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摘要：针对工科自动控制原理课程的教学大纲，从专业需求、讲授方法、讲课内容等几个方面对机械专业的自动控制原理教学方法进行了探索，教学效果良好。通过实践教学方法，既提高了学生的学习热情和解决实际问题的能力，又拓宽了学生的学术视野，丰富了自动控制课程的学术内涵。
关键词：自动控制原理；教学方法；教学效果
作者简介：程广贵（1979-），男，江苏盐城人，江苏大学机械工程学院，讲师；凌智勇（1957-），男，江苏南京人，江苏大学机械工程学院，教授。（江苏 镇江 212013）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）13-0075-01
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。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。
一、夯实基础，提高学习效率
“自动控制原理”前期基础课程掌握得好坏直接影响学生学习的进度及积极性。学习本课程时必须夯实基础，扫除学习障碍。然而大学的教学模式有别于中学，一门课程通常会一个学期或半个学期就结束，考查通过就算结束，经过一段时间之后对所学的课程就会遗忘。课程教学过程中，特别是讲解重点内容之前列出相关的前期数学知识，使学生将数学上的理论知识与工科的专业课程实践结合，提高思维水平，拓宽视野。
二、引入形象教学，提高学习兴趣
控制工程课程是一门抽象的专业基础课，理论多、公式多、分析方法多，课程的结构是将实际的系统抽象成数学模型，然后再利用数学知识对其进行分析研究，内容相对枯燥。为了上好这门课，笔者努力将抽象的数学模型用简单形象的事例来复现。
比如，在第一章基本概念中讲解自动控制系统的定义和组成时，为了让学生明白系统的控制过程，笔者分别列举了人工水位控制系统和自动水位控制系统来对比讲解。由于比较贴近生活，同学们对于人工系统的运行原理基本都能理解，所以稍加引导就很容易理解控制对象、被控量、给定值、反馈元件、执行机构等概念。此外，将教师与学生之间的教学关系形象成一个开环、闭环系统，可以通过课堂考核的方法来考查学生掌握知识的程度，进而对教学方法进行相关的改进等等。
再如，在讲解系统稳定性分析中，大部分教材采用的方法是幅角原理或数学中的映射概念来解释，笔者在教学中采用高等数学中的向量运算方法来解释，同时将抽象的向量运算形象化成“羊吃草”的模型，将极点形象化成栓羊的木桩，将极点与S点之间的向量形象化为栓羊的绳，这样拿着一把青草顺着封闭曲线走一圈，则绳子将绕过木桩一圈，进而向量产生2 的增量，而对极点在曲线外的情形，则最终不会被缠绕，此时向量的相位移为0，使大家在宽松的气氛中掌握了本课程的难点。
另外，借助模拟软件（如MATLAB等）使讲授的内容更加生动，活跃了课堂气氛。例如，在自动控制原理的时域分析法中常需要画阶跃响应曲线进行分析，频域分析法需要绘制伯德图和极坐标图等，这些图形需要分析、计算、描点等过程，在黑板上画图费时费力且手工绘图不精确，当采用MATLAB语言时只需几条简单的指令立刻就可以得到相应的精确图形，同时，可以非常方便地观察参数的变化对控制系统尤其是高阶系统的稳定性、动态特性的影响。通过形象教学，活跃了课堂气氛，促进了学生理论联系实际能力的培养。
三、注重概念的理解，避免生搬硬套
对于这门难度较大的课程，教学时应注重概念、弱化计算。只有掌握了基本的概念，有了充分的感性认识，学生才有进一步自我深化的可能。比如稳态误差分析中首先要讲清楚不同系统的误差与偏差的区别，在弄清该区别的基础上结合拉斯变换终值定理推导不同典型输入信号的稳态误差，对于单位反馈系统误差和偏差的值相等，而对非单位反馈系统则二者之间相差一个反馈环节H（s），教材中按稳态误差产生的原因可分为给定信号r（t）引起的稳态误差和干扰信号N（t）引起的稳态误差。对于典型给定信号r（t）产生的稳态误差，在《自动控制原理》教材中已经总结出规律，可直接利用误差系数法求取，具体规律如表1所示。
主要强调两点：第一，使用限制。仅适用于求单位反馈系统响应典型给定信号r（t）（r（t）可以为阶跃信号、斜坡信号或加速度信号）作用下产生的稳态误差；第二，扰动信号N（t）作用下所产生的稳态误差需要从稳态误差的定义入手，通过计算来求取。
再比如对典型环节的理解，典型环节对于控制工程课程的学习有比较重要的意义，因此基本上每本教材都对典型环节进行了详细的介绍，然而即便如此，讲课过程中若不重点突出“典型”两字，则很容易被忽略。在介绍典型环节之前，首先对典型环节的定义、对本门课程后续学习的作用、形式作一些说明，并在接下来的授课过程中进一步强化，最后通过列写不同的表达式来考查学生。
