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摘要：“自动控制原理”课程理论知识的逻辑性很强，带有方法论的特点，同时又和工程实践密切相关，在教学中应该采取能够及时反映自动控制领域新技术、新成果和新内容的教学方法。根据课程的特点，采用了适当的教学手段来激发学生的学习主动性和积极性，取得了良好的教学效果。
关键词：自动控制原理；Matlab；虚拟实验
作者简介：吴华丽（1980-），女，重庆人，海军航空工程学院控制工程系，讲师；吴进华（1962-），男，浙江东阳人，海军航空工程学院控制工程系，教授。（山东?烟台?264001）
中图分类号：G642.421?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）22-0060-02
“自动控制原理”是自动化专业的专业基础课，也是系统学科、信息学科、机械学科等相关学科的应用基础，在控制科学与工程科学中占有极其重要的地位。其特点是理论性强，涉及多方面的数理知识，而且比较抽象，是一门具有一定深度和难度的课程。在学习过程中学生感到难学、乏味，从而产生厌学的情绪，造成学习主动性差，严重影响该课程的学习效果。因此，激发学生的学习积极性，提高课程的教学质量迫在眉睫。
一、上好绪论课
绪论是一门课程的序曲，上好绪论课，能够激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。绪论要使学生明白应该怎样学习该课程，把学生引进一个新的学习领域，给学生指引学习的方向，使学生感到有学习的需要，激发学生学习的自觉性。绪论课是建立课程整体概念的起步。通过课程基本概念的明晰、对学科体系框架的把握，学生在整体认识、初步认识的基础上了解课程的内容，形成对本课程的整体概念，能起到高屋建瓴的作用；潜移默化地影响学生的学习方法，使学生在未来的学习过程中能从整体上认识所学问题，起到对知识系统化的作用。[1]
要上好绪论课，需要教师精心设计、合理安排教学内容，做到教法灵活、寓教于乐。在“自动控制原理”的教学中，第一堂课对于引导学生入门是至关重要的。很多课程的绪论课是一些泛泛的介绍，而“自动控制原理”的绪论课会真正接触到控制的精髓。该课程中陌生概念、知识点非常多，如何让学生理解控制的原理不是一件简单的事。可以通过例子从人工控制系统切入到自动控制系统，然后引入“自动控制”的概念，这样学生接触“自动控制”的含义就过渡得很自然，不会显得太唐突。同时，在绪论课上揭示出各章内容的相互联系，使得学生对课程的基本结构有清楚地认识。在这样宏观、明晰的基础框架下展开教学，抓住课程主线，将具体的概念、原理归纳到统一的理论结构中去，融会贯通；使得学生有一个清晰的学习目的和学习思路，避免只学到零碎的计算，缺乏系统性、全局性的把握，产生“只见树木，不见森林”的学习怪圈。课程标准规定绪论课是2学时，教师应该尽量举一些典型的、贴近生活实际的例子让学生体会，也可以让学生自己举一些开环控制、闭环控制的例子，让学生真正吃透。绪论的目标导向使学生的学习更具方向性，知道要学什么，怎么学，使学习变得更加从容自如，不至于使学生茫然而不知所措。
二、加强Matlab在课程教学中的应用
