生 寧,朱云云

(1.青島科技大學 自動化與電子工程學院,山東 青島 266000;2.青島晨宇環(huán)保科技有限公司，山東 青島 266000)

自動控制原理是工科類專業(yè)一門非常重要的基礎(chǔ)課程，課程的教學目標：介紹自動控制原理的基本概念、基本分析方法和設(shè)計方法，以及時域分析方法、根軌跡分析設(shè)計方法和頻域分析和設(shè)計方法。通過本課程的學習，使學生了解自動控制的基本概念，正確認識自動控制技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用及重要作用，掌握時域分析、根軌跡法和頻域分析等內(nèi)容；通過本課程的學習，使學生具備下列能力：

(1)能夠準確理解自動控制原理的基本概念和基本理論;

(2)能夠運用自動控制原理的基本分析與設(shè)計方法來解決實際問題;

(3)能夠把握自動控制理論發(fā)展的前沿知識;

(4)能夠具有從事相關(guān)工程和技術(shù)工作的基本素質(zhì)。

1 以雨課堂為媒介的教學設(shè)計與方法設(shè)計舉例

借助雨課堂教學軟件，以教學內(nèi)容的第二章的三節(jié)內(nèi)容為例，介紹教學設(shè)計和方法設(shè)計：

第二章：控制系統(tǒng)的數(shù)學模型(教學目標2、4)

第一節(jié)：控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型(教學目標2)

運用“案例教學”手段，利用典型的電學物理系統(tǒng)“RLC”振蕩電路系統(tǒng)和物理學原理背景知識建立物理系統(tǒng)的時域數(shù)學模型。首先通過雨課堂發(fā)布問題，讓學生復習已學過的物理背景知識，反饋能夠?qū)懗龅奈锢黻P(guān)系式；課堂上利用雨課堂隨機提問學生預習情況，引導學生動手自己建立控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型，并分析該模型的特點，最后通過定義給出時域數(shù)學模型的一般形式。弱化講解數(shù)學手段，如對于非線性環(huán)節(jié)線性化。課后通過雨課堂布置相關(guān)控制系統(tǒng)建立時域數(shù)學模型的題目，規(guī)定學生完成時間并在下一次課上做答案和解答情況總結(jié)。課后通過雨課堂記錄學生學習情況。通過本節(jié)課的學習，學生能夠通過已有背景知識建立實際系統(tǒng)的時域數(shù)學模型(教學目標2)。

第二節(jié)：控制系統(tǒng)的復數(shù)域數(shù)學模型(教學目標2)

通過雨課堂發(fā)布問題，讓學生提前復習傅里葉變換，拉普拉斯變換的基本數(shù)學方法；通過雨課堂隨機提問的方式檢驗學習效果，在提問過程中將第一節(jié)所建立的“RLC”振蕩電路系統(tǒng)時域數(shù)學模型各個部分巧妙的轉(zhuǎn)化成復數(shù)域下的模型，待學生參與回答后，匯總答案寫出總的復數(shù)域數(shù)學模型的形式，引導學生理解如何將時域數(shù)學模型轉(zhuǎn)換成復數(shù)域數(shù)學模型，并進一步通過雨課堂以個人加分形式提問思考題：如何將復數(shù)域數(shù)學模型轉(zhuǎn)換成時域。接下來通過案例形式給出典型環(huán)節(jié)的時域數(shù)學模型，引導學生自主得到復數(shù)域數(shù)學模型。最后總結(jié)整個教學過程，并通過雨課堂發(fā)布作業(yè)。以下次課利用雨課堂隨機提問的形式或者雨課堂發(fā)布選擇題的形式，反饋學習效果。通過本節(jié)課的學習，學生能夠通過已有背景知識建立實際系統(tǒng)的復數(shù)域數(shù)學模型(教學目標2)。

第三節(jié)：控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖(教學目標2、4)

繼續(xù)采用“RLC”振蕩電路系統(tǒng)，讓學生結(jié)合第一章所學的畫結(jié)構(gòu)圖的內(nèi)容，課前將其結(jié)構(gòu)圖畫出來，上課時現(xiàn)場以發(fā)送綜合題目的形式，讓學生拍照上傳所畫結(jié)構(gòu)圖，課上給出評分和講解反饋，順利完成對結(jié)構(gòu)圖畫法的講解，進一步給出一個較為復雜的電壓測量裝置示意圖，讓同學自主完成其結(jié)構(gòu)圖的畫法，總結(jié)畫方框圖的方法，提出疑問：復雜系統(tǒng)在不知道或知道不完整背景知識下如何求它的時域或者復數(shù)域數(shù)學模型？利用數(shù)學中的黑箱原理，引導學生理解由方框圖得到復數(shù)域數(shù)學模型的方法，并給出方框圖的簡化規(guī)則，每一條簡化規(guī)則的給出都是一步步引導學生思考，學生參與回答；最后給出復雜的系統(tǒng)方框圖，讓學生動手通過簡化方框圖的方式，自己得到系統(tǒng)的復數(shù)域傳遞函數(shù)的數(shù)學模型，進而引導學生以加分方式推導時域數(shù)學模型，從而幫助學生理解第二章的前三節(jié)內(nèi)容之間的關(guān)系，實現(xiàn)學生能夠運用結(jié)構(gòu)圖基本分析與設(shè)計方法來解決實際問題的能力(教學目標2)和培養(yǎng)學生具有從事相關(guān)工程和技術(shù)工作的基本素質(zhì)的能力(教學目標4)。

2 以雨課堂為媒介的教學預期目標

自動控制原理因理論性強，教師講授難度大，學生學習吃力，采用雨課堂教學的信息化教學方式的改革目標是讓教師的“以教為主”變成學生的“以學為主”。改革思路是以學生為導向，借助雨課堂的功能，擬采取提前發(fā)布預習問題，課堂隨機提問或發(fā)送題目讓學生參與學習和尋求解決問題的方法，課后督促學生自主復習，讓學生融入課堂，參與學習，尋求解決問題的方法，使學生更有興趣主動的學習，降低教師在教學過程中的主導作用。

多年來，自動控制原理因其專業(yè)重要性和學習起來吃力兩個對立的原因而在學生中溢滿了“不得不學”的負面情緒，自動控制原理教學改革預期效果是讓學生不再懼怕對本課程的學習，能夠在參與學習中享受到學習的樂趣，改良負面情緒，讓被動學習變?yōu)橹鲃訉W習。預期成果是在全校開設(shè)自動控制原理的專業(yè)，開展基于雨課堂的自動控制原理的學習。