參與式教學(xué)法在“自動(dòng)控制原理”教學(xué)中的應(yīng)用

張貞艷+劉美俠

【摘 要】工業(yè)、科技等領(lǐng)域自動(dòng)化水平的不斷提高，意味著對(duì)控制理論的應(yīng)用越來越廣泛。《自動(dòng)控制原理》作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其課程重要性毋庸置疑；本文以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，對(duì)“自動(dòng)控制原理”進(jìn)行了教學(xué)方法改革；將參與式教學(xué)法引入課堂，取得了較好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)控制原理；教學(xué)方法改革；參與式教學(xué)法；教學(xué)效果

“自動(dòng)控制原理”是自動(dòng)化、數(shù)控技術(shù)等專業(yè)的專業(yè)課，課程難度較大，學(xué)時(shí)相對(duì)較少，外加我院學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，課題組特對(duì)“自動(dòng)控制原理”進(jìn)行了教學(xué)方法改革。主要將“參與式”教學(xué)法應(yīng)用于課堂，通過實(shí)施反饋，取得了良好的教學(xué)效果。

1 參與式教學(xué)法的設(shè)計(jì)和運(yùn)用

傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)是教師不停地寫板書，書生被動(dòng)地記筆記[1]。為了一改“滿堂灌，效率低”的教學(xué)模式，主要設(shè)計(jì)了如下參與式教學(xué)法：

1.1 多項(xiàng)互動(dòng)法

將多項(xiàng)互動(dòng)法貫穿于整個(gè)授課過程。課前，注意和學(xué)生交流，及時(shí)詢問教學(xué)節(jié)奏是否恰當(dāng)，知識(shí)點(diǎn)理解是否到位，作業(yè)是否存在問題；課上，注意觀察學(xué)生反映，注意詢問重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)掌握情況，以協(xié)調(diào)師生節(jié)奏。課后，對(duì)作業(yè)中普遍出現(xiàn)的問題或課上理解不到位的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行匯總，在下節(jié)課開始前統(tǒng)一解答，盡量不讓學(xué)生累積問題，以免影響后面的學(xué)習(xí)興趣。

1.2 引導(dǎo)式教學(xué)

從改變學(xué)生的惰性和對(duì)教師的依賴性出發(fā)，采用“引導(dǎo)式”教學(xué)積極引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考問題，以培養(yǎng)其學(xué)習(xí)興趣和分析問題的能力。如在講解“控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立”時(shí)，選定如圖1、圖2兩個(gè)系統(tǒng)。圖1以外加電壓為輸入，以電容電壓為輸出，圖2以外力為輸入，以物體位移為輸出，要求建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)。特給學(xué)生做如下引導(dǎo)：

圖1 電氣系統(tǒng)

圖2 機(jī)械位移系統(tǒng)

（1）兩系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？

通過啟發(fā)引導(dǎo)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，看似不相關(guān)的兩系統(tǒng)，實(shí)際上都由3個(gè)元件串聯(lián)而成，且3個(gè)元件中都包含1個(gè)耗能元件（圖1中的電阻，圖2中的阻尼器）、都包含2個(gè)儲(chǔ)能元件（圖1中的電感和電容；圖2中的彈簧和物體）。通過以上引導(dǎo)，使學(xué)生回顧儲(chǔ)能元件的儲(chǔ)能公式，并構(gòu)建如下表格加深印象：

表1 儲(chǔ)能元件及其儲(chǔ)能公式

基于此，得出兩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，且儲(chǔ)能元件的個(gè)數(shù)決定了系統(tǒng)的階次是二階的。

（2）結(jié)構(gòu)相似的系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型是否相似呢？

對(duì)于電氣系統(tǒng)，結(jié)合串聯(lián)電路“復(fù)阻抗”的概念，可求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如（1）式：

將兩個(gè)式進(jìn)行對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，兩系統(tǒng)模型相似，均為二階系統(tǒng)；如果在數(shù)值上滿足：m=LC，μ=RC，k=1，則兩模型相同，此時(shí)兩系統(tǒng)等值。

1.3 歸納總結(jié)法

在“自動(dòng)控制原理”的教學(xué)中，要注意各知識(shí)點(diǎn)的銜接性，注意適時(shí)給學(xué)生進(jìn)行知識(shí)總結(jié)，有助于幫助學(xué)生構(gòu)造知識(shí)體系。

