自动控制理论的“探究式讲授”特色教学法

自动控制理论的“探究式讲授”特色教学法摘要：针对自动控制原理理论性强、讲解抽象等问题，提出了“探究式讲授”特色教学法，为提高自动控制原理课程的教学效果提供了新的思路和方法。

关键词：自动控制原理探究式讲授
中图分类号：g642.42 文献标识码：a doi：
10.3969/j.issn.1672-8181.2013.11.098
我校开设自动控制理论的专业包括控制工程、发射工程和电子工程等，控制工程对该课程要求最高，将其列为最重要的一门专业基础课。

该课程主要特点是理论性强、内容丰富、概念抽象、公式习题多、计算繁杂，学生容易产生厌学情绪，教学效果不够理想[1]。

为提高教学质量，提出“探究式讲授”教学方法，以提高学生学习的积极主动性，改善教学效果。

1 教学方法简介
自动控制理论作为基础理论课，教学适用课堂讲授方式。

与传统的以教师为中心、知识传授型讲授方式不同，我们在课程中采用了引导探究式教学。

从传统的以教师为中心的知识传授性教学，向知识传授与探究相结合，激发学生的特长和潜能，避免照本宣科，采用提问式双向交流、研讨式的课堂形式，引导学生的好奇心，求知欲。

向调动学生自主性为主要目标转变，在传授知识和激发潜力的同时，培养学
员系统、辩证的思维能力。

2 “系统无处不在，控制无处不在”的授课理念
好的教学方法应当是结合课程特点的方法。

重视思想方法的传授，才是素质教育的精髓。

根据自动控制理论的特点，可以从“系统无处不在，控制无处不在”这一角度展开教学。

授课思想包含以下三个方面的内容：
2.1 控制理论是一般性科学
经过数学家与工程人员的几代努力，控制理论已成为具有一般意义的科学。

控制理论的产生与发展的过程，是从特殊到一般的过程；控制理论的应用与思维训练，则是从一般到特殊的变化；而在数学家看来，控制理论本身就是数学的一个分支。

2.2 系统就在身边，控制就在身边
虽然自动控制理论主要针对工程控制问题，但其中的思想早已超出了工程范围。

在我们周围充满控制系统的实例，身边的物是系统，有控制，甚至身边的人也是系统，也有控制。

人永远处于控制系统中，而人本身也是一个超复杂的控制系统。

2.3 我的教学活动也是一个控制系统
根据控制理论，教学活动是一个由教师与学生共同组成的闭环系统，在这个闭环控制系统中，目标是大纲中对学生提出的要求，为了实现这一目标，既有教师课堂讲授的顺馈控制，又有对学生掌握程度的反馈过程，此外为利用控制理论组织与改进教学活动，还
可加入最优化、自适应控制、模糊控制的思想。

3 “高处着眼、低处着手”的教学实施
3.1 高处着眼
要让学生深入地理解自动控制理论，教员需要对控制理论本身具有较全面的把握。

不仅要对课程内容、难点、重点有深入的掌握，还要对自动化发展史、经典控制理论、现代控制理论、智能控制、先进控制等内容有相当全面的了解，对基本的研究方法与结论有一定的应用。

同时还要将控制理论作为兼具哲学意义、数学意义、工程意义的一般性方法，在授课中对学生进行适当的思维训练，从而培养学生系统全面的思维与行为模式，并激励学生热情向上的人生态度。

3.2 低处着手
作为教员，在教学过程中有必要将理论推导的过程讲深、讲透，一点一滴地向学员传递细微之处的思想、方法，让学员认识到数学推导的重要性，对控制系统具有较好的数学抽象与分析能力，并能将控制理论与工程应用结合起来。

在技能与知识结构上达到知识传递的目的，将理论性与抽象性的控制论密切结合实际，进一步借助本课程展示整个学科的特点与成就。

4 教学设计
将以上教学思考具体到课堂讲授上，就是注重系统的观念，并适当扩展控制对象，并不将自动控制理论局限在工程控制中，还包
括经济、社会、生物等系统，对实例加以阐释引导学员经历直观感知、观察发现、归纳类比、空间想象、抽象概括、符号表示、运算求解、数据处理、演绎证明、反思与建构的思维过程，建立系统论与控制论的基本观念。

这样做有助于学生的学习超越教材，对整个学科领域的学术成就有所认识，从而进入到复杂深刻的控制学科学习中。

4.1 实例的选择
以二阶系统时域分析一节课程设计为例。

从二阶系统分析的价值引入，举例说明常见的工程系统如lc网络和弹簧振子都是二阶系统，而一些高阶系统如火星探测器等可降阶为二阶系统，从而建立工程问题与数学模型之间的联系。

再根据特殊到一般认识规律，将二阶线性定常系统集中到典型二阶系统上。

典型二阶系统分析是控制理论教学的重点，许多系统可以用其描述，其参数与性能指标具有简单的解析关系，可作为系统设计的基础。

4.2 讨论问题的设置
模型建立后可进行以下几个方面的讨论：希望得到什么形式的输出？系数设置有何规律？为何这样设置？这些问题的结论反映了控制论的基本思想。

在典型二阶系统时域分析中，注意以下几个问题的探讨：为何选择单位阶跃信号作为输入？决定系统运动形式的关键因素是什么？两个参数各自的取值范围及对特征根的影响作用。

其中最后一个问题引出单位阶跃响应的运动形式划分。

采用
枚举方式将所有可能的输出进行列举，分析数学函数的物理概念，并引导学生发现与归纳几种输出的异同。

整个教学过程中围绕的中心在于从系统角度看性能的影响因素，进而将所得到结论推广到一般系统。

4.3 哲学思想的融入
在系统两个特征参数对稳定性、阻尼性以及快速性三方面的定性影响的讨论中，提醒学生注意稳定性量变到质变的过程，并辩证地认识阻尼比选择的一般要求。

可以看出在这种教学设计下，教学并不仅是以获取静态结果知识为目标的，而是一个联系与分析的思维过程，过程中启发学生对现有知识整理组织，又形成新知识，实现知识结构的建立与扩充。

5 结束语
本文根据“自动控制原理”课程的特点和目前在教学方面存在的问题，进行了教学方法的探讨，提出了“探究式讲授”特色教学方法，引导学生自主学习，加强互动。

这种教学方法提高了学生的学习兴趣，有效提高了教学质量。

参考文献：
[1]荣丽红等.matlab在《自动控制原理》课堂教学中的应用[j].中国电力教育，2011，（5）：76-77.
作者简介：陈励华，第二炮兵工程学院三系，陕西西安 710025 杨艳丽，第二炮兵工程学院三系，陕西西安 710025
张国良，第二炮兵工程学院三系，陕西西安 710025 廖守亿，第二炮兵工程学院三系，陕西西安 710025。