周振華　陳耿彪　曹太山

[摘 要] 針對自動控制原理課程的特點和現有教學方式的不足，提出了有別于傳統(tǒng)的案例教學法。將一個工程實際應用案例根據課程的授課章節(jié)和重要知識點對案例進行合理的分解，在每個章節(jié)講授完畢后，學生需要根據本章所學的理論知識來完成相應的案例設計任務。通過循序漸進的方式，在課程學習結束后，學生將完成一個系統(tǒng)的工業(yè)實際應用案例的設計與分析，這對學生掌握章節(jié)理論知識之間的聯系與應用是非常有效的。通過該案例教學法在教學實踐中的應用，發(fā)現該案例教學法對充分調動學生的積極性、提高學生興趣有著較好的效果，并能克服傳統(tǒng)的理論教學與實踐教學脫節(jié)的缺點，使得學生能夠充分將理論知識應用到工程實踐，提高學生對該課程知識的掌握程度，全面提高學生的理論知識應用能力、實踐能力與分析解決問題的能力。

[關鍵詞] 自動控制原理；案例教學法；實踐教學；理論教學；同步

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2017） 04-0092-02

一 課程介紹

自動控制原理是電氣信息類、機械類等專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課[1]。通過該課程的學習能使學生掌握自動控制原理的基礎理論，培養(yǎng)學生對控制系統(tǒng)分析與設計能力，提高學生理論水平和知識運用能力，同時對培養(yǎng)學生的辨證思維能力，建立理論聯系實際的科學觀點和提高綜合分析問題的能力具有重要的作用[2]；自動控制原理課程是最優(yōu)控制、神經網絡控制、模糊控制等課程的先修基礎課程，因此其學習質量對后續(xù)課程的學習有著重要的作用；同時自動控制原理課程講授的知識在工程實踐中有著廣泛的用途，對工程實踐有著重要的指導作用。學生是否能夠有效地掌握該課程的理論知識，提高獲取知識和綜合運用知識的能力并解決實際工程問題的能力是該課程教學質量的重要評價指標，因此提高本課程的教學與學習質量是至關重要的。

二 課程特點及存在的問題

自動控制原理作為具有一定理論深度以及與工程實際緊密結合的專業(yè)基礎課程，該課程有如下特點：首先，課程內容抽象、理論性強、章節(jié)銜接緊密。自動控制原理課程的基本研究方法是基于對分析對象進行數學抽象，在獲得的數學模型的基礎上，采用不同的數學工具和數學方法對數學模型進行分析與綜合，并在此基礎上完成控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、性能分析、系統(tǒng)校正等。自動控制原理課程在抽象的數學表達的基礎上，需要借助相應的數學表達和圖形表示來對其進行分析，并且每種數學表達和圖表分析方法都有著相應的數學理論基礎，因此該課程有一定的理論深度且抽象的概念多[3]。其次，自動控制原理前后章節(jié)的理論知識連貫而銜接緊密，前面章節(jié)的學習質量對后續(xù)章節(jié)的學習有著十分重要的影響，因此學生在學習過程中，容易出現學習脫節(jié)。再次，該課程對其他先修課程如：高等數學、復變函數、電路原理、模擬電路等以及MATLAB等數學工具軟件的掌握程度要求較高。如果先修課程的基礎知識不熟悉或掌握不牢固會造成學生學習上的畏難情緒，嚴重挫傷學生的學習積極性從而影響教學效果。最后，自動控制原理課程的研究對象為應用于工程實際的自動控制系統(tǒng)，與工程實際結合緊密，使得自動控制原理課程的學習內容來源于工程實際但又抽象于工程實際，這使得該課程的講授與學習方法與一般的理論基礎課程有著較大的區(qū)別。

從以上分析可知，該課程的特點決定了課程內容學科綜合性強。在傳統(tǒng)的自動控制理論的教學與講授過程中，授課教師重于原理、以及相關數學理論的闡述，其教學現狀有如下特點：現有的理論教學一般沿用傳統(tǒng)的課堂面授教學方法，授課教師與學生通過課堂講授互動進行課程內容學習，但是由于課程數學理論抽象，數學推導繁雜，因此授課教師感到“難教”，學生感到“難學”。而學生不了解理論知識的工程應用意義，更不理解理論與工程實際之間的結合關系，因此使得教學過程脫離工程實際應用，學生接受程度低。其次，學生對MATLAB數學軟件的掌握欠缺，需要耗費大量的精力用于數學運算與圖形繪制，學習效率低下。于此同時，現有教學方式的實踐課一般是在理論課講授結束后，通過相應的上機操作來進行，實踐教學滯后于理論教學。現有教學大綱中實踐教學所占的教學時間比重偏小，對實踐教學缺乏足夠的重視，無法提高學生進行實驗的積極性，導致實踐教學對理論教學的支持深度和廣度都不夠。

