自动控制原理教学问题及对策.doc

1、自动控制原理教学问题及对策自动控制原理是系统学科、信息学科、机械学科等相关学科的应用基础，具有科学方法论的特点，对工程具有突出的理论价值和指导意义。通过对目前自动控制理论课堂教学现状的分析，找出存在的问题并给出解决对策，提出了自动控制原理课程教学改革方向。标签：自动控制理论；对策；教学改革自动控制原理是控制学科研究的重要理论基础，同时又是系统学科、信息学科、机械学科等相关学科的应用基础，在工业、军事、社会经济等领域有着广泛的应用。研究的问题具有普遍性，与很多学科交叉协同发展，对工程具有突出的理论价值和指导意义。故工程类专业学生学好该门课程，对其今后的学习和工作势必产生重要的影响。1 自动控制原

2、理课程特点自动控制原理作为一门学科，其性质属于技术科学，研究的对象是自动控制系统，研究的中心问题是围绕控制系统在控制过程中的性能，其内容主要包括经典控制理论的基本概念、基本原理、基本分析方法和综合设计方法。在讲课的过程中紧紧围绕“稳定性”、“准确性”、“快速性”这三个基本要求开展教学工作。自动控制原理的线索为：线性连续系统线性离散系统非线性系统现代控制理论。重点讲解的是线性连续系统，介绍了系统建模、三大分析法（时域、根轨迹、频域分析法）、系统校正；离散系统的分析法是连续系统的继承性复制；非线性系统的描述函数法和相平面法。很多同学感觉自动控制原理这门课就是做题，认为与实际联系不密切。超过80%的

3、同学对这门课程的学习有畏难情绪，都觉得无从下手，很多同学觉得这就是一门数学课，除了计算，不知道学习这门课的目的，掩盖了它的工程应用背景。根据这个实际情况，在教学内容的组织上应注意密切联系实际，让学生知道为什么学、学什么、怎么学、学了怎么用。2 自动控制原理课堂教学的现状通过对自动控制原理理论教学课堂的观察以及走访学生，我们不难发现，不论是把自动控制原理作为重要专业课的控制学科，还是将自动控制原理作为分析方法的机械学科，都存在同样的问题，那就是学生的畏难情绪，造成这种现状的原因是多方面的，但最根本的还是因为自动控制理论本身就是一门理论性非常强的课程，在学生们刚刚接触到这样一门方法论的课程时，不能

4、从宏观上去将所有章节联系起来，只是有一种感觉，那就是这像是另一门数学课，但是又不太清楚这些数学推导和公式的具体作用。学习成绩好的同学，在刚开始学习的时候，因为有比较好的数学基础，所以学习起来要比其他同学更加顺利，但他们仍然是迷茫的，只知道如何做题，并不知道为什么要这样做，再加上控制理论的计算题的题型比较固定，所以就会有一种现象，那就是考试中有一些同学取得了比较好的成绩，但是如果让他运用控制理论，就会很迷茫了。另外，自动控制原理中很多定义、理论，有一些还很相似，比如开环传递函数和闭环传递函数，在没有理解透彻的情况下，学生很容易混淆，尤其在时域分析和频域分析两个不同的章节中，用不同的方法分析同一个

5、系统，得到针对性不同的分析结果，这种区别和联系对于初学者来说不好理解。此外，由于高等数学，复变函数以及物理知识等知识的遗忘，加大了课堂教学的难度，一方面老师为了简化数学推导，尽可能少的推导定理和公式，另一方面，简化了数学推导之后给出的定理，显得有些突兀，学生们不知道来龙去脉，不好理解，于是一个章节的内容就成了一个个并排罗列的定理和公式，只剩下了枯燥的数字和符号，学生学起来确实也很难有学习热情。3 教学中存在的问题及改善对策3.1 数学知识多自动控制原理中用到大量的数学推导，包括积分、微分、复变函数、微分方程等等，对于进入专业课学习的学生来说，在大学入学时学过的数学知识已经有所遗忘，而且有些同学

