“自动控制原理”课程教学改革实践研究.pdf

教研教改JIAOYAN JIAOGAI 教师TEACHER 1172023 年 7 月Jul.2023自动控制技术的应用覆盖了多个领域，如机器人控制、航空航天、汽车工业、自动化生产线等。因此，“自动控制原理”课程的教学越来越受到重视。近年来，为培养高水平的控制工程专业人才，高校积极开展“自动控制原理”课程教学改革。该课程的教学改革不仅关乎“自动控制原理”课程的学习，而且也会影响后续一些相关课程的学习效果，因此对该课程教学进行改革具有重要意义。本文将介绍“自动控制原理”课程教学改革的思路和相关措施。1一、“自动控制原理”课程教学面临的困境（一）课程的知识面较广，知识量较大“自动控制原理”课程要求学生了解自动控制的历史，掌握一些线性系统的建模，熟悉并理解自动控制的定义，理解并掌握线性与非线性系统的分析方法，理解并掌握线性系统的一些校正方法，如串联校正等，培养学生使用控制理论分析实际系统的能力，2要求学生能够运用所学控制理论去解决实际问题。该课程涉及的知识较广，知识量较大，导致一部分学生的学习效果不佳。（二）课程中思政元素不够丰富近年来，课程教学改革的一个方向是将专业知识与思政内容相结合，3由于“自动控制原理”课程教学内容多且是入门课程，大多教师将主要精力用在讲解自动控制的基础理论和专业分析方法上，课程思政融入不够。教师应通过该课程培养学生科学理性的认知观、爱国情感、环境保护意识等。（三）注重讲授控制理论，而忽视能力培养传统的讲授式教学重在传授自动控制专业知识，课堂气氛较为沉闷。让枯燥无味的“教师的一言堂课堂”变为活跃的“学生兴趣课堂”，改变学生为获得学分而学习这门课程的心态，培养学生将控制理论与工程应用相结合的能力，培养学生的创新意识，4让学生运用控制理论对控制工程问题进行分析，提高其工程应用能力是课程教学改革的目标。（四）对学生数学能力提出较高要求学习“自动控制原理”课程需要学生有较好的数学基础，经典控制中涉及较多高等数学、复变函数等课程的内容，现代控制中涉及较多线性代数等课程的内容，分析系统过程中用到的数学公式较多且复杂，学生难以理解。5二、“自动控制原理”课程教学改革路径（一）改革教学理念新时代背景下高等教育的新要求是立德树人。6可在“自动控制原理”课程中融入创新能力、工匠精神等思政元素，贯彻以生为本，为生服务的理念，以达到激发学生的学习动力，培养学生爱国情怀的目的，让学生树立科学、理性的人生观。7（二）改革教学目标教学目标是教育教学的核心，它是课程设计的基础“自动控制原理”课程教学改革实践研究王孝顺，黎云汉，张向亮，虞凌科摘 要：根据湖州学院“自动控制原理”课程教学面临的困境，湖州学院教师团队贯彻以生为本，为生服务的教学改革理念，积极改革教学目标，对课程内容进行梳理、去粗取精，并且实施了精选课程教材、加强实验教学等一系列教学改革措施。开展“自动控制原理”课程教学改革，对学生后续控制类课程的学习以及培养高水平控制专业人才具有重要意义。基金项目：湖州学院2022年度教育教学改革研究项目（hyjg202212）；湖州学院2022年度校级一流本科课程建设项目。作者简介：黎云汉（1979），男，广西南宁人，副教授，博士研究生，研究方向：“现代控制理论”等课程的教学改革；张向亮（1987），男，江西九江人，高级工程师，硕士研究生，研究方向：“电工电子学”等课程的教学改革；虞凌科（1987），男，浙江宁波人，讲师，博士研究生，研究方向：控制类专业课程的教学改革。*通讯作者：王孝顺（1994），男，安徽无为人，讲师，硕士研究生，研究方向：课程教学改革。中图分类号：G642 文献标识码：A 收稿日期：2023-02-27 文章编号：1674-120X（2023）19-0117-03关键词：“自动控制原理”；教学改革；教学内容；教学改革实践研究（湖州学院智能制造学院，浙江湖州313000）教研教改1182023 年 7 月和教学实施的方向，关系着教育教学的质量。教学目标的改革也是教育教学改革的重要内容。下面是教学目标改革的路径：1.关注学生的个性化需求在制定教学目标时，应该关注学生的个性化需求。不同的学生有不同的学习风格、兴趣爱好和特长等，学生的差异化需求是不可避免的，应针对这些个性化需求，制订相应的教学目标，从而提高学生的学习积极性和教学效果。2.注重能力培养在制订教学目标时应该关注能力培养，而不是仅仅注重知识传授。