自動控制原理課程探究式教學(xué)方法研究

段納1. 王世進(jìn)2.1.江蘇師范大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院； 2.江蘇師范大學(xué)商學(xué)院

自動控制原理課程探究式教學(xué)方法研究

段納1. 王世進(jìn)2.1.江蘇師范大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院； 2.江蘇師范大學(xué)商學(xué)院

本文針對自動控制原理課程教學(xué)進(jìn)行探討。分析傳統(tǒng)教學(xué)中的問題及新工科背景下的要求，給出自動控制原理探究式教學(xué)方法的具體思路，并提供行之有效的操作步驟。通過課堂教學(xué)的反饋來看，探究式教學(xué)能錘煉學(xué)生獨立思考和邏輯推理的能力，獲得良好的教學(xué)效果。

自動控制原理 探究式教學(xué) 博德圖

一、引言

自動控制原理課程主要研究自動控制系統(tǒng)的一般規(guī)律，涵蓋控制系統(tǒng)的模型建立、系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計的基本理論和相關(guān)技術(shù)，是一門理論與實踐緊密結(jié)合的課程。其特點是理論性強、具有繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、復(fù)雜的繪圖理論及數(shù)學(xué)計算[1-3]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不僅要掌握理論知識，還需加強工程實踐能力訓(xùn)練[4-6]。教好學(xué)好本課程都具有重要的意義，但是目前普遍存在的問題是教師在教的過程中往往強調(diào)其邏輯性及理論體系性，而學(xué)生在學(xué)的過程中卻常常忙于背公式做習(xí)題，將其當(dāng)成更為高深難懂的數(shù)學(xué)課程。為改善這種狀況，突顯自動控制原理課程與工程實際緊密聯(lián)系的特點，本文引入自動控制原理課程的探究式教學(xué)理念，以項目驅(qū)動為基礎(chǔ)，并結(jié)合問題互動、先進(jìn)輔助教學(xué)手段等方式對傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行了改革。

二、探究式教學(xué)方法的具體思路

探究式教學(xué)，又稱發(fā)現(xiàn)法、研究法，是指學(xué)生在學(xué)習(xí)概念和原理時，教師只是給他們一些事例和問題，讓學(xué)生自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去獨立探究，自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應(yīng)的原理和結(jié)論的一種方法。探究式教學(xué)體現(xiàn)了教師指導(dǎo)下的學(xué)生主體作用，教師必須更新一些觀念適當(dāng)引導(dǎo)，學(xué)生能主動學(xué)習(xí)。

（一）項目驅(qū)動

通過在自動控制原理的教學(xué)中加入實踐項目環(huán)節(jié)，學(xué)生利用理論知識自主思考，探究給出解決方案，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和團(tuán)隊合作的能力。其中，教師需要合理設(shè)置項目，并給出合適的討論方式。圍繞知識點和實際應(yīng)用設(shè)置實踐項目，體現(xiàn)目的性和層次性，考慮到前后章節(jié)的連續(xù)性，前后項目設(shè)置要有關(guān)聯(lián)，這樣既能培養(yǎng)學(xué)生理論知識的實際應(yīng)用能力，又能使學(xué)生從不同角度不同層面思考問題。

項目完成后應(yīng)及時組織小組討論，選擇合適的項目討論機制不但能讓學(xué)生對已完成內(nèi)容進(jìn)行整理總結(jié)，養(yǎng)成良好的探究習(xí)慣，并能令其在討論中發(fā)現(xiàn)新的問題，激發(fā)進(jìn)一步深入探究的熱情。教師要在探究意識的初期階段下足功夫，發(fā)揮積極的作用[7]。

通過項目驅(qū)動推進(jìn)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)意愿及創(chuàng)新意識,利用臺階式問題的互動學(xué)習(xí)模式培養(yǎng)學(xué)生的批判思維能力,同時結(jié)合先進(jìn)輔助教學(xué)手段及合理的評價體系促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度與主動性。實踐表明,探究式教學(xué)模式能幫助學(xué)生在學(xué)好專業(yè)知識的過程中有效提高自身的創(chuàng)新應(yīng)用能力,更好地滿足實現(xiàn)新工科背景下對應(yīng)用創(chuàng)新型人才的需求[8,9]。

（二）設(shè)置臺階式問題，開展互動學(xué)習(xí)

由于自動控制原理課程本身知識點的抽象性，決定了學(xué)生在學(xué)習(xí)一些概念和易混淆的知識點時，出現(xiàn)理解不到位的情況。教師在教學(xué)過程中需認(rèn)真講解基本概念，同時合理設(shè)置臺階式問題，采用一問一答式教學(xué)模式。教師把問題拋出，請學(xué)生提出問題解決方案，當(dāng)學(xué)生提出多種解決方案時，可以對每一種解決方案進(jìn)行分析和論證，最后教師需要對問題及解決方案給出總結(jié)、反饋和點評。

