盧宇 申遠(yuǎn) 朱春麗

摘要：提高自動(dòng)控制原理線下課程的教學(xué)效果，對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)、人才深造有著重要意義。在分析了當(dāng)前本課程線下教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)課程線下課堂教學(xué)改革，突出教學(xué)的工程背景。通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)、線上線下教學(xué)指導(dǎo)等手段，提升了教學(xué)效果。使學(xué)生能夠在理論知識(shí)和應(yīng)用能力上得到進(jìn)一步提升，為培養(yǎng)優(yōu)秀的電氣工程人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 教學(xué)方法;線下課程;自動(dòng)控制原理

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）17-0120-02

1? 引 言

自動(dòng)控制技術(shù)在制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和人民生活水平。隨著高等教育的普及與發(fā)展，如何使得教學(xué)方法更有效、科學(xué)受到越來(lái)越多的關(guān)注。傳統(tǒng)課堂教學(xué)手段已經(jīng)無(wú)法滿足電氣類專業(yè)發(fā)展對(duì)課程內(nèi)容的要求。自動(dòng)控制原理課程是合肥師范學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化本科專業(yè)的專業(yè)核心課程，其內(nèi)容主要包括自動(dòng)控制的基本原理、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法和控制系統(tǒng)的校正方法等。該課程理論性強(qiáng)的同時(shí)與工程實(shí)踐的結(jié)合也十分緊密[1]。學(xué)生不僅要掌握一定的控制理論知識(shí)，更重要的是要掌握控制理論應(yīng)用。因此，提高自動(dòng)控制原理課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，使用多種線下、線上教學(xué)手段，使學(xué)生掌握本課程的主要知識(shí)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生提高控制學(xué)科的素養(yǎng)和繼續(xù)深造有著重要意義。

2 課程開(kāi)展現(xiàn)狀

2.1 課時(shí)量少

根據(jù)合肥師范學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)，本課程理論講授 48個(gè)課時(shí)，實(shí)驗(yàn) 16個(gè)課時(shí)。理論課教材選用胡壽松教授的《自動(dòng)控制原理》一書(shū)，實(shí)驗(yàn)課主要用于驗(yàn)證理論課的重要知識(shí)點(diǎn)，起到輔助理解作用。自動(dòng)控制原理教學(xué)內(nèi)容眾多，由于受到課時(shí)的影響，課堂上只能講授基本的主要內(nèi)容，包括基本理論及公式的推導(dǎo)等。學(xué)生沒(méi)有足夠的時(shí)間通過(guò)課堂學(xué)習(xí)掌握更全面的控制理論[2]。

學(xué)生在課堂上注意力不集中，導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容無(wú)法銜接、難以理解，學(xué)習(xí)興趣越來(lái)越差。教師在了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況后，往往需要將有些重點(diǎn)內(nèi)容再次強(qiáng)調(diào)，更是占用預(yù)定的課堂教學(xué)時(shí)間。

2.2 教學(xué)方法單一

作為一門理論課，自動(dòng)控制原理課程長(zhǎng)期以來(lái)的教學(xué)以板書(shū)和PPT為主。教師授課講述時(shí)間長(zhǎng)，使學(xué)生難以保持長(zhǎng)時(shí)間注意力，不能抓住知識(shí)重點(diǎn)，對(duì)課程漸漸失去興趣。由于注重講授，課堂上留給學(xué)生自主思考和學(xué)習(xí)的時(shí)間少，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，更不能將各知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通。

2.3 課程理論性強(qiáng)

學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)頻域分析等知識(shí)過(guò)程中需要用到高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、信號(hào)處理、高等物理、電路原理等基礎(chǔ)知識(shí)。在理論驗(yàn)證過(guò)程中對(duì)編程、繪圖等方面的能力同樣有較高要求。以上知識(shí)要求對(duì)不少學(xué)生存在較大困難，甚至還需要再次學(xué)習(xí)，增大了本課程的學(xué)習(xí)難度?？傊?，由于知識(shí)理論性強(qiáng)，對(duì)數(shù)學(xué)要求高、涉及范圍廣，在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生容易碰到困難，從而使得學(xué)生學(xué)習(xí)積極性大受打擊。