四、结合专业，拓展知识
工科的专业课程最鲜明的特点是其应用性。同时该课程是自动化、电气上程及其自动化机械设计制造及其自动化等专业的专业基础课，是机械类、仪器仪表类、能源动力类、电气信息类等许多专业的基础课，也是许多工科专业非常重要的课程。单纯讲解机械控制的教材较少，通常是电气、机械相结合的形式，为了加强学生理解，在教学过程中必须加入大量的实例讲解，深入浅出地讲解知识点，激发学生的主观能动性，主动积极寻求解决问题的方法，并在此过程中逐渐领悟理论知识。学生可以直观感受到书本知识在实际中的应用，并能激发学习兴趣，获得理论联系实际的启发，从而对理论知识的理解和记忆产生良好的促进效果，进而结合自己的专业知识，拓展讲授微加工工艺等知识，有效地拓宽了学生的视野。
此外，讲课过程中不同专业背景的学生往往更容易接受和理解本专业的一些案例。比如第二章讲授典型环节时，在介绍环节传递函数的同时例举机械原理与设计中的典型机构和电工电子学中的相关环节与系统，并从系统模型中推导出环节传递函数。通过实例讲解，学生能够比较透彻地理解数学模型概念以及环节传递函数的推导方式。
五、结论
为了适应控制技术、控制理论发展的形势需要和新时期对人才培养提出的新要求，自动控制原理作为一门重要的专业基础课，其教学方法与手段的改革应受到重视。本文总结了“自动控制原理”教学过程中教学改革的心得，在教学实践过程中取得了较好的教学效果，但也存在一些不足，希望在进一步的教学实践中探索更好的方法，使“自动控制原理”课程的教学效果迈向一个新的台阶。
参考文献：
[1]周雪琴,张洪才.控制工程导论(第二版)[M].西安:西北工业大学出版社,2008:1-11.
[2]张敏.理论与实践相结合在“自动控制原理”课程中的新探索[J].中国电力教育,2010,(19):77-78.
[3]王鹍,田思庆,周经国.“自动控制原理”课程的教学改革与实践[J].中国电力教育,2010,(6):85-86.
[4]姜树杰.创建自动控制原理课程教学新思路[J].天津职业院校联合学报,2010,12(2):92-95.
[5]何琳琳,刘顺新.“自动控制原理”课程教学改革的理论与实践[J].郑州航空工业管理学院学报(社会科学版),2010,29(2):149-151.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：自动控制原理；教学方法；教学效果
作者简介：程广贵（1979-），男，江苏盐城人，江苏大学机械工程学院，讲师；凌智勇（1957-），男，江苏南京人，江苏大学机械工程学院，教授。（江苏 镇江 212013）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）13-0075-01
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。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。
一、夯实基础，提高学习效率
“自动控制原理”前期基础课程掌握得好坏直接影响学生学习的进度及积极性。学习本课程时必须夯实基础，扫除学习障碍。然而大学的教学模式有别于中学，一门课程通常会一个学期或半个学期就结束，考查通过就算结束，经过一段时间之后对所学的课程就会遗忘。课程教学过程中，特别是讲解重点内容之前列出相关的前期数学知识，使学生将数学上的理论知识与工科的专业课程实践结合，提高思维水平，拓宽视野。
二、引入形象教学，提高学习兴趣
控制工程课程是一门抽象的专业基础课，理论多、公式多、分析方法多，课程的结构是将实际的系统抽象成数学模型，然后再利用数学知识对其进行分析研究，内容相对枯燥。为了上好这门课，笔者努力将抽象的数学模型用简单形象的事例来复现。
比如，在第一章基本概念中讲解自动控制系统的定义和组成时，为了让学生明白系统的控制过程，笔者分别列举了人工水位控制系统和自动水位控制系统来对比讲解。由于比较贴近生活，同学们对于人工系统的运行原理基本都能理解，所以稍加引导就很容易理解控制对象、被控量、给定值、反馈元件、执行机构等概念。此外，将教师与学生之间的教学关系形象成一个开环、闭环系统，可以通过课堂考核的方法来考查学生掌握知识的程度，进而对教学方法进行相关的改进等等。