比如控制系統(tǒng)的頻域響應(yīng)這一章節(jié)的知識點比較抽象，在講解系統(tǒng)博德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系時，教師首先提出問題，系統(tǒng)的動態(tài)特性主要取決于博德圖什么位置? 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與博德圖有什么關(guān)系? 學(xué)生根據(jù)問題分小組討論，通過查閱文獻(xiàn)，分析問題的原因和結(jié)果，最后給出問題的解決方案。采用這種教學(xué)方法時，教師可以布置開放性的題目，將探究式教學(xué)中的學(xué)延伸到了課外，教師的教學(xué)靈活多樣，教師和學(xué)生還可以借助網(wǎng)絡(luò)或其他多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)討論和交流。

（三）利用先進(jìn)手段輔助教學(xué)

在教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的教學(xué)手段可以做到將知識點傳遞給學(xué)生，而合理使的使用先進(jìn)教學(xué)手段能夠進(jìn)行更為有效地教學(xué)。相對于傳統(tǒng)教學(xué)手段而言，多媒體教學(xué)手段直觀新穎，能有效利用情景演示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，尤其在自動控制原理某一些章節(jié)優(yōu)越性較為明顯。在框圖的等效變換、時域分析法、根軌跡法和頻域分析法這些章節(jié)的教學(xué)中，可以讓學(xué)生直觀感受框圖變換、時域、根軌跡、頻域圖形。例如框圖的等效變換法則，相鄰的比較點和引出點不可以交換位置，可以在PPT中做好動畫設(shè)計，學(xué)生能較直觀的接受。根軌跡圖及頻域圖形可以用多媒體教學(xué)直觀體現(xiàn)，既能規(guī)范作圖，又直觀形象。還可以借助Matlab /Simulink 軟件中成熟的控制工具箱能夠快捷方便地向?qū)W生展現(xiàn)相關(guān)方法實現(xiàn)的過程與結(jié)果[10]，根軌跡圖和頻域圖形都能較形象體現(xiàn)。

（四）建立科學(xué)考核評價方法

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是個全方位的動態(tài)過程，因此對學(xué)生的考核應(yīng)采取多種方式和多個過程，需要建立科學(xué)的考核評價方式。為了較好的引導(dǎo)學(xué)生全面發(fā)展，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果合理科學(xué)評價,可以在基礎(chǔ)理論、基本知識、基本技能以及分析問題、 解決問題的能力及綜合素質(zhì)等內(nèi)容考核學(xué)生?？荚囆问綉?yīng)多樣化，可以將完成平時作業(yè)的情況、在課堂上的回答問題表現(xiàn)、實驗環(huán)節(jié)處理分析情況、開卷考試或閉卷考試卷面情況、小組討論、課程設(shè)計論文及其他的檢測手段綜合參考。

三、結(jié)束語

新工科背景下要求工程科技人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，因此在學(xué)生培養(yǎng)過程中要樹立新理念，積極探索新模式。

利用探究式教學(xué)法教師對學(xué)生的思維加以引導(dǎo)和啟發(fā)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)始終處于“問題—思考—探索—解答”的積極參與狀態(tài)，使學(xué)生保持濃厚的興趣和高度集中的注意力，最終體會到概念的內(nèi)涵和規(guī)律的實質(zhì)，錘煉學(xué)生獨立思考和邏輯推理的能力，能獲得良好的教學(xué)效果。

[1]李振龍,喬俊飛,孫亮.自動控制原理課程體系結(jié)構(gòu)和教學(xué)方法探討[J].秦皇島: 教學(xué)研究,2009,32(2) : 66-72.

[2]李長云.“自動控制理論”的系統(tǒng)化教學(xué)實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2013,35(4) :75-77.

[3]余潔,楊平,王新剛.提高“自動控制原理”課程教學(xué)質(zhì)量的探討[J].教育與職業(yè),2010,(29): 28-130．

[4]林敏,鄭永軍,黃詠梅.二階系統(tǒng)頻率特性的探究性教學(xué)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2010,32(2) : 106-108.

[5]唐超穎,姜斌.“自動控制原理”課程的探究性教學(xué)實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2007,29(6): 91-93.

[6]劉琳,劉志新,張秀玲.基于控制系統(tǒng)分析的自動控制理論課程建設(shè)及實踐[J].教學(xué)研究,2012,35( 3) : 47-50.

[7]劉燦,王文煒,龍祖強.自動控制原理課程教學(xué)改革的探索[J].衡陽師范學(xué)院學(xué)報,2011,32(3): 166-168.

[8]賈鶴鳴,張冬妍,戴天虹.自動控制原理課程教學(xué)的探索與研究—以東北林業(yè)大學(xué)為例[J].科教文匯,2015(36): 53-54.

[9]崔明濤,過潤秋，盛英，葉俊杰，段學(xué)超.自動控制原理課程教學(xué)改革探究與實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2015(3): 24-26.

[10]汪洋.基于MATLAB 教學(xué)平臺的自動控制原理教學(xué)改革研究[J].臺州學(xué)院學(xué)報,2011,33(3): 76-81.

段納（1981-），女，山東棗莊人，副教授，主要從事自動控制原理的課程教學(xué)，研究方向：非線性系統(tǒng)的控制理論與應(yīng)用。

項目來源：江蘇師范大學(xué)教學(xué)研究項目資助，項目號:XJG201282。