“自动控制原理”课程的理论性比较强，涉及大量的数学知识，在教学中，把Matlab作为一种基本工具与教学内容有机结合，用于控制系统分析、计算、设计和仿真，使教学效果、效率均有明显提高。而且，将Matlab软件引入教学可以极大地提高学生的学习兴趣，通过仿真，学生可以很直观地了解系统的时域响应，根轨迹和频率特性等。在经典控制原理中，系统分析方法以图解为主，教师需要在黑板上画出大量的曲线，这些曲线可能还不太准确，而且会浪费掉部分时间，而Matlab强大的计算功能、丰富的色彩表现力，不仅能轻而易举地绘制出这些曲线，而且能动态地演示曲线的生成，可以给学生留下深刻的印象，使课堂教学的效率得到很大提高，课堂信息量比较饱满。课程主要是介绍方法论，教学中将重点放在系统分析、方法的应用上。对于简单的、易于理解的内容，不长篇大论地讲。比如在以往的教学中占用了大量的课时介绍如何绘制根轨迹、Nquist曲线等，在讲清楚绘制这些曲线原理的基础上，让学生掌握简单的根轨迹绘制，对于复杂的情况，可以让学生使用Matlab提供的相应函数实现曲线的绘制，包括rlocus（num，den）、rlocfind（num，den）、nyquist（sys）等，重点放在应用根轨迹进行工程分析及Nquist稳定判据的讲解上。[2]从这几个方面来看，将Matlab软件引入教学是非常有必要的。在教学中体会很深的是，在画根轨迹时，按照一般步骤，大多数学生就画成了图1的形式，而通过Matlab仿真得到的结果见图2，这和大家平时遇到的就很不一样了。当时学生都很惊讶，对Matlab在控制原理课程的应用表现出了极大的兴趣，之后在可能的情况下他们都希望自己计算的结果能够用Matlab进行验证。同时，这也能促进学生对Matlab软件的掌握，对进一步的工程学习也有很大的帮助。
三、虚拟实验做补充
课程涉及控制系统的模型建立、系统分析、系统设计的基本理论和相关技术。其特点是概念抽象，数学知识应用多，计算繁杂，以致学生难于理解，难以掌握其基本问题、基本思想和基本方法。[3]因此，实践教学能使学生更好地实现理论和实际的有机结合，实践教学已成为自动控制原理课程教学的必不可少的组成部分。传统的课程实验一般采用电子模拟装置加示波器的方式，这就出现了两个问题，一是需要购买一定的设备，这花费昂贵，二是做实验只能在实验室进行，学生在开始进行实验的时候，面对着复杂的硬件电路，往往不知所措，对控制系统的模型不是很了解，只是依据给定的电路来连接；对于控制系统的参数，不知如何调整，而是胡乱地调节电位器值和电容值，很容易造成硬件电路的损坏；更不知调整的参数对应系统的哪些情况。自控实验学时有限，实验室又是非开放性的，要想在有限学时里巩固和掌握课堂内容，显然是很困难的。因此利用Labview控制工具箱制作了自动控制原理的虚拟实验室，只需在自己的机器装上Labview运行引擎，学生就可在课下随时随地通过校园网做虚拟实验，这无疑对课堂知识的消化帮助很大。而且，课堂上也可以利用虚拟实验来调动学生的学习积极性，和Matlab相比，应用Labview制作的虚拟实验界面更友好。在讲解一些关键的知识点时，将所制作的虚拟实验进行演示，就可以实时地调节参数，观察结果，学生通过观看演示实验对控制原理的理解有了很大的帮助，并且加强了学习理论的兴趣，图3所示是其中一个虚拟实验。 四、坚持理论推导
课程的理论性很强，针对基础较差的班次，对于一些较复杂的推导过程通常是略去不讲，只给结论，这样做效果其实并不好。首先结论不容易记住，其次学生不能把结论和以前的知识联系起来，只是孤立地记住了结论，并没有真正理解原理。比如对于奈奎斯特稳定判据，在给大专层次、飞行员层次学生上课的时候，一般只给出结论，但发现学生对这个问题总是掌握不好。后来笔者在给基础同样薄弱学生上课时，改变了方法，详细地对过程一步一步推导，这样学生就将前面所学的稳定的充要条件和这个稳定判据联系起来了，也明白了当有开环极点位于虚轴上时为什么要补画及补画方法，结论得到证明以后，大多数学生都有了恍然大悟的感觉，而且也记忆得更牢了，教学效果很好。笔者的启发是：不管是什么层次的学生，让他们明白结论的来历是非常必要的，只是这个过程中究竟要讲到什么度是教师需要好好把握的。
