段納1. 王世進(jìn)2.1.江蘇師范大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院； 2.江蘇師范大學(xué)商學(xué)院

自動(dòng)控制原理課程探究式教學(xué)方法研究

段納1. 王世進(jìn)2.1.江蘇師范大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院； 2.江蘇師范大學(xué)商學(xué)院

本文針對(duì)自動(dòng)控制原理課程教學(xué)進(jìn)行探討。分析傳統(tǒng)教學(xué)中的問(wèn)題及新工科背景下的要求，給出自動(dòng)控制原理探究式教學(xué)方法的具體思路，并提供行之有效的操作步驟。通過(guò)課堂教學(xué)的反饋來(lái)看，探究式教學(xué)能錘煉學(xué)生獨(dú)立思考和邏輯推理的能力，獲得良好的教學(xué)效果。

自動(dòng)控制原理 探究式教學(xué) 博德圖

一、引言

自動(dòng)控制原理課程主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般規(guī)律，涵蓋控制系統(tǒng)的模型建立、系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論和相關(guān)技術(shù)，是一門(mén)理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程。其特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、具有繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、復(fù)雜的繪圖理論及數(shù)學(xué)計(jì)算[1-3]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不僅要掌握理論知識(shí)，還需加強(qiáng)工程實(shí)踐能力訓(xùn)練[4-6]。教好學(xué)好本課程都具有重要的意義，但是目前普遍存在的問(wèn)題是教師在教的過(guò)程中往往強(qiáng)調(diào)其邏輯性及理論體系性，而學(xué)生在學(xué)的過(guò)程中卻常常忙于背公式做習(xí)題，將其當(dāng)成更為高深難懂的數(shù)學(xué)課程。為改善這種狀況，突顯自動(dòng)控制原理課程與工程實(shí)際緊密聯(lián)系的特點(diǎn)，本文引入自動(dòng)控制原理課程的探究式教學(xué)理念，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)，并結(jié)合問(wèn)題互動(dòng)、先進(jìn)輔助教學(xué)手段等方式對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行了改革。

二、探究式教學(xué)方法的具體思路

探究式教學(xué)，又稱(chēng)發(fā)現(xiàn)法、研究法，是指學(xué)生在學(xué)習(xí)概念和原理時(shí)，教師只是給他們一些事例和問(wèn)題，讓學(xué)生自己通過(guò)閱讀、觀(guān)察、實(shí)驗(yàn)、思考、討論、聽(tīng)講等途徑去獨(dú)立探究，自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應(yīng)的原理和結(jié)論的一種方法。探究式教學(xué)體現(xiàn)了教師指導(dǎo)下的學(xué)生主體作用，教師必須更新一些觀(guān)念適當(dāng)引導(dǎo)，學(xué)生能主動(dòng)學(xué)習(xí)。

（一）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)

通過(guò)在自動(dòng)控制原理的教學(xué)中加入實(shí)踐項(xiàng)目環(huán)節(jié)，學(xué)生利用理論知識(shí)自主思考，探究給出解決方案，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作的能力。其中，教師需要合理設(shè)置項(xiàng)目，并給出合適的討論方式。圍繞知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用設(shè)置實(shí)踐項(xiàng)目，體現(xiàn)目的性和層次性，考慮到前后章節(jié)的連續(xù)性，前后項(xiàng)目設(shè)置要有關(guān)聯(lián)，這樣既能培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力，又能使學(xué)生從不同角度不同層面思考問(wèn)題。

項(xiàng)目完成后應(yīng)及時(shí)組織小組討論，選擇合適的項(xiàng)目討論機(jī)制不但能讓學(xué)生對(duì)已完成內(nèi)容進(jìn)行整理總結(jié)，養(yǎng)成良好的探究習(xí)慣，并能令其在討論中發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，激發(fā)進(jìn)一步深入探究的熱情。教師要在探究意識(shí)的初期階段下足功夫，發(fā)揮積極的作用[7]。

通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)推進(jìn)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)意愿及創(chuàng)新意識(shí),利用臺(tái)階式問(wèn)題的互動(dòng)學(xué)習(xí)模式培養(yǎng)學(xué)生的批判思維能力,同時(shí)結(jié)合先進(jìn)輔助教學(xué)手段及合理的評(píng)價(jià)體系促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度與主動(dòng)性。實(shí)踐表明,探究式教學(xué)模式能幫助學(xué)生在學(xué)好專(zhuān)業(yè)知識(shí)的過(guò)程中有效提高自身的創(chuàng)新應(yīng)用能力,更好地滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)新工科背景下對(duì)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的需求[8,9]。

（二）設(shè)置臺(tái)階式問(wèn)題，開(kāi)展互動(dòng)學(xué)習(xí)