2.4 學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)不足

作為對(duì)本科生授課，教師一般很少利用課堂時(shí)間對(duì)已授內(nèi)容全面復(fù)習(xí)總結(jié)，學(xué)生必須花費(fèi)不少于課堂教學(xué)的時(shí)長(zhǎng)用來(lái)復(fù)習(xí)。自動(dòng)控制原理課程對(duì)數(shù)學(xué)要求高、邏輯性強(qiáng)，學(xué)生只有認(rèn)真鉆研課本內(nèi)容才能理解知識(shí)點(diǎn)的精髓。通過(guò)分析、理解、記憶才能由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)，掌握控制規(guī)律。自主學(xué)習(xí)是大學(xué)生有別于中學(xué)生的主要區(qū)別，但是學(xué)生在課后往往僅完成作業(yè)，不關(guān)注對(duì)課本內(nèi)容全面系統(tǒng)地復(fù)習(xí)。同時(shí)存在作業(yè)抄襲、期末突擊復(fù)習(xí)等現(xiàn)象。突擊復(fù)習(xí)只能短時(shí)間內(nèi)記住部分零散的知識(shí)點(diǎn)，既不全面也不深刻，更不能說(shuō)理解，大大降低了學(xué)習(xí)效果，使得學(xué)生在考研復(fù)習(xí)時(shí)需要重新學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理，加大了考研難度。

3 課程教學(xué)改革具體實(shí)施過(guò)程

自動(dòng)控制原理課程作為合肥師范學(xué)院一門精品線下開(kāi)放課程，其建設(shè)對(duì)學(xué)院教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革具有重要作用。學(xué)校從政策、經(jīng)費(fèi)等各方面對(duì)各級(jí)“精品線下開(kāi)放課程”建設(shè)給予大力支持，鼓勵(lì)參與教師與其他高等院校進(jìn)行教學(xué)方法交流，邀請(qǐng)其他高校富有經(jīng)驗(yàn)的教授來(lái)做教學(xué)講座。為了與實(shí)踐教學(xué)相配合，學(xué)校還對(duì)精品線下開(kāi)放課程實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)地及相關(guān)設(shè)備加大投入。在教學(xué)改革方面，不斷推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法等方面的改革。在學(xué)校的政策指導(dǎo)下，針對(duì)課程開(kāi)展中的問(wèn)題，筆者在教學(xué)方面采取了以下幾點(diǎn)嘗試。

3.1 課堂教學(xué)方式的改革

在教學(xué)中，自動(dòng)控制原理作為一門理論和應(yīng)用并重的課程，在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要理解公式含義，了解公式推導(dǎo)過(guò)程，掌握實(shí)際工程應(yīng)用。上述三種層次的學(xué)習(xí)深度決定了課堂教學(xué)的內(nèi)容和范圍，弱化公式推導(dǎo)有利于學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)更好掌握公式的應(yīng)用。

學(xué)生課堂上所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)需要自我消化，因此課堂討論非常有必要。在原有課時(shí)不變的情況下，可以將一堂課中2/3的課堂時(shí)間分配給教師進(jìn)行理論和工程實(shí)踐的講授，另外1/3的時(shí)間分配給學(xué)生以討論的形式進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)[3]。教師講授完本節(jié)的重要知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)應(yīng)用實(shí)例后提出問(wèn)題，讓學(xué)生通過(guò)小組討論、舉例的方式自主學(xué)習(xí)。學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行討論，在討論中不斷提升對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行理解。學(xué)生還可以自己列舉出遇到的應(yīng)用實(shí)例，這樣不僅加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，還促使學(xué)生課后復(fù)習(xí)，鞏固已學(xué)知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)討論，學(xué)生可以將已學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，在討論過(guò)程中不斷與教師交流互動(dòng)，更深刻地理解知識(shí)點(diǎn)，更主動(dòng)地學(xué)習(xí)。同時(shí)討論還促使學(xué)生課前預(yù)習(xí)、查找應(yīng)用實(shí)例。這種課堂討論相比在教學(xué)網(wǎng)站上發(fā)帖討論的效率更高、信息量更大。