五、多媒体的合理运用
随着多媒体技术的迅速发展，多媒体教学手段在当前的教学中使用越来越普及，多媒体技术的运用，优势很明显——可以让教室很环保，老师不用“吃”粉笔灰；可以图文并茂，图像、视频、音频并用，让讲课丰富多彩，活跃了课堂气氛，吸引了学生的注意力，恰当运用可更好地激发学生学习的兴趣并提高课堂效率。[4]可是这种先进的教学方式并没有得到学生的欢迎，有学生就说：“多媒体使部分教师懒惰，以前还要在黑板上板书，推导公式；现在上课就放多媒体课件，对着课件照本宣科。而有的老师的课件，是从另外的老师那里拷来的！可想而知，教师上课前根本就没好好备课。”先进的教育技术没有给课堂带来活力，反而让课堂死气沉沉，这是值得教师深思的。教师应该摆正多媒体课件的位置，它只是教学的一种辅助手段，课堂板书一点都不能少，尤其是控制原理的公式推导、证明比较多，必须在黑板上现场演示，将多媒体教学和传统的黑板教学很好地结合，既让学生感觉到课堂的信息量饱满，又使他们感到进度适中。这样，大学课堂的多媒体课件才会真正成为活跃课堂气氛的有效工具，而不是成为摆设或者教师偷懒的手段。
六、结论
培养学生是教学的中心工作，学生的学习效果是衡量教学工作成败的唯一标准，而在学习过程中激发学生的学习兴趣是非常重要的一环，只有发挥学生自身的主观能动性，学习就不再是枯燥的事。在教学过程中还要不断摸索各种教学方法，以提高教学质量。
参考文献：
[1]程淑红,刘琳,刘志新,等.自动控制理论教学改革的思路与实践[J].教学研究,2006,(5).
[2]梅雪,罗益民,夏美娟.基于MATLAB的“自动控制原理”课程建设[J].电气电子教学学报,2005,(2).
[3]李振龙,乔俊飞,孙亮,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,(2).
[4]康广生,江山.有效使用多媒体教学的实践与探索[J].科技创新导报,2011,(3).
（责任编辑：宋秀丽）
关键词：自动控制原理；Matlab；虚拟实验
作者简介：吴华丽（1980-），女，重庆人，海军航空工程学院控制工程系，讲师；吴进华（1962-），男，浙江东阳人，海军航空工程学院控制工程系，教授。（山东?烟台?264001）
中图分类号：G642.421?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）22-0060-02
“自动控制原理”是自动化专业的专业基础课，也是系统学科、信息学科、机械学科等相关学科的应用基础，在控制科学与工程科学中占有极其重要的地位。其特点是理论性强，涉及多方面的数理知识，而且比较抽象，是一门具有一定深度和难度的课程。在学习过程中学生感到难学、乏味，从而产生厌学的情绪，造成学习主动性差，严重影响该课程的学习效果。因此，激发学生的学习积极性，提高课程的教学质量迫在眉睫。
一、上好绪论课
绪论是一门课程的序曲，上好绪论课，能够激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。绪论要使学生明白应该怎样学习该课程，把学生引进一个新的学习领域，给学生指引学习的方向，使学生感到有学习的需要，激发学生学习的自觉性。绪论课是建立课程整体概念的起步。通过课程基本概念的明晰、对学科体系框架的把握，学生在整体认识、初步认识的基础上了解课程的内容，形成对本课程的整体概念，能起到高屋建瓴的作用；潜移默化地影响学生的学习方法，使学生在未来的学习过程中能从整体上认识所学问题，起到对知识系统化的作用。[1]