知识是学生学习的基础，同时应注重培养学生的能力，包括思维能力、创新能力、实践能力和沟通能力等。只有培养学生的能力，才能让学生适应未来社会的发展和变化。3.融入素质教育理念改革教学目标时应该融入素质教育理念，将学生的身心健康、社会责任感、创新精神等纳入教学目标。通过课程教学促进学生全面发展，使学生具备扎实的基础知识，形成良好的人格品质和道德素养。4.关注教学实践效果改革教学目标时，应该关注教学实践效果，实现教学目标和教学效果的统一。在制定教学目标时，应该考虑实践操作的可行性和学生的实际学情。在教学实施过程中，教师要不断调整教学目标，以适应学生的实际需求。（三）改革教学内容分析“自动控制原理”课程教学内容，对各章节的内容进行系统整理、去粗取精，坚持讲清各章节的重要理论以及重要方法，8略讲或不讲不常用的内容以及学生难以接受的内容。具体如下：控制系统的数学模型：重点讲数学模型的概念和建立数学模型的思路，要求学生掌握 RLC 网络、电机调速系统等典型系统的机理建模方法。重点讲解结构图的等效变换，让学生形成等效变换的思想，为后续学习作铺垫。线性系统的时域分析法：着重分析系统参数与性能关系，主要讲解如何计算性能指标，让学生掌握一阶系统以及二阶系统的分析方法。线性系统的根轨迹法：略讲根轨迹的校正，重点讲解根轨迹的概念、根轨迹的绘制规则以及根轨迹对于系统稳定性的影响。线性系统的频域分析法：重点讲解幅相曲线的绘制方法以及奈奎斯特稳定判据。对于研究型大学学生，可以介绍涉及公式较多的幅角原理，培养学生理论推导能力，对于应用型大学学生主要讲解具体的分析方法；着重分析伯德图，例如根据传递函数绘制伯德图、根据伯德图确定传递函数等；简要介绍伯德图中频段与稳定性的关系，略讲利用伯德图判断稳定性的方法等，不讲尼柯尔斯图以及闭环频率特性指标分析。线性离散系统的分析与校正：着重讲解 z 变换理论，尤其是 z 变换的公式，重点讲解脉冲传递函数、稳定性判断以及计算稳态误差，略讲离散系统的数字校正。非线性控制系统分析：讲解相平面的一些概念，着重讲解运用解析法和等倾线法绘制相平面，着重讲解运用描述函数法分析非线性系统。三、“自动控制原理”课程教学改革具体实践（一）采用启发式、互动式教学方法单纯利用黑板和课本进行教学，可能会使学生感到无聊乏味。教师应该使用多种教学方法，例如课堂演示、模拟实验、游戏等，以提高学生的学习兴趣。具体来说，可以在课堂上引入问答环节，使学生能够与教师进行有效的交流，加深学生对自动控制原理的理解。此外，教师可以提出问题并组织学生小组讨论，讨论结束后让各小组派出一名学生回答问题，并根据回答的情况评定平时成绩。这样既可以营造浓厚的课堂学习氛围，也可以通过评定分数的形式来鼓励学生回答问题，提高学生的课堂参与度。（二）加强实验教学，优化实验环节针对“自动控制原理”教学的需要，课程的设置要贴近实际，以实验教学为重点。明确教学目标，建立以实验为主的实验教学体系，强化实验室管理，以实验为核心，基于理论联系实践，将自动控制原理与实践相结合。加强实验教学是本课程教学改革的重要一环，通过基础实验和强化实验满足绝大部分学生的需求，又单独设置提高实验供学有余力的学生进行拓展，注重因材施教。本课程的实验课中设置三个阶段的实验。基础实验。设置 46 学时的必修基础实验，如典型环节阶跃响应以及系统稳定性分析等验证性实验。必修实验是根据课程中基础且重要的知识设计的实验。要求学生在做验证性实验之前做好预习工作，熟悉其涉及的知识点。强化实验。设置 46 学时的必修提高实验。此类实验是针对课程中较难理解且较为重要的知识设计的实验，如频率特性以及系统的串联校正等，旨在促进学生对知识点的理解，达到以实验促进理论教学的目的。要求学生做好预习，同时对实验指导书中涉及的计算值进行理论计算。提高实验。设置 24 学时的选修实验。此类实验是给学有余力的学生单独设置有一定难度的提高实验，内容主要和实际的自动控制系统相关，如电梯控制系统实验、温度控制系统实验等。此类实验通常与部分学科竞赛以及教师科研项目相挂钩。实施实验教学改革时应注重实验室技术服务，给予教师必要的技术支持，确保实验的准确性，建立实验室质量管控体系，升级实验设备的功能，避免投入过多。教研教改1192023 年 7 月（三）优化教学内容课程团队教师根据湖州学院（以下简称“我校”）学生的水平与层次，对教材各章节内容进行细致整理，坚持只讲重要常用的知识，不讲不常用以及学生难以接受的知识，以充分体现课程教学改革的科学性。