同樣以上述兩系統(tǒng)為例，從控制論的角度出發(fā)歸納總結(jié)習(xí)題帶給我們的幾點(diǎn)啟發(fā)：

（1）控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的；

（2）物理本質(zhì)不同的系統(tǒng)，可以有相似（或相同）的傳遞函數(shù)模型；

（3）從動(dòng)態(tài)性能來看，在相同形式的輸入作用下，傳遞函數(shù)相似（或相同）而物理本質(zhì)不同的系統(tǒng)其輸出響應(yīng)是相似（或相同）的；

（4）基于第（3）點(diǎn)，可以利用電系統(tǒng)來模擬其它系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)先的設(shè)計(jì)研究。

教師的總結(jié)能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的消化吸收，也能幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

1.4 情景模擬體驗(yàn)法

“自動(dòng)控制原理”的學(xué)習(xí)是為將來分析控制系統(tǒng)性能（穩(wěn)定性、暫態(tài)過程：超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差）服務(wù)的，如果系統(tǒng)的性能不能達(dá)到要求，就需要進(jìn)行綜合（設(shè)計(jì)），可以采用根軌跡、頻率校正、PID校正等方法完成[2]。在課程剛開始時(shí)，就有必要把這一目標(biāo)強(qiáng)調(diào)給學(xué)生，在授課過程中，要逐步將這一目標(biāo)細(xì)化；另外，教師平時(shí)注意把科研項(xiàng)目里和本課程掛鉤的知識(shí)點(diǎn)介紹給學(xué)生，方便他們直觀地理解現(xiàn)在課程和后面實(shí)踐環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性。這樣能促使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)知力，通過情景模擬，把知識(shí)學(xué)以致用。1.5 自我設(shè)計(jì)方法

借助Matlab軟件的相關(guān)函數(shù)或者軟件包為“自動(dòng)控制原理”提供有利的輔助驗(yàn)證。例如在進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性判定、頻率特性圖的繪制等過程中，指導(dǎo)學(xué)生利用Matlab進(jìn)行驗(yàn)證或設(shè)計(jì)來強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。這主要是針對(duì)部分有余力的學(xué)生。

2 參與式教學(xué)法實(shí)施的注意事項(xiàng)

為保證“參與式”教學(xué)法的實(shí)施效果，施教過程有幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：

1）認(rèn)真?zhèn)湔n、充分備課

只有對(duì)習(xí)題、案例精心篩選，對(duì)教案、課件認(rèn)真準(zhǔn)備，才能在和學(xué)生互動(dòng)、交流增加的情況下，及時(shí)且全面的預(yù)見和解決困惑學(xué)生的問題。

2）協(xié)調(diào)課程節(jié)奏

交流互動(dòng)環(huán)節(jié)的增加，易影響授課節(jié)奏。要注意區(qū)分學(xué)生所提問題是共性的還是個(gè)性的，是需要在課堂上集中講解的還是可以放到課后網(wǎng)絡(luò)答疑解決的；既要注重培養(yǎng)學(xué)生討論問題的熱情和積極性，又要嚴(yán)格把控好上課節(jié)奏。

3）引導(dǎo)學(xué)生參與，保持其積極性

參與式教學(xué)的順利開展，離不開教師的引導(dǎo)和學(xué)生的配合。課堂上注意適當(dāng)引入小組競(jìng)賽或分組討論的方式等來激發(fā)學(xué)生積極參與的熱情，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 結(jié)論

本文總結(jié)了參與式教學(xué)法在“自動(dòng)控制原理”中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，介紹了施教過程的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。在教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的效果：學(xué)生學(xué)習(xí)熱情飽滿，討論問題積極，知識(shí)掌握更扎實(shí)，分析問題和解決問題的能力有所增強(qiáng)，部分學(xué)生考研目標(biāo)更明確，信心也增強(qiáng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宋亞男，徐榮華.參與式教學(xué)方法在“自動(dòng)控制原理”教學(xué)中的思考與實(shí)踐 [J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（7）：111-112.

[2]張貞艷，劉美俠.“自動(dòng)控制原理教學(xué)改革實(shí)踐”[J].中國電力教育，2010（7）：62-63.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]