陳兆嶺?劉國海?楊年法

摘要：分析了“自動控制原理”課程的特點，指出了以“教師為中心”的單一教學(xué)模式和“課堂板書講授+驗證實驗”的傳統(tǒng)教學(xué)方法的缺點。為了提高教學(xué)質(zhì)量，課程組結(jié)合課程特點和現(xiàn)代教學(xué)手段，分別在教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)方法、作業(yè)、實驗、網(wǎng)絡(luò)資源、考核評價、教學(xué)研討等方面進行了改革與實踐，在教學(xué)實踐中取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：自動控制原理；計算機輔助教學(xué)；考核方式多元化

作者簡介：陳兆嶺（1967-），男，江蘇泰州人，江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，講師；劉國海（1964-），男，江蘇揚州人，江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，教授。（江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

基金項目：本文系江蘇省“十二五”高等學(xué)校重點專業(yè)建設(shè)（批準(zhǔn)號：蘇教高[2012]23號）、2011年江蘇大學(xué)校級教學(xué)改革與研究項目（重點）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0086-02

“自動控制原理”是一門理論性和工程實踐性都較強的專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課程不可缺少的先行基礎(chǔ)課，[1]江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院所有專業(yè)的學(xué)生都要學(xué)習(xí)這門課。為了提高教學(xué)質(zhì)量，課程教學(xué)組根據(jù)課程特點采用多種教學(xué)手段，對課程教學(xué)進行了全方位的改革實踐。

一、課程特點和教學(xué)改革的必要性

“自動控制原理”課程的特點是：內(nèi)容成熟豐富、涉及知識面廣、理論性強、比較抽象但又和工程實踐聯(lián)系緊密、可供使用的教學(xué)手段更新發(fā)展快，同時習(xí)題多、難度大，是具有一定深度和學(xué)習(xí)難度的課程，往往讓學(xué)生感到難學(xué)，教師感到難教。[2]教師在講授過程中也容易過分強調(diào)理論知識的數(shù)學(xué)推導(dǎo)而忽視工程應(yīng)用，使這門課類似數(shù)學(xué)課。[3]若教師對這門課程采用以“教師為中心”的單一教學(xué)模式，沿用傳統(tǒng)的“課堂板書講授+驗證實驗”的教學(xué)方法，則不利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握課程知識點，會導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣和主動性，從而無法達到良好的教學(xué)效果。[4，5]因此教師必須更新觀念，大力倡導(dǎo)積極主動的學(xué)習(xí)方式，充分應(yīng)用先進的現(xiàn)代教學(xué)手段，建立一套包括理論講授、計算機輔助教學(xué)、實踐教學(xué)、作業(yè)講解、網(wǎng)絡(luò)資源共享、評價體系和學(xué)術(shù)討論相結(jié)合的全方位的課程教學(xué)改革新體系，充分調(diào)動教師和學(xué)生的積極性，努力提高教學(xué)質(zhì)量。

二、全方位教學(xué)改革實踐

江蘇大學(xué)“自動控制原理”課程教學(xué)組經(jīng)過認真研究，本著“以學(xué)生為中心”、“厚基礎(chǔ)、重實踐、重能力”的指導(dǎo)思想，在省重點專業(yè)建設(shè)和校級教學(xué)改革與研究項目的資助下，對課程體系進行整體優(yōu)化，將多種教學(xué)手段并舉，實現(xiàn)了師生之間學(xué)習(xí)過程的雙向互動，取得了良好的教學(xué)效果。

1.精選教學(xué)內(nèi)容

為了解決“自動控制原理”課程內(nèi)容多、學(xué)時少的矛盾，教師必須根據(jù)教學(xué)大綱的培養(yǎng)目標(biāo)突出重點優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院各專業(yè)的學(xué)習(xí)需要，本課程組分別精選了90、75、60和45學(xué)時的課堂教學(xué)內(nèi)容。自動控制系統(tǒng)分析與設(shè)計的主要內(nèi)容和重點是研究系統(tǒng)的特性，即穩(wěn)定性、動態(tài)性能、靜態(tài)性能?！胺€(wěn)、快、準(zhǔn)”貫穿了時域分析、根軌跡分析和頻域分析的過程，教師在講課過程中又以工程上應(yīng)用廣泛的頻域分析為重點和難點，將基本概念、基本原理和基本方法講透，讓學(xué)生了解和學(xué)習(xí)“控制論”的思想方法。課程開始時就向?qū)W生推薦幾本國內(nèi)有影響的參考書，對于教學(xué)大綱中規(guī)定的了解內(nèi)容則略講，或讓學(xué)生課余自學(xué)，這樣不但培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和獨立思考解決問題的能力，也節(jié)省了課時。

