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摘要：在对“自动控制原理”课程的教学改革实践中，针对“自动控制原理”课程理论性强、概念抽象等特点，从提高学生的学习兴趣、课堂理论教学、实验教学等方面探讨并总结了一些教学方法，多年的教学实践证明这些教学方法是行之有效的。
关键词：自动控制原理；教学方法；教学实践
作者简介：任琦梅（1978-），女，河南平顶山人，河南城建学院电气与电子工程系，讲师。（河南 平顶山 467000）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0106-02
“自动控制原理”是电气工程类及相关专业一门重要的专业基础课程，它是后续“运动控制系统”、“过程控制系统”、“计算机控制系统”等专业课程的基础，同时也是控制理论与控制工程专业考研的一门课程，在专业课程体系中占有重要的地位。
“自动控制原理”介绍的是控制系统分析和设计的基本理论和方法，不针对某一个或某一类具体的系统，而是在工程实践基础上提升和抽象出来的内容，理论性强、概念抽象、数学公式多、内容丰富、涉及知识面广。学生往往因为缺乏工程实践知识，缺乏对实际系统的感性认识而感到学习内容比较抽象、枯燥，因数学基础不扎实而对大量的公式产生畏难情绪，从而影响学习效果，所以要不断进行教学研究和教育改革以提高教学质量。本文探讨并总结了一些“自动控制原理”的教学方法，在教学实践中取得了较好的教学效果。
一、“自动控制原理”教学方法
1.激发学生的学习兴趣
兴趣是学习最好的老师。有了浓厚的学习兴趣，学生才会有学习的积极性。
（1）上好第一次课，调动学习兴趣。讲授课程内容之前，首先要让学生明确该课程在专业中所处的地位和作用，让学生从思想上引起重视。第一次课，要给学生多举一些实际系统的例子，特别是贴近生活、容易理解的实例，比如水箱控制系统、炉温控制系统、直流电动机调速控制系统等，分析系统的控制过程和运行原理，让学生对控制系统有充分的感性认识，对开环控制和闭环控制的概念、控制系统的组成等有深刻的理解，为以后的学习打下坚实的基础。最后，可以把控制系统的概念应用到教学活动中，和学生一起建立一个教与学的系统框图，通过讨论的方法，让学生自己提出反馈的途径（比如作业、提问、建议、复习等）和前馈的通道（如预习等），在这个过程中学生可以更好地理解基本概念，并极大地激发学生的学习兴趣。构建的教与学系统框图如图1所示。
（2）自始至终保持学习兴趣。“自动控制原理”是一门理论性比较强的课程，即使在一开始学生学习劲头十足，在课程学习过程中抽象的概念和理论、大量的数学公式也会使学生产生畏难情绪。在课程讲了一半时还有学生以为该课程只是公式的推导，所以，如何在学习的过程中始终让学生明确学习的目的和保持学习兴趣，是一个值得思考的问题。在教学的过程中，可以以一个学生比较熟悉的工程实例贯穿始终，分别以时域分析法、根轨迹法和频率特性法对这个控制系统进行多方面的分析，并对各种分析结果进行对比，然后用校正的知识对控制系统进行改造和设计。这样，学生在整个的学习过程中都可以学以致用，并对各章知识融会贯通。
2.注重基本概念和物理意义
“自动控制原理”课程中有很多的公式推导，要用到高等数学或工程数学的知识，如果在讲解时进行大量繁琐的数学推导，容易让学生有上数学课的感觉而找不到本课程重点，如果数学基础不扎实，还容易产生畏难情绪。所以在讲解时应该淡化公式推导重在结果分析。比如在讲解典型二阶系统的阶跃响应时，求解不同阻尼比时的阶跃响应表达式是很繁琐的，需要用到拉氏反变换的计算，在讲解时可以说明推导方法，即先求得的表达式，再进行拉氏反变换求取系统的响应，因为不同阻尼比时系统特征根的形式不同，用部分分式法对进行分解的情况不同，所以求得的响应表达式也就有不同的形式，而对具体的推导过程可以一带而过，重点分析对比不同阻尼比下的阶跃响应形式和系统的性能，使学生对阻尼比的概念和物理意义有更深刻的理解。