（四）完成试题库建设，实现考教分离构建“自动控制原理”课程的专属期末考试题库，主要分为三大题型，分别是填空题、选择题、计算题。题目难度分为三个层次：简单题，主要考查知识点记忆以及简单计算；中等难度题，它是在基础题的基础上进行较深入的变形；难题，涉及较多章节知识点，题目有一定的综合性。对简单题、中等难度题、难题的比例进行控制，其中简单题占 30%左右，中等难度题占 40%左右，难题占 30%左右，期末考试合格率控制在 80%左右。（五）加强教学内容与实际生活的联系“自动控制原理”是一门实用性较强的课程，因此在教学中引入了较多实际的工程案例，学生能够更直观地了解自动控制原理的实际应用。同时，还引入了模拟软件，学生能够在软件中实际操作，从而加深对自动控制原理的理解。（六）加强“自动控制原理”课程教学质量保障体系建设其一，以校内校外需求为导向，强调学习效果。推行针对性教学，在“自动控制原理”课程中为就业创业型学生设置一定比例的综合型项目。其二，以中期过程为主导，完善评价机制。强化学生是教学效果的“第一感受人”的认知，在学院官网设置教学意见箱，让学生反映课程中的问题，再将问题反馈给教师。利用师生座谈会、教学情况反馈表、“最喜爱的课程教师”评选活动等方式开展教学检查，将检查结果作为“自动控制原理”课程评价的重要依据。其三，制定课程教学指导团队的听课评价表，在学期中期阶段举行公开课，并开展教学反思活动。同时，创新性地提出针对“自动控制原理”课程的评分内容，如以下三点所示：（1）教学基本功底：备课充分，课时内容划分合理，无跨课时教学知识点现象；普通话标准，表达清晰流畅；有黑板板书或课件电子笔板书。（2）教学内容与方法：符合课程大纲培养目标要求和学生接受能力，有复习环节；内容充实，无文字堆砌，包含图表、视频、音频、动画等教学元素；重点难点讲解充分，引导学生在教材中标记重点难点；方式多样，采用任务式、项目式、线上线下混合式等多种教学模式；融入思政元素，注重学生思维能力和实践能力培养。（3）教学管理与效果：关注学生迟到早退现象及课堂纪律，执行无手机课堂；学生听课认真，课堂组织有序，课堂气氛好；能走下讲台，开展课堂问答，调动学生的课堂积极性。根据课程组专家的建议，将教学基本功底、教学内容与方法和教学管理与效果三部分按照 2 5 3 的比例合理分配分数。总分以百分制计算，并在每一项去除最低分和最高分的基础上，将剩余分数取平均值的方式给定分数，每次听课的分数至少由三位副高以上职称的教学类专家评定，根据专家意见对课程教学进行一系列的改革与调整。其四，以培养方案为源头，优化“自动控制原理”课程体系。组建“课程教学指导团队”来修订课程大纲，合理确定该课程的学分及学时；以任务式教学法推进“学问课堂”建设，提高学生积极性；以跨专业的课程内容拓宽学生知识面。四、结语本文从课程教学改革实践角度阐述了电气工程及其自动化专业入门课程“自动控制原理”的教学改革。针对学生的实际情况及我校教学的要求，阐述课程教学改革路径，主要包括教学理念、目标、内容等方面的改革，重点阐述了课程教学改革的具体实践，如加强实验教学、优化实验环节等。我校的实践表明，笔者所提出的“自动控制原理”课程教学改革方案实用，可有效提升课程教学质量，也可为其他院校提供参考。参考文献：1 强群莉.会计学原理课程混合式教学改革探索与实践 J.商业会计，2022（19）：114-116.2 王晨丰.基于 MATLABGUI 的高职自动控制原理教学平台的构建与实现 D.西安：长安大学，2019.3 卢 琦，田兴舟，陈 祥.羊生产学课程思政元素挖掘与探讨 J.中国畜禽种业，2022，18（7）：61-62.4 施运梅，陈 昕，刘旭红.高校创新人才培养的多元化模式 J.计算机教育，2015（14）：5-8.5 张 苗，肖士敏.现代控制理论实验课程案例教学探索 J.中国现代教育装备，2022（7）：117-119.6 刘 春，张佳慧，赵 玲，等.“模拟电子技术”课程思政教学实例 J.课程教育研究，2020（9）：75.7 刘雄伟，周 英.课程思政背景下“药学导论”教学模式的探索 J.湖北开放职业学院学报，2021，34（15）：90-91.8 华贵山.应用型本科院校的自动控制原理课程教学研究与探索 J.滁州学院学报，2012，14（5）：116-118.