3.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段

在學(xué)校建立的教學(xué)網(wǎng)站上，通過(guò)該網(wǎng)站提供給學(xué)生自動(dòng)控制原理課程完整的教學(xué)資料，包括課程介紹、課程公告、教學(xué)大綱、課件、視頻、參考資料、討論、測(cè)試、作業(yè)等[4]。其中主要教學(xué)資料是相關(guān)知識(shí)點(diǎn)講解的視頻，這部分視頻充分利用國(guó)家級(jí)精品課程、省級(jí)精品課程資源。視頻資源不力求完整講述自動(dòng)控制原理的教學(xué)內(nèi)容，僅以知識(shí)點(diǎn)為主。避免了學(xué)生課下漫無(wú)目的花費(fèi)大量時(shí)間去看視頻，而專注于重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)的學(xué)習(xí)。除了知識(shí)點(diǎn)視頻，還增加了應(yīng)用實(shí)例視頻，使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，使課程的學(xué)習(xí)不再枯燥乏味。教師根據(jù)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況、課后答疑情況等挑選適當(dāng)?shù)臏y(cè)試和作業(yè)，適當(dāng)增加知識(shí)點(diǎn)擴(kuò)展資料，幫助學(xué)生進(jìn)一步加深已學(xué)知識(shí)點(diǎn)的鞏固。

3.3 加強(qiáng)課后自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)

授課時(shí)需要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)課后及時(shí)復(fù)習(xí)的重要性，并且以課堂提問(wèn)或作業(yè)的方式檢查學(xué)生的復(fù)習(xí)效果。增大對(duì)課后復(fù)習(xí)的考核比重，作為學(xué)生平時(shí)成績(jī)的重要部分。同樣，學(xué)習(xí)過(guò)程中預(yù)習(xí)也是非常有必要的，教師在網(wǎng)站上給出需要預(yù)習(xí)的內(nèi)容要點(diǎn)，讓學(xué)生有的放矢地預(yù)習(xí)。通過(guò)對(duì)預(yù)習(xí)視頻播放量和預(yù)習(xí)資料查閱量的統(tǒng)計(jì)，教師可以清楚地了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，督促未預(yù)習(xí)的學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)。

3.4 線上線下教學(xué)指導(dǎo)

除課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)教學(xué)外，本課程開(kāi)通了線上線下教學(xué)指導(dǎo)。其中線下教學(xué)指導(dǎo)主要安排在每周固定時(shí)間和地點(diǎn)，時(shí)長(zhǎng)1～2個(gè)課時(shí)。對(duì)學(xué)生課后疑問(wèn)，作業(yè)、測(cè)試中遇到的問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)。但是這種指導(dǎo)并不是對(duì)所有學(xué)生問(wèn)題都答疑，而是對(duì)學(xué)生的問(wèn)題有條件地回答。條件是學(xué)生已經(jīng)對(duì)疑問(wèn)有所了解，在課本或其他參考資料中查詢過(guò)該問(wèn)題。只有這樣才能提高學(xué)生自學(xué)能力，避免“學(xué)而不思則罔”的情況發(fā)生，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)更加深刻。線上答疑即依靠網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生將問(wèn)題在網(wǎng)絡(luò)論壇中提出并討論。引發(fā)學(xué)生的相互討論，在討論中加深對(duì)問(wèn)題的理解。線上論壇的優(yōu)點(diǎn)在于學(xué)生可以有充裕的時(shí)間查找資料等，對(duì)問(wèn)題的思考更加充分。教師也可以通過(guò)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的討論發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握情況的不足，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方式進(jìn)行修改完善，從而更有效地教學(xué)，形成教學(xué)質(zhì)量不斷改進(jìn)的閉環(huán)系統(tǒng)。