針對以上課程的特點和教學現狀，通過案例教學來提升教學效果是一種有效的方法與途徑。文獻[4]介紹了單獨案例法在自控原理課程中的應用，通過某一案例對某一知識點的講解來對某個離散知識點的掌握，而文獻[5]通過對各個章節(jié)離散案例的安排，對章節(jié)理論知識進行鞏固，這樣雖然可以提高學生的學習興趣，但是因為案例的離散而不成體系，學生無法完整的掌握理論知識之間的銜接，對系統(tǒng)設計與分析的理解不完整，缺乏系統(tǒng)的分析與設計思路。

三 工程案例法教學法

本文提出一種新的案例教學法，通過運用與授課專業(yè)相關工程實際應用案例，根據課程講授章節(jié)和內容，對該案例根據章節(jié)知識點進行分解，在每一章節(jié)中對該案例所面臨的不同理論問題和實際問題進行分析與驗證，實現章節(jié)之間理論知識的與工程案例實際應用的統(tǒng)一性，并充分利用MATLAB軟件進行驗證，將理論教學與實踐教學能夠有機的結合起來，同時使得學生理解理論知識體系的連貫性，對理論知識的工程應用形成深入的掌握，有效地激發(fā)學生的學習興趣、提升學習質量，并熟練掌握理論知識的實際應用。

下面舉例說明該案例教學法的應用，以國外經典教材《現代控制系統(tǒng)》[6]教材為藍本，該教材中的案例以計算機領域最常用的磁盤驅動系統(tǒng)為研究對象。硬盤存儲器在現實生活中應用非常廣泛，磁盤驅動系統(tǒng)為硬盤存儲器的核心部件，以磁盤驅動系統(tǒng)為案例，將理論和工程實際相結合，容易激起學生的學習興趣，提高課堂教學效率。將該案例根據教學章節(jié)的理論知識內容展分解成不同層次的設計案例分布于各章節(jié)，在各章節(jié)講授完以后，運用各個章節(jié)的理論知識，完成對應的案例設計與分析，通過這種循序漸進的方式，使得在該課程結束后，設計完成的工程實際應用案例能夠滿足工程實際應用所要求的性能指標。

從提出的案例教學法示例可知，首先根據工程實際應用，先建立系統(tǒng)數學模型，然后在此基礎上對系統(tǒng)的時域分析、穩(wěn)定性分析、頻域分析、誤差分析展開討論和實例分析與設計，最后對系統(tǒng)整體性能進行校正分析，整個過程是循序漸進的，并在這個過程中理論知識和實際應用是緊密聯系和連貫的。授課教師將一個完整的工程實際應用案例根據課程的授課章節(jié)和重要知識點對案例進行合理的分解，在每個章節(jié)講授完畢后，學生需要根據本章所學的理論知識來完成相應的案例設計任務，使得學生在學習過程中能將所學的理論知識與工程實際應用案例相結合，能有效地加深對理論知識的理解，同時有效地提高學生對知識的運用能力。

四 結束語

本文通過對自動控制原理課程特點和教學現狀的分析，提出了有別于傳統(tǒng)的案例教學法，通過將一個工程實際應用問題，合理地與課程各章節(jié)的理論知識相結合，要求學生通過對工程案例的階段性設計目標的進行實現與驗證，層層遞進，通過理論知識在工程案例中的應用，促進學生對理論知識的理解和應用，使得理論教學和實驗教學相互結合、相互促進，克服自動控制理論傳統(tǒng)教學案例法存在的缺點。顯然，通過合理的案例設計可以激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生工程應用意識并增強學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。同時該案例教學法也對學生的先修課程以及MATLAB掌握和熟練程度、學生的課余自學能力也提出了較高的要求。當然，該案例只是提供了該案例教學法的一種思路，授課教師可以根據授課學生的專業(yè)方向以及自己的科研方向、學生的興趣采用更為合適、具體的案例和分解方式。

參考文獻

[1]王敏，劉志華.自動控制原理課程理實一體化教學模式研究[J].大學教育，2014（9）： 157-159.

[2]任祖華，周軍，錢惠敏，等. 基于倒立擺系統(tǒng)案例的自動控制原理教學研究[J].教育教學論壇，2015（43）：170-171.

[3]米智楠，潘柳萍，陳龍安. 案例教學法在“自動控制原理”課程教學中的應用[J]. 中國電力教育，2010（33）： 87-88.

[4]宮二玲，孫志強，沈輝. “自動控制原理”課程中的多元化案例教學[J].電氣電子教學學報， 2015（2）：58-60.

[5]劉慧英.“自動控制原理”課程的改革與實踐[J]. 西北工業(yè)大學學報（社會科學版）， 2000（1）：80-81，89.

[6]謝紅衛(wèi)，鄒蓬興，等.現代控制系統(tǒng)（第8版）[M]. 高等教育出版社，2001（6）.