3.注重前后知识的内在联系
经典控制理论中的时域分析法、根轨迹法和频域分析法三大分析方法往往是被分成独立的章节编写，但在讲授时要注意它们之间的内在联系，对各种分析方法进行对比，比如根轨迹上不同位置对应的时域响应形式的分析、劳斯判据和奈奎斯特稳定判据的对比、奈奎斯特图和伯德图的对比、频域指标和时域指标之间的联系、用不同分析方法分析增大开环增益对系统稳定性的影响等等，这样可以使学生既复习了原有知识又对新知识有更深入的理解，做到温故而知新。
在讲授到后续课程中要用到的内容时，也可以对学生点明，比如在后续的运动控制系统课程中要用三频段的知识对调速系统进行分析和设计，这样可以引起学生的注意让学生更认真学习。
4.灵活多样的教学方法
（1）多媒体教学和传统教学相结合。多媒体教学是传统教学方式的有效辅助手段，在教学过程中，合理选择和运用现代教学媒体，并与板书等传统教学手段有机结合，共同参与教学全过程，将图片、动画、声音等多种媒体信息作用于学生，可以调动学生的兴趣和学习的积极主动性，提高课堂效率，达到更好的教学效果。比如水位控制系统、炉温控制系统等可以做成动画，使学生直观地看到系统运行的过程，更好地理解系统各部分所起的作用和自动调节过程；讲解根轨迹和频率特性时以板书的形式演示作图的过程，使学生更容易理解和掌握等等。在用多媒体课件进行教学时要注意讲解和操作展示的同步性，避免整屏出现大量文字的问题，并且时刻注意发挥教师的主导作用。
（2）设置课堂讨论，鼓励学生自主学习。在教学中可以针对某些重点、难点问题进行课堂讨论，提高学生学习的主动性，并且通过讨论，可以使学生对相关知识有更深刻的理解。比如在各种分析方法都学完了之后，可以给出一个系统的结构图，让学生讨论判断该系统稳定的方法有哪些，并对这些方法判断的结果进行比较，使学生自己对以往的知识点有一个很好的总结并加深印象。再比如，讲完系统的校正后，给出一个系统和要求的性能指标，让学生讨论有哪些校正的方法和途径，该如何实现，并对各种方案进行比较，可以使学生更牢固地理解和掌握各种校正方法，并且学以致用。 （3）MATLAB在教学中的应用。MATLAB仿真技术已经广泛地应用于控制系统的分析和设计中，在教学中利用MATLAB的图形化和交互功能，能使抽象的理论变得生动形象，易于接受和理解，而且用MATLAB画图远比手工画图准确。比如在讲解典型二阶系统的阶跃响应时，可以利用MATLAB逐条画出不同阻尼比时的单位阶跃响应曲线，并把这些曲线以不同的颜色画在一张图上进行对比，给学生以直观的印象使学生更容易理解阻尼比对二阶系统性能的影响。
（4）充分利用网络教学资源。网络教学是课堂教学的延伸，可以对课堂教学起到很好的补充作用。建立网络教学平台，让学生在课余时间也可以自主学习，加深对课堂教学知识的理解并扩宽知识面。学生也可以在网上和同学、老师一起讨论问题，并寻求解决的办法，进一步提高自己分析问题、解决问题的能力。
5.多层次的反馈链条
在教学过程中应该及时和学生进行沟通和交流，以便及时获得学生的反馈信息。比如课堂教学时注意学生的反应，进行课堂提问和课堂讨论，及时批讲作业，利用课间和课余时间与学生进行交流和答疑，听取学生的意见和建议并改进等等。将“反馈”的概念很好地应用到教学活动中，建立多层次的反馈链条，才能达到更好地教学效果。