由于自動(dòng)控制原理課程本身知識(shí)點(diǎn)的抽象性，決定了學(xué)生在學(xué)習(xí)一些概念和易混淆的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)理解不到位的情況。教師在教學(xué)過(guò)程中需認(rèn)真講解基本概念，同時(shí)合理設(shè)置臺(tái)階式問(wèn)題，采用一問(wèn)一答式教學(xué)模式。教師把問(wèn)題拋出，請(qǐng)學(xué)生提出問(wèn)題解決方案，當(dāng)學(xué)生提出多種解決方案時(shí)，可以對(duì)每一種解決方案進(jìn)行分析和論證，最后教師需要對(duì)問(wèn)題及解決方案給出總結(jié)、反饋和點(diǎn)評(píng)。

比如控制系統(tǒng)的頻域響應(yīng)這一章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)比較抽象，在講解系統(tǒng)博德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系時(shí)，教師首先提出問(wèn)題，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性主要取決于博德圖什么位置? 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與博德圖有什么關(guān)系? 學(xué)生根據(jù)問(wèn)題分小組討論，通過(guò)查閱文獻(xiàn)，分析問(wèn)題的原因和結(jié)果，最后給出問(wèn)題的解決方案。采用這種教學(xué)方法時(shí)，教師可以布置開(kāi)放性的題目，將探究式教學(xué)中的學(xué)延伸到了課外，教師的教學(xué)靈活多樣，教師和學(xué)生還可以借助網(wǎng)絡(luò)或其他多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)討論和交流。

（三）利用先進(jìn)手段輔助教學(xué)

在教學(xué)過(guò)程中，傳統(tǒng)的教學(xué)手段可以做到將知識(shí)點(diǎn)傳遞給學(xué)生，而合理使的使用先進(jìn)教學(xué)手段能夠進(jìn)行更為有效地教學(xué)。相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)手段而言，多媒體教學(xué)手段直觀(guān)新穎，能有效利用情景演示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，尤其在自動(dòng)控制原理某一些章節(jié)優(yōu)越性較為明顯。在框圖的等效變換、時(shí)域分析法、根軌跡法和頻域分析法這些章節(jié)的教學(xué)中，可以讓學(xué)生直觀(guān)感受框圖變換、時(shí)域、根軌跡、頻域圖形。例如框圖的等效變換法則，相鄰的比較點(diǎn)和引出點(diǎn)不可以交換位置，可以在PPT中做好動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，學(xué)生能較直觀(guān)的接受。根軌跡圖及頻域圖形可以用多媒體教學(xué)直觀(guān)體現(xiàn)，既能規(guī)范作圖，又直觀(guān)形象。還可以借助Matlab /Simulink 軟件中成熟的控制工具箱能夠快捷方便地向?qū)W生展現(xiàn)相關(guān)方法實(shí)現(xiàn)的過(guò)程與結(jié)果[10]，根軌跡圖和頻域圖形都能較形象體現(xiàn)。

（四）建立科學(xué)考核評(píng)價(jià)方法

學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程是個(gè)全方位的動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此對(duì)學(xué)生的考核應(yīng)采取多種方式和多個(gè)過(guò)程，需要建立科學(xué)的考核評(píng)價(jià)方式。為了較好的引導(dǎo)學(xué)生全面發(fā)展，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果合理科學(xué)評(píng)價(jià),可以在基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、基本技能以及分析問(wèn)題、 解決問(wèn)題的能力及綜合素質(zhì)等內(nèi)容考核學(xué)生。考試形式應(yīng)多樣化，可以將完成平時(shí)作業(yè)的情況、在課堂上的回答問(wèn)題表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)處理分析情況、開(kāi)卷考試或閉卷考試卷面情況、小組討論、課程設(shè)計(jì)論文及其他的檢測(cè)手段綜合參考。

三、結(jié)束語(yǔ)

新工科背景下要求工程科技人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，因此在學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程中要樹(shù)立新理念，積極探索新模式。

利用探究式教學(xué)法教師對(duì)學(xué)生的思維加以引導(dǎo)和啟發(fā)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)始終處于“問(wèn)題—思考—探索—解答”的積極參與狀態(tài)，使學(xué)生保持濃厚的興趣和高度集中的注意力，最終體會(huì)到概念的內(nèi)涵和規(guī)律的實(shí)質(zhì)，錘煉學(xué)生獨(dú)立思考和邏輯推理的能力，能獲得良好的教學(xué)效果。

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段納（1981-），女，山東棗莊人，副教授，主要從事自動(dòng)控制原理的課程教學(xué)，研究方向：非線(xiàn)性系統(tǒng)的控制理論與應(yīng)用。

項(xiàng)目來(lái)源：江蘇師范大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目資助，項(xiàng)目號(hào):XJG201282。