教師也要注重介紹控制學(xué)科前沿的最新發(fā)展，使課程具有先進性和時代感。增加MATLAB軟件的應(yīng)用，減少講授系統(tǒng)根軌跡繪制、頻率特性繪制的內(nèi)容，而將重點放在應(yīng)用根軌跡法和頻域分析法進行工程分析與設(shè)計上，使學(xué)生掌握專業(yè)的知識與技能。

根據(jù)以上原則，課程組成員編寫的教材《自動控制原理》將于2013年由機械工業(yè)出版社正式出版發(fā)行。

2.課堂教學(xué)手段多樣化

課堂教學(xué)是教師講授和學(xué)生學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。為了增強授課效果，教師應(yīng)采用講授式、探究式、案例式、討論式和對比式等教學(xué)方法相結(jié)合，采用以多媒體課件為主、減少板書時間、增加Matlab軟件應(yīng)用內(nèi)容介紹、增加師生互動交流時間等教學(xué)手段。

課程組教師根據(jù)授課內(nèi)容的不同，將多種教學(xué)方法相結(jié)合，如緒論部分采用了講授式、案例式、對比式等方法介紹自動控制的定義、特點、實例、基本內(nèi)容和基本要求；采用探究式、討論式和對比式等方法分析時域法、根軌跡法和頻域法的區(qū)別與聯(lián)系、應(yīng)用范圍、優(yōu)缺點等。

由于課程理論性強、公式推導(dǎo)多，采用傳統(tǒng)的板書方式耗時費力，而采用多媒體課件教學(xué)，不但節(jié)省課時，而且圖文并茂，增加了信息量，提高了課堂教學(xué)效率。為了適應(yīng)學(xué)生的思維速度，在公式推導(dǎo)時，教師利用多媒體動畫一步步地給出演算過程，產(chǎn)生了和板書相同的效果。

教師引入基于Matlab的計算機輔助教學(xué)，避免了高次方程解根、高階系統(tǒng)性能指標(biāo)計算等煩瑣計算，可以把時域、根軌跡、頻域分析和校正系統(tǒng)的繪圖很快地在計算機上繪制出來，還可以方便地分析系統(tǒng)傳遞系數(shù)、開環(huán)零極點變化等對系統(tǒng)性能的影響。這不僅提高了課堂的教學(xué)效率，也使學(xué)生鞏固了所學(xué)知識，拓寬了思路， 提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)的興趣和熱情，同時為后續(xù)的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的分析和計算工作打下良好基礎(chǔ)。

采用的多媒體課件和引入的Matlab輔助教學(xué)節(jié)省了課時，增加了師生課堂互動交流的時間。教師在授課過程中可適當(dāng)?shù)亓粢恍夷睿瑔l(fā)學(xué)生思考后再進行講解，效果更好。如在講授奈氏穩(wěn)定判據(jù)時，拋出問題：當(dāng)有p個開環(huán)極點在s平面的右半部時，奈氏曲線會如何變化，奈氏穩(wěn)定判據(jù)應(yīng)用時應(yīng)作哪些修改。通過學(xué)生獨立思考、師生互動解決問題后，學(xué)生對奈氏穩(wěn)定判據(jù)的本質(zhì)理解更深刻，印象更清晰。

教師每講完一章應(yīng)歸納出本章知識點作為學(xué)生復(fù)習(xí)的重點，引導(dǎo)學(xué)生及時復(fù)習(xí)。

3.改革作業(yè)完成方法和實驗方式

課后及時做作業(yè)，有利于學(xué)生深入理解學(xué)習(xí)內(nèi)容、鞏固所學(xué)知識。教師課后布置一些概念性強的習(xí)題，要求學(xué)生閱讀參考書，利用Matlab指令或Simulink模塊進行仿真，這樣既拓展了學(xué)生的思維模式又能讓經(jīng)典的專業(yè)知識與時代發(fā)展相結(jié)合，使學(xué)生在掌握成熟的專業(yè)理論的同時理解本專業(yè)的性質(zhì)和實際應(yīng)用特點。

實驗方面采用驗證實驗和設(shè)計實驗相結(jié)合、仿真實驗和物理實驗相結(jié)合、課堂實驗和開放實驗相結(jié)合的方法。需要在課堂完成的驗證實驗有四個，同時學(xué)生也可自主設(shè)計實驗，學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識利用實驗室的設(shè)備自由設(shè)計實驗，以驗證所學(xué)的理論知識，充分發(fā)揮學(xué)生個體的能動性、創(chuàng)新性來自主設(shè)計一些自動控制系統(tǒng)。通過實驗，學(xué)生掌握了諸如實際溫控系統(tǒng)的組成、PID控制器的設(shè)計和調(diào)節(jié)，更好地將理論知識應(yīng)用到實際系統(tǒng)中。