6.多模式的实验教学
实验是“自动控制原理”教学的重要组成部分，通过实验可以使学生加深对理论知识的理解，并且初步将理论知识应用于工程实际。传统的实验教学模式比较单一，通常是给出系统的模拟电路图，学生按照实验指导书搭建电路、调节参数，即可顺利地得到实验曲线和数据。如果在实验教学中设置一些有一定设计性的实验项目，并且把仿真实验和物理实验结合起来，可以充分调动学生的学习积极性，使学生真正做到理论联系实际。
比如在做典型二阶系统的阶跃响应实验时，只给出参考的电路图和要求的阻尼比等参数，预习时让学生自己根据电路图画出系统的方框图，并根据要求的阻尼比和无阻尼自然振荡频率确定电路中各部分的电阻电容值，实验中利用实验箱搭建电路求取阶跃响应曲线，同时用Simulink仿真软件搭建系统框图进行仿真实验，把理论分析、物理实验和仿真实验的结果进行对比和分析，一方面会加深学生对理论知识的理解，另一方面也让学生学会从实验中发现问题，同时进一步理解对工程实践进行仿真的意义。
二、结论
在多年的“自动控制原理”教学过程中，经过不断摸索和实践，上述教学方法取得了较好地教学效果。总之，自动控制原理是一门理论性和应用性都较强的课程，教师只有在教学过程中不断探索研究各种教学方法，善于总结经验，并在实践中加以验证和改进，才能切实提高教学质量，培养出高素质的人才。
参考文献：
[1]夏德钤.自动控制理论[M].第3版.北京：机械工业出版社，2007.
[2]张文斌，尹福明，等.“自动控制原理”教学方法的应用研究[J].中国电力教育，2011，（19）：66-67.
[3]李振龙，乔俊飞，等.自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨[J].教学研究，2009，32（2）：66-68.
[4]李丽霞，宛波，等.应用型本科院校《自动控制原理》课程教学探讨[J].沈阳工程学院学报，2008，4（3）：421-423.
（责任编辑：李杰）
关键词：自动控制原理；教学方法；教学实践
作者简介：任琦梅（1978-），女，河南平顶山人，河南城建学院电气与电子工程系，讲师。（河南 平顶山 467000）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0106-02
“自动控制原理”是电气工程类及相关专业一门重要的专业基础课程，它是后续“运动控制系统”、“过程控制系统”、“计算机控制系统”等专业课程的基础，同时也是控制理论与控制工程专业考研的一门课程，在专业课程体系中占有重要的地位。
“自动控制原理”介绍的是控制系统分析和设计的基本理论和方法，不针对某一个或某一类具体的系统，而是在工程实践基础上提升和抽象出来的内容，理论性强、概念抽象、数学公式多、内容丰富、涉及知识面广。学生往往因为缺乏工程实践知识，缺乏对实际系统的感性认识而感到学习内容比较抽象、枯燥，因数学基础不扎实而对大量的公式产生畏难情绪，从而影响学习效果，所以要不断进行教学研究和教育改革以提高教学质量。本文探讨并总结了一些“自动控制原理”的教学方法，在教学实践中取得了较好的教学效果。
一、“自动控制原理”教学方法
1.激发学生的学习兴趣
兴趣是学习最好的老师。有了浓厚的学习兴趣，学生才会有学习的积极性。