要上好绪论课，需要教师精心设计、合理安排教学内容，做到教法灵活、寓教于乐。在“自动控制原理”的教学中，第一堂课对于引导学生入门是至关重要的。很多课程的绪论课是一些泛泛的介绍，而“自动控制原理”的绪论课会真正接触到控制的精髓。该课程中陌生概念、知识点非常多，如何让学生理解控制的原理不是一件简单的事。可以通过例子从人工控制系统切入到自动控制系统，然后引入“自动控制”的概念，这样学生接触“自动控制”的含义就过渡得很自然，不会显得太唐突。同时，在绪论课上揭示出各章内容的相互联系，使得学生对课程的基本结构有清楚地认识。在这样宏观、明晰的基础框架下展开教学，抓住课程主线，将具体的概念、原理归纳到统一的理论结构中去，融会贯通；使得学生有一个清晰的学习目的和学习思路，避免只学到零碎的计算，缺乏系统性、全局性的把握，产生“只见树木，不见森林”的学习怪圈。课程标准规定绪论课是2学时，教师应该尽量举一些典型的、贴近生活实际的例子让学生体会，也可以让学生自己举一些开环控制、闭环控制的例子，让学生真正吃透。绪论的目标导向使学生的学习更具方向性，知道要学什么，怎么学，使学习变得更加从容自如，不至于使学生茫然而不知所措。
二、加强Matlab在课程教学中的应用
“自动控制原理”课程的理论性比较强，涉及大量的数学知识，在教学中，把Matlab作为一种基本工具与教学内容有机结合，用于控制系统分析、计算、设计和仿真，使教学效果、效率均有明显提高。而且，将Matlab软件引入教学可以极大地提高学生的学习兴趣，通过仿真，学生可以很直观地了解系统的时域响应，根轨迹和频率特性等。在经典控制原理中，系统分析方法以图解为主，教师需要在黑板上画出大量的曲线，这些曲线可能还不太准确，而且会浪费掉部分时间，而Matlab强大的计算功能、丰富的色彩表现力，不仅能轻而易举地绘制出这些曲线，而且能动态地演示曲线的生成，可以给学生留下深刻的印象，使课堂教学的效率得到很大提高，课堂信息量比较饱满。课程主要是介绍方法论，教学中将重点放在系统分析、方法的应用上。对于简单的、易于理解的内容，不长篇大论地讲。比如在以往的教学中占用了大量的课时介绍如何绘制根轨迹、Nquist曲线等，在讲清楚绘制这些曲线原理的基础上，让学生掌握简单的根轨迹绘制，对于复杂的情况，可以让学生使用Matlab提供的相应函数实现曲线的绘制，包括rlocus（num，den）、rlocfind（num，den）、nyquist（sys）等，重点放在应用根轨迹进行工程分析及Nquist稳定判据的讲解上。[2]从这几个方面来看，将Matlab软件引入教学是非常有必要的。在教学中体会很深的是，在画根轨迹时，按照一般步骤，大多数学生就画成了图1的形式，而通过Matlab仿真得到的结果见图2，这和大家平时遇到的就很不一样了。当时学生都很惊讶，对Matlab在控制原理课程的应用表现出了极大的兴趣，之后在可能的情况下他们都希望自己计算的结果能够用Matlab进行验证。同时，这也能促进学生对Matlab软件的掌握，对进一步的工程学习也有很大的帮助。
三、虚拟实验做补充
课程涉及控制系统的模型建立、系统分析、系统设计的基本理论和相关技术。其特点是概念抽象，数学知识应用多，计算繁杂，以致学生难于理解，难以掌握其基本问题、基本思想和基本方法。[3]因此，实践教学能使学生更好地实现理论和实际的有机结合，实践教学已成为自动控制原理课程教学的必不可少的组成部分。传统的课程实验一般采用电子模拟装置加示波器的方式，这就出现了两个问题，一是需要购买一定的设备，这花费昂贵，二是做实验只能在实验室进行，学生在开始进行实验的时候，面对着复杂的硬件电路，往往不知所措，对控制系统的模型不是很了解，只是依据给定的电路来连接；对于控制系统的参数，不知如何调整，而是胡乱地调节电位器值和电容值，很容易造成硬件电路的损坏；更不知调整的参数对应系统的哪些情况。