3.5實(shí)踐能力的培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)課程在自動(dòng)控制原理教學(xué)中起著重要作用。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)——如MatLab/Simulink軟件的迅速發(fā)展，為實(shí)驗(yàn)課程提供了良好的軟件平臺(tái)，已成為工程技術(shù)人員必須掌握的一門重要編程語(yǔ)言。MatLab/Simulink軟件具有強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真能力，并作為輔助分析和研究，可用以解決各種控制工程中的實(shí)際問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)課程主要為理論課程提供理論驗(yàn)證、動(dòng)手能力培養(yǎng)等。筆者安排的實(shí)驗(yàn)課程主要有二階系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)、根軌跡、線性系統(tǒng)頻域響應(yīng)、串聯(lián)校正等。每個(gè)實(shí)驗(yàn)中首先要求學(xué)生搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在此基礎(chǔ)上通過(guò)修改參數(shù)、增加環(huán)節(jié)等方式得到不同的輸入輸出關(guān)系，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。例如，在二階系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過(guò)MatLab編程方式和Simulink交互界面仿真兩種方式構(gòu)建一個(gè)二階系統(tǒng)。通過(guò)給定的階躍輸入得到階躍響應(yīng)，學(xué)生可以直觀感受二階系統(tǒng)的工作特性。通過(guò)修改二階系統(tǒng)的參數(shù)，得到不同的階躍響應(yīng)，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響這一知識(shí)點(diǎn)。除了要求完成的實(shí)驗(yàn)外，學(xué)生還可以設(shè)計(jì)自己感興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而提升學(xué)生面對(duì)工程應(yīng)用和實(shí)踐的能力。

3.6 思政教育

在課程思政方面，需要科學(xué)合理地增加思政教育點(diǎn)。自動(dòng)控制原理是研究自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論課，講述了控制的基本思想、系統(tǒng)分析等內(nèi)容。而控制理論不僅在工程科學(xué)中廣泛使用，在人文科學(xué)領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。控制理念還蘊(yùn)含著深刻的哲學(xué)思想。例如管理學(xué)科中提到的控制，則是一種更宏觀的控制概念。學(xué)生除了理解工程中的控制概念外，還可以將這一概念擴(kuò)展，深入哲學(xué)思想、學(xué)習(xí)方法中去。例如在教授學(xué)生控制的反饋理論時(shí)，可以與平時(shí)的學(xué)習(xí)相聯(lián)系。又以我國(guó)控制學(xué)科的主要?jiǎng)?chuàng)始人、著名科學(xué)家錢學(xué)森先生為例，說(shuō)明如何將控制理論運(yùn)用到兩彈一星的偉大事業(yè)中[5]。學(xué)生通過(guò)課堂學(xué)習(xí)獲得知識(shí)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)課后復(fù)習(xí)、作業(yè)、測(cè)試來(lái)驗(yàn)證所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，發(fā)現(xiàn)還未掌握的知識(shí)點(diǎn)，再補(bǔ)齊。通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)、驗(yàn)證、補(bǔ)充來(lái)完成各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

4 總結(jié)

自動(dòng)控制原理課程涉及的知識(shí)面廣、理論性強(qiáng)、教學(xué)難度大。通過(guò)上述教學(xué)方法的改革， 提高了學(xué)生知識(shí)能力素質(zhì)，使學(xué)生能在一定程度上具有解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維水平，具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張偉.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下自動(dòng)控制原理課程改革探索[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2021（11）：97-99.

[2] 朱春麗，劉棟材，申遠(yuǎn).工程制圖課程的教學(xué)改革探索[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，37（3）：77-79.

[3] 張學(xué)新.對(duì)分課堂：大學(xué)課堂教學(xué)改革的新探索[J].復(fù)旦教育論壇，2014，12（5）：5-10.

[4] 初紅霞，王希鳳，謝忠玉，等.混合式教學(xué)模式在自動(dòng)控制原理教學(xué)中的實(shí)踐研究[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2021（11）：47-50.

[5] 杜輝，王梅，緱亞楠.自動(dòng)控制原理課程的思政設(shè)計(jì)與研究——以化工機(jī)械專業(yè)為例[J].廣東化工，2021，48（12）：280-281，285.

收稿日期：2022-02-10

基金項(xiàng)目：安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2020kfkc439）

作者簡(jiǎn)介：盧宇（1979—）， 男，安徽合肥人，就職于合肥師范學(xué)院，講師，合肥工業(yè)大學(xué)博士，研究方向：機(jī)器視覺(jué)、光電檢測(cè)技術(shù)。