6、可能本来数学基础就不够扎实，所以学习起来感觉很有难度，有些同学甚至于听完绪论就再也听不懂了。同时，由于数学模型的建立，在自动控制理论中还涉及到很多物理和电工知识。这些问题的出现，都是因为同学们的学习目的不明确，在学习高数时，还仍然保留着高中时的概念，只要是数学课那就一定是很重要的，相信很多工科学生都一样，拿到题目的第一反应就是拿笔开始计算，但是并不了解在大学里学习数学的目的其实是作为专业课的工具。所以在课堂讲授过程中，需要尽量简化抽象公式的推导证明过程，但还是要抽出一定的时间来给学生们补习常用的重点数学知识，在初学时，必要时还需要老师在黑板上进行一步步的板书计算，比如分部积分的计算，微分方程的

7、求解等等。补习的目的不是为了讲数学，而是为了学生们更好的学习控制论这门方法论，而不是把课堂上的时候都用在思考如何计算积分微分，或者课下的时间都用来翻阅之前的数学课本。课堂上老师逐步逐步的计算、板书，也有利于师生间的互动，便于学生发现自己的错误。3.2 知识点抽象控制理论的知识点多且抽象，而且大部分是公式的推导，一涉及到抽象公式的推导，学生在课堂上理解起来就很困难，尤其在推导时老师在板书里都用的是字母、符号，比如等，老师已经非常熟悉了，但学生可能都还没有记住每一种符号代表的是什么，由于存在这样的偏差，学生理解起来当然有难度了。虽然老师在课堂上会强调学生会用这些定理就足够了，但是学生初学控制理论，

8、并不知道哪里是重点内容要重点掌握，哪些是引申知识点只需一般了解，这些需要老师在课堂上引导。同时，在课堂上讲授时需要根据专业多设置一些与专业相关的物理模型，比如电气专业可以加入火力发电厂发电系统的例子，机械专业可以加入液压与气动控制系统，制冷专业可以加入制冷控制系统，对于各个不同专业的学生来说更有针对性，这样学生们在学习时有想象的空间，不至于提到控制理论就全是罗马字符号，同时在日后的专业课学习中也更容易，便于学生更加直观的理解。3.3 前后章节联系紧密学生在学习控制理论时，经常会有这样的体会：学完了时域分析再学频域分析时，弄不清楚两种分析方法的区别，再加上市面上有很多不同版本的教材，教材中的内容

9、大体相同但是顺序不一样，这是由于编书者思路不一样造成的，教师们对整本书内容比较熟悉，因此不存在混淆的情况，但是学生看到不同的参考书资料时会疑惑，因此，在课堂教学中需要老师在展开教学前帮学生们理顺整个思路。比如可以针对不同专业学生增加实例，这个实例可以从绪论开始贯穿正本教材，先弄清楚控制三要素，建立数学模型，再进行时域和频域分析，检验系统是否稳定，如果稳定，稳定程度怎么样，如果不满足要求该怎么校正。这样看起来抽象的，分散的知识点和定理就用一个实例联系起来了。作为老师，首先要熟练掌握体系结构，并运用到具体问题的分析中，这样才能做到融会贯通，不至于使自己所讲的每个问题变得支离破碎，没有连贯性，增加学

10、生理解的难度。3.4 学生的学习目的不明确通过对学生的了解我们发现，学生学习控制理论普遍感觉难，难在哪里？其实主要是因为学生的学习目的不明确，为什么要学习这门课？不清楚。数学不好的同学看到繁多的数学推导甚至还没开始上课就已经打了退堂鼓了。所以一定要让学生明确学习目的，控制理论作为一门工具课程，可以说和数学一样，在后面的教学环节中，是作为一种工具，工欲善其事，必先利其器。例如机械专业的液压与气动控制、机电一体化设计等专业课，包括研究生阶段的现代控制方法等课程都需要控制理论作为基础。在明确了控制理论的作用后，就要着力在如何提高学生的学习兴趣了，控制理论理论性强，公式繁杂，在授课过程中即便是加上现代