（1）上好第一次课，调动学习兴趣。讲授课程内容之前，首先要让学生明确该课程在专业中所处的地位和作用，让学生从思想上引起重视。第一次课，要给学生多举一些实际系统的例子，特别是贴近生活、容易理解的实例，比如水箱控制系统、炉温控制系统、直流电动机调速控制系统等，分析系统的控制过程和运行原理，让学生对控制系统有充分的感性认识，对开环控制和闭环控制的概念、控制系统的组成等有深刻的理解，为以后的学习打下坚实的基础。最后，可以把控制系统的概念应用到教学活动中，和学生一起建立一个教与学的系统框图，通过讨论的方法，让学生自己提出反馈的途径（比如作业、提问、建议、复习等）和前馈的通道（如预习等），在这个过程中学生可以更好地理解基本概念，并极大地激发学生的学习兴趣。构建的教与学系统框图如图1所示。
（2）自始至终保持学习兴趣。“自动控制原理”是一门理论性比较强的课程，即使在一开始学生学习劲头十足，在课程学习过程中抽象的概念和理论、大量的数学公式也会使学生产生畏难情绪。在课程讲了一半时还有学生以为该课程只是公式的推导，所以，如何在学习的过程中始终让学生明确学习的目的和保持学习兴趣，是一个值得思考的问题。在教学的过程中，可以以一个学生比较熟悉的工程实例贯穿始终，分别以时域分析法、根轨迹法和频率特性法对这个控制系统进行多方面的分析，并对各种分析结果进行对比，然后用校正的知识对控制系统进行改造和设计。这样，学生在整个的学习过程中都可以学以致用，并对各章知识融会贯通。
2.注重基本概念和物理意义
“自动控制原理”课程中有很多的公式推导，要用到高等数学或工程数学的知识，如果在讲解时进行大量繁琐的数学推导，容易让学生有上数学课的感觉而找不到本课程重点，如果数学基础不扎实，还容易产生畏难情绪。所以在讲解时应该淡化公式推导重在结果分析。比如在讲解典型二阶系统的阶跃响应时，求解不同阻尼比时的阶跃响应表达式是很繁琐的，需要用到拉氏反变换的计算，在讲解时可以说明推导方法，即先求得的表达式，再进行拉氏反变换求取系统的响应，因为不同阻尼比时系统特征根的形式不同，用部分分式法对进行分解的情况不同，所以求得的响应表达式也就有不同的形式，而对具体的推导过程可以一带而过，重点分析对比不同阻尼比下的阶跃响应形式和系统的性能，使学生对阻尼比的概念和物理意义有更深刻的理解。
3.注重前后知识的内在联系
经典控制理论中的时域分析法、根轨迹法和频域分析法三大分析方法往往是被分成独立的章节编写，但在讲授时要注意它们之间的内在联系，对各种分析方法进行对比，比如根轨迹上不同位置对应的时域响应形式的分析、劳斯判据和奈奎斯特稳定判据的对比、奈奎斯特图和伯德图的对比、频域指标和时域指标之间的联系、用不同分析方法分析增大开环增益对系统稳定性的影响等等，这样可以使学生既复习了原有知识又对新知识有更深入的理解，做到温故而知新。
在讲授到后续课程中要用到的内容时，也可以对学生点明，比如在后续的运动控制系统课程中要用三频段的知识对调速系统进行分析和设计，这样可以引起学生的注意让学生更认真学习。
4.灵活多样的教学方法
（1）多媒体教学和传统教学相结合。多媒体教学是传统教学方式的有效辅助手段，在教学过程中，合理选择和运用现代教学媒体，并与板书等传统教学手段有机结合，共同参与教学全过程，将图片、动画、声音等多种媒体信息作用于学生，可以调动学生的兴趣和学习的积极主动性，提高课堂效率，达到更好的教学效果。比如水位控制系统、炉温控制系统等可以做成动画，使学生直观地看到系统运行的过程，更好地理解系统各部分所起的作用和自动调节过程；讲解根轨迹和频率特性时以板书的形式演示作图的过程，使学生更容易理解和掌握等等。在用多媒体课件进行教学时要注意讲解和操作展示的同步性，避免整屏出现大量文字的问题，并且时刻注意发挥教师的主导作用。