自控实验学时有限，实验室又是非开放性的，要想在有限学时里巩固和掌握课堂内容，显然是很困难的。因此利用Labview控制工具箱制作了自动控制原理的虚拟实验室，只需在自己的机器装上Labview运行引擎，学生就可在课下随时随地通过校园网做虚拟实验，这无疑对课堂知识的消化帮助很大。而且，课堂上也可以利用虚拟实验来调动学生的学习积极性，和Matlab相比，应用Labview制作的虚拟实验界面更友好。在讲解一些关键的知识点时，将所制作的虚拟实验进行演示，就可以实时地调节参数，观察结果，学生通过观看演示实验对控制原理的理解有了很大的帮助，并且加强了学习理论的兴趣，图3所示是其中一个虚拟实验。 四、坚持理论推导
课程的理论性很强，针对基础较差的班次，对于一些较复杂的推导过程通常是略去不讲，只给结论，这样做效果其实并不好。首先结论不容易记住，其次学生不能把结论和以前的知识联系起来，只是孤立地记住了结论，并没有真正理解原理。比如对于奈奎斯特稳定判据，在给大专层次、飞行员层次学生上课的时候，一般只给出结论，但发现学生对这个问题总是掌握不好。后来笔者在给基础同样薄弱学生上课时，改变了方法，详细地对过程一步一步推导，这样学生就将前面所学的稳定的充要条件和这个稳定判据联系起来了，也明白了当有开环极点位于虚轴上时为什么要补画及补画方法，结论得到证明以后，大多数学生都有了恍然大悟的感觉，而且也记忆得更牢了，教学效果很好。笔者的启发是：不管是什么层次的学生，让他们明白结论的来历是非常必要的，只是这个过程中究竟要讲到什么度是教师需要好好把握的。
五、多媒体的合理运用
随着多媒体技术的迅速发展，多媒体教学手段在当前的教学中使用越来越普及，多媒体技术的运用，优势很明显——可以让教室很环保，老师不用“吃”粉笔灰；可以图文并茂，图像、视频、音频并用，让讲课丰富多彩，活跃了课堂气氛，吸引了学生的注意力，恰当运用可更好地激发学生学习的兴趣并提高课堂效率。[4]可是这种先进的教学方式并没有得到学生的欢迎，有学生就说：“多媒体使部分教师懒惰，以前还要在黑板上板书，推导公式；现在上课就放多媒体课件，对着课件照本宣科。而有的老师的课件，是从另外的老师那里拷来的！可想而知，教师上课前根本就没好好备课。”先进的教育技术没有给课堂带来活力，反而让课堂死气沉沉，这是值得教师深思的。教师应该摆正多媒体课件的位置，它只是教学的一种辅助手段，课堂板书一点都不能少，尤其是控制原理的公式推导、证明比较多，必须在黑板上现场演示，将多媒体教学和传统的黑板教学很好地结合，既让学生感觉到课堂的信息量饱满，又使他们感到进度适中。这样，大学课堂的多媒体课件才会真正成为活跃课堂气氛的有效工具，而不是成为摆设或者教师偷懒的手段。
六、结论
培养学生是教学的中心工作，学生的学习效果是衡量教学工作成败的唯一标准，而在学习过程中激发学生的学习兴趣是非常重要的一环，只有发挥学生自身的主观能动性，学习就不再是枯燥的事。在教学过程中还要不断摸索各种教学方法，以提高教学质量。
参考文献：
[1]程淑红,刘琳,刘志新,等.自动控制理论教学改革的思路与实践[J].教学研究,2006,(5).
[2]梅雪,罗益民,夏美娟.基于MATLAB的“自动控制原理”课程建设[J].电气电子教学学报,2005,(2).
[3]李振龙,乔俊飞,孙亮,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,(2).
[4]康广生,江山.有效使用多媒体教学的实践与探索[J].科技创新导报,2011,(3).
（责任编辑：宋秀丽）