至把太多注意力集中到运算上，从而忽略了对方法本身的理解。考虑到MATLAB强大的计算能力和绘图能力，可以直接用来辅助课堂教学，改善教学效果。
四、先做实验再课堂讲解
传统教学中一般是先在课堂上讲解，然后做实验来帮助学生理解课堂知识，实际效果是学生没有理解，在做实验时只是得到结果，很难引起深入的思考。现在反过来，先假设结论成立，应用结论来解决问题，这样，学生们会很想知道结论的来历，然后就会主动去查书，网上查找资料。先行思考后，在课堂上想了解自己的理解与老师的理解是否有不同，或者存在不理解的地方，在课堂上更多的是答疑和讨论，做到“真正的学习在课下”。比如在讲解Nyquist稳定判据时，先假设公式（1）成立：
（1）
其中z为闭环传递函数正实部极点数，p为开环传递函数正实部极点数，R为闭合曲线不穿过（-1，j0）点且逆时针包围（-1，j0）点的圈数。根据系统稳定的充要条件：闭环特征根均具有负实部。所以当z=0，可以判断系统稳定，否则系统不稳定。在课前安排MATLAB仿真实验课，应用该结论来判断系统稳定性，学生们先是依葫芦画瓢做实验的内容，慢慢开始查书或者利用网络来理解该判据，也有同学之间相互讨论，或请教老师，比起先学课本知识再做实验，他们更有探讨的热情，通过自学来解决问题，更有成就感。
这种方法也可以扩展为在教学之初提供一些应用本课程知识能实现的题目，贯穿整个学习过程，例如：温度控制系统、水位控制系统等一些装置的设计。学生分小组自选题目，也可以自拟题目，通过查找资料，讨论，动手实现，与课程同步进行。这种方式也可以看成是课前预习，边学习理论，边应用于实践，课程结束后，实现的成品就是很好的作业，平时课后作业可以减少，这样不会使学生们陷入无尽的作业之中，又不至于课后少了练习。
五、结束语
本文对“自动控制原理”课程的课堂教学改革进行了探讨，实际上这些方法同样适用于具有理论性强、难度比较大的特点的课程，提高学生的学习兴趣，发挥学生在学习过程中的主观能动性。
不同的老师有不同的教学方法，不同的课程需要具体分析实施，所以没有完美的教学方法，也没有适用于所有课程、所有对象的方法，唯有能提高学生学习兴趣，引发学生思考，达到自我学习目的的方法才是真正有效的方式方法。
参考文献：
[1]胡寿松.自动控制原理[M].第五版.北京：科学出版社，2008.
[2]沈辉.采用思维导图进行“自动控制原理”的研讨式教学[J].电气电子教学学报，2012，34（1）：93-95.
[3]王艳.“自动控制原理”教学方式考试形式与实验的改革[J].电气电子教学学报，2004，26（4）：105-107.
[4]赵燕东.探讨科研工作在自动控制原理教学中发挥的作用[J].中国现代教育装备，2009，81（11）：156-157.
（责任编辑：刘辉）