再如，在讲解系统稳定性分析中，大部分教材采用的方法是幅角原理或数学中的映射概念来解释，笔者在教学中采用高等数学中的向量运算方法来解释，同时将抽象的向量运算形象化成“羊吃草”的模型，将极点形象化成栓羊的木桩，将极点与S点之间的向量形象化为栓羊的绳，这样拿着一把青草顺着封闭曲线走一圈，则绳子将绕过木桩一圈，进而向量产生2 的增量，而对极点在曲线外的情形，则最终不会被缠绕，此时向量的相位移为0，使大家在宽松的气氛中掌握了本课程的难点。
另外，借助模拟软件（如MATLAB等）使讲授的内容更加生动，活跃了课堂气氛。例如，在自动控制原理的时域分析法中常需要画阶跃响应曲线进行分析，频域分析法需要绘制伯德图和极坐标图等，这些图形需要分析、计算、描点等过程，在黑板上画图费时费力且手工绘图不精确，当采用MATLAB语言时只需几条简单的指令立刻就可以得到相应的精确图形，同时，可以非常方便地观察参数的变化对控制系统尤其是高阶系统的稳定性、动态特性的影响。通过形象教学，活跃了课堂气氛，促进了学生理论联系实际能力的培养。
三、注重概念的理解，避免生搬硬套
对于这门难度较大的课程，教学时应注重概念、弱化计算。只有掌握了基本的概念，有了充分的感性认识，学生才有进一步自我深化的可能。比如稳态误差分析中首先要讲清楚不同系统的误差与偏差的区别，在弄清该区别的基础上结合拉斯变换终值定理推导不同典型输入信号的稳态误差，对于单位反馈系统误差和偏差的值相等，而对非单位反馈系统则二者之间相差一个反馈环节H（s），教材中按稳态误差产生的原因可分为给定信号r（t）引起的稳态误差和干扰信号N（t）引起的稳态误差。对于典型给定信号r（t）产生的稳态误差，在《自动控制原理》教材中已经总结出规律，可直接利用误差系数法求取，具体规律如表1所示。
主要强调两点：第一，使用限制。仅适用于求单位反馈系统响应典型给定信号r（t）（r（t）可以为阶跃信号、斜坡信号或加速度信号）作用下产生的稳态误差；第二，扰动信号N（t）作用下所产生的稳态误差需要从稳态误差的定义入手，通过计算来求取。
再比如对典型环节的理解，典型环节对于控制工程课程的学习有比较重要的意义，因此基本上每本教材都对典型环节进行了详细的介绍，然而即便如此，讲课过程中若不重点突出“典型”两字，则很容易被忽略。在介绍典型环节之前，首先对典型环节的定义、对本门课程后续学习的作用、形式作一些说明，并在接下来的授课过程中进一步强化，最后通过列写不同的表达式来考查学生。
四、结合专业，拓展知识
工科的专业课程最鲜明的特点是其应用性。同时该课程是自动化、电气上程及其自动化机械设计制造及其自动化等专业的专业基础课，是机械类、仪器仪表类、能源动力类、电气信息类等许多专业的基础课，也是许多工科专业非常重要的课程。单纯讲解机械控制的教材较少，通常是电气、机械相结合的形式，为了加强学生理解，在教学过程中必须加入大量的实例讲解，深入浅出地讲解知识点，激发学生的主观能动性，主动积极寻求解决问题的方法，并在此过程中逐渐领悟理论知识。学生可以直观感受到书本知识在实际中的应用，并能激发学习兴趣，获得理论联系实际的启发，从而对理论知识的理解和记忆产生良好的促进效果，进而结合自己的专业知识，拓展讲授微加工工艺等知识，有效地拓宽了学生的视野。
此外，讲课过程中不同专业背景的学生往往更容易接受和理解本专业的一些案例。比如第二章讲授典型环节时，在介绍环节传递函数的同时例举机械原理与设计中的典型机构和电工电子学中的相关环节与系统，并从系统模型中推导出环节传递函数。通过实例讲解，学生能够比较透彻地理解数学模型概念以及环节传递函数的推导方式。
五、结论
为了适应控制技术、控制理论发展的形势需要和新时期对人才培养提出的新要求，自动控制原理作为一门重要的专业基础课，其教学方法与手段的改革应受到重视。本文总结了“自动控制原理”教学过程中教学改革的心得，在教学实践过程中取得了较好的教学效果，但也存在一些不足，希望在进一步的教学实践中探索更好的方法，使“自动控制原理”课程的教学效果迈向一个新的台阶。
参考文献：
[1]周雪琴,张洪才.控制工程导论(第二版)[M].西安:西北工业大学出版社,2008:1-11.
[2]张敏.理论与实践相结合在“自动控制原理”课程中的新探索[J].中国电力教育,2010,(19):77-78.
[3]王鹍,田思庆,周经国.“自动控制原理”课程的教学改革与实践[J].中国电力教育,2010,(6):85-86.
[4]姜树杰.创建自动控制原理课程教学新思路[J].天津职业院校联合学报,2010,12(2):92-95.
[5]何琳琳,刘顺新.“自动控制原理”课程教学改革的理论与实践[J].郑州航空工业管理学院学报(社会科学版),2010,29(2):149-151.
（责任编辑：王祝萍）