（2）设置课堂讨论，鼓励学生自主学习。在教学中可以针对某些重点、难点问题进行课堂讨论，提高学生学习的主动性，并且通过讨论，可以使学生对相关知识有更深刻的理解。比如在各种分析方法都学完了之后，可以给出一个系统的结构图，让学生讨论判断该系统稳定的方法有哪些，并对这些方法判断的结果进行比较，使学生自己对以往的知识点有一个很好的总结并加深印象。再比如，讲完系统的校正后，给出一个系统和要求的性能指标，让学生讨论有哪些校正的方法和途径，该如何实现，并对各种方案进行比较，可以使学生更牢固地理解和掌握各种校正方法，并且学以致用。 （3）MATLAB在教学中的应用。MATLAB仿真技术已经广泛地应用于控制系统的分析和设计中，在教学中利用MATLAB的图形化和交互功能，能使抽象的理论变得生动形象，易于接受和理解，而且用MATLAB画图远比手工画图准确。比如在讲解典型二阶系统的阶跃响应时，可以利用MATLAB逐条画出不同阻尼比时的单位阶跃响应曲线，并把这些曲线以不同的颜色画在一张图上进行对比，给学生以直观的印象使学生更容易理解阻尼比对二阶系统性能的影响。
（4）充分利用网络教学资源。网络教学是课堂教学的延伸，可以对课堂教学起到很好的补充作用。建立网络教学平台，让学生在课余时间也可以自主学习，加深对课堂教学知识的理解并扩宽知识面。学生也可以在网上和同学、老师一起讨论问题，并寻求解决的办法，进一步提高自己分析问题、解决问题的能力。
5.多层次的反馈链条
在教学过程中应该及时和学生进行沟通和交流，以便及时获得学生的反馈信息。比如课堂教学时注意学生的反应，进行课堂提问和课堂讨论，及时批讲作业，利用课间和课余时间与学生进行交流和答疑，听取学生的意见和建议并改进等等。将“反馈”的概念很好地应用到教学活动中，建立多层次的反馈链条，才能达到更好地教学效果。
6.多模式的实验教学
实验是“自动控制原理”教学的重要组成部分，通过实验可以使学生加深对理论知识的理解，并且初步将理论知识应用于工程实际。传统的实验教学模式比较单一，通常是给出系统的模拟电路图，学生按照实验指导书搭建电路、调节参数，即可顺利地得到实验曲线和数据。如果在实验教学中设置一些有一定设计性的实验项目，并且把仿真实验和物理实验结合起来，可以充分调动学生的学习积极性，使学生真正做到理论联系实际。
比如在做典型二阶系统的阶跃响应实验时，只给出参考的电路图和要求的阻尼比等参数，预习时让学生自己根据电路图画出系统的方框图，并根据要求的阻尼比和无阻尼自然振荡频率确定电路中各部分的电阻电容值，实验中利用实验箱搭建电路求取阶跃响应曲线，同时用Simulink仿真软件搭建系统框图进行仿真实验，把理论分析、物理实验和仿真实验的结果进行对比和分析，一方面会加深学生对理论知识的理解，另一方面也让学生学会从实验中发现问题，同时进一步理解对工程实践进行仿真的意义。
二、结论
在多年的“自动控制原理”教学过程中，经过不断摸索和实践，上述教学方法取得了较好地教学效果。总之，自动控制原理是一门理论性和应用性都较强的课程，教师只有在教学过程中不断探索研究各种教学方法，善于总结经验，并在实践中加以验证和改进，才能切实提高教学质量，培养出高素质的人才。
参考文献：
[1]夏德钤.自动控制理论[M].第3版.北京：机械工业出版社，2007.
[2]张文斌，尹福明，等.“自动控制原理”教学方法的应用研究[J].中国电力教育，2011，（19）：66-67.
[3]李振龙，乔俊飞，等.自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨[J].教学研究，2009，32（2）：66-68.
[4]李丽霞，宛波，等.应用型本科院校《自动控制原理》课程教学探讨[J].沈阳工程学院学报，2008，4（3）：421-423.
（责任编辑：李杰）