11、化教学手段（多媒体等）也不可能达到像英语课堂那样生动的效果，因此就需要很多生活生产中的实例来向学生们展示控制理论的应用了，比如男生们都感兴趣的火炮自动跟踪系统，汽车控制系统等，通过图片和短片让大家有直观的感受，如果控制理论仅仅停留在数学公式和做题上，那就没有体现它方法论的作用了。4 自动控制原理课程教学改革方向4.1 针对不同学生更改教学内容自动控制原理是一门方法论的专业基础课，针对不同专业的学生要更改教学内容的侧重点，比如机械专业的控制理论对于根轨迹和离散控制系统的内容只做一般了解，在课时比较少的情况下甚至略过不讲。同时，针对不同的专业在讲解时也需要根据专业需要增加适合的工业生产中的实例，使

12、学生在学习时不是紧紧停留在懂定理，会计算，而是通过实际应用来了解理论，从而完成从定性了解到定量掌握的转变。4.2 搞科研进行有目的的主动学习有意识的引导学生主动学习，通过科研的方式促进学生自主学习的习惯，比如在讲绪论时就可以给学生们布置一篇论文，使学生自己通过查阅资料和书籍来了解控制理论发展的历程，与传统的课堂讲授比较起来，更能引起学生的学习兴趣，他们会在整理资料的过程中了解古今中外有哪些发明用到了自动控制原理，学生们会发现，发明，其实并不是离自己那么遥远的事情，甚至通过这样的方式还可以激发学生们的创新的潜能，避免思维的僵化。为了使学生更清楚地认识所学课程与专业方向的关系以及在今后工作中的应用

13、，对学习目的更加明确，在教学内容中我们增加了一些和教学内容适应的工业现场控制系统的运行，设计的视频短片。同时鼓励学生走出课堂，到专业实验室，了解专业课老师从事的科研工作。4.3 强调学习方法而避免填鸭式教学在课程之初，一定要强调本门课程的特殊性，要强调学习方法。掌握正确的学习方法，才能顺利的学习好这门课程。首先一定要让学生们明确一点，这门课并不是数学课，数学只是这门课的工具，千万不要因为繁多的公式就被吓怕了。当然在学习之初还是需要老师在黑板上逐步逐步的将计算过程演算给学生们看，而不是仅仅对照幻灯片讲，这并没有浪费课堂时间，对学生来说，需要用到的知识点确实非常多，包括高数，复变函数，物理，电工等

14、等，如果要学生把来龙去脉弄得清清楚楚，那就必须要每一步都很明确，比如什么时候需要假设初始条件，什么时候需要简化处理等等，在学生已经非常熟悉并接受了这种分析方法后，老师上课的内容就可以有所拔高，计算过程就可以有所省略了，这是一个循序渐进的过程。同时，在课堂上要采用启发引导式的教学方法，如果所有知识都这样一股脑的倒给学生，那学生的接受情况肯定不好，需要在课堂上引导学生动脑筋，思考为什么要这么做，避免填鸭式教育。5 结束语随着控制技术的发展，和工业农业对自动化技术的要求越来越高，必须加强对控制理论教学方式的改革，但是在教学中还存在很多问题，比如实验条件的限制和学生的学习积极性等情况。只有坚持不断朝着培养应用创新型人才的方向努力，进一步提高教学质量，改变单一的教学形式，才能培养出合适社会的工科人才。参考文献1自动控制原理课程教学改革探索与实践J.内蒙古农业大学学报（社会科学版），2009，（4）：134-136.2程广贵，凌智勇.机械专业自动控制原理教学方法探讨J.中国电力教育，2011，（13）：75-76.3程丽平.“5W模式”在自动控制原理教学中的应用J.中国电力教育，2012，（15）：73-74.