課程組教師結(jié)合自身的科研課題，吸收部分學(xué)生實際參與；組織學(xué)生開展各種豐富多彩的課內(nèi)外科技活動，進行大學(xué)生電子設(shè)計制作培訓(xùn)；組織學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、?！靶枪獗笨萍甲髌反筚?、大學(xué)生科研立項等活動，學(xué)生每年都取得不俗成績。

4.網(wǎng)絡(luò)資源的建設(shè)和利用

江蘇大學(xué)開發(fā)了“自動控制原理”課程的網(wǎng)絡(luò)課堂，教師充分利用校園網(wǎng)絡(luò)資源進行網(wǎng)上輔助教學(xué)。網(wǎng)絡(luò)課堂系統(tǒng)主要分為三大模塊：資源中心模塊、教師管理模塊和學(xué)生自主學(xué)習(xí)模塊。課程教學(xué)大綱、教案概略、參考文獻目錄、網(wǎng)上提交作業(yè)、在線測試、實驗預(yù)約、師生互動、網(wǎng)絡(luò)課件、部分授課錄像等都已上網(wǎng)使用，并逐步充實和完善。學(xué)生可在網(wǎng)上下載所需學(xué)習(xí)資料用于課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)資源中心不斷更新充實國內(nèi)精品課程、學(xué)術(shù)期刊和相關(guān)技術(shù)資料等內(nèi)容，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了一個良好平臺。除此之外，該系統(tǒng)還包括隨機出題的習(xí)題庫子系統(tǒng)，學(xué)生可以隨時通過習(xí)題庫進行自我測驗，同時也有網(wǎng)上輔導(dǎo)體系，學(xué)生可以隨時與教師互動答疑。

5.考核評價方式多元化

江蘇大學(xué)“自動控制原理”課程改變期末一張考卷定成績的傳統(tǒng)做法，總評成績由平時成績和考試成績組成，平時成績占25%，考試成績占75%。平時成績主要考核上課出勤、課堂參與情況、作業(yè)成績、實驗成績。試卷命題要知識覆蓋面廣，分為基本要求部分和提高部分，前者約占試卷總分值的75%，主要考核學(xué)生掌握基本知識的程度，后者約占試卷總分值的25%，主要考核學(xué)生靈活運用所學(xué)知識的能力，難度與考研題接近。這樣做既考核了學(xué)生掌握基本知識的情況，又促進學(xué)生深入學(xué)習(xí)研究，保證了考核結(jié)果的區(qū)分度。

6.教改研討活動制度化

“自動控制原理”是學(xué)院的重點教學(xué)課程，學(xué)院成立了專門的課程教學(xué)小組，并持續(xù)吸收自動化系新教師加入。多年來，課程組堅持開展經(jīng)常性的、有計劃的教學(xué)研究活動，針對課堂教學(xué)中的重點、難點以及新問題開展專題討論，深化課程的教學(xué)改革，不斷地更新和完善教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方法。學(xué)校每年開展一次講課競賽，提高教師講課技能，積極申報省市和學(xué)校的教學(xué)改革項目，所涉及的內(nèi)容有：課程教學(xué)體系整體優(yōu)化、教學(xué)內(nèi)容與方法改革、課程群建設(shè)、雙語教學(xué)、教材建設(shè)、實驗室建設(shè)、多媒體教學(xué)研究與建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)等。學(xué)院鼓勵對外交流，鼓勵教師發(fā)表教學(xué)改革論文，派出課程組教師參加每兩年舉辦一屆的“全國自動化教育學(xué)術(shù)年會”，直接和兄弟院校交流教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)習(xí)先進的教學(xué)方法和手段，將“自動控制原理”課程的教學(xué)改革推向新的臺階。

三、教學(xué)效果

“自動控制原理”課程的全方位教學(xué)改革，取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)興趣濃厚、課程內(nèi)容充實、學(xué)習(xí)效率提高，考核總評成績提高，不及格率下降至7%以下。相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生在教師的研究課題中發(fā)揮較大的作用，每年參加的全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，都能取得幾項一等獎，對江蘇大學(xué)的電氣工程及其自動化專業(yè)（國家級特色專業(yè)）和自動化專業(yè)（江蘇省品牌特色專業(yè)）的建設(shè)起到了促進作用。

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）