導語：如何才能寫好一篇控制理論的基本概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：自動控制原理；教學方法；教學改革

0 引言

自動控制理論是研究自動控制共性規(guī)律的技術科學，是自動化專業(yè)本科和研究生課程的基礎課程，因此，它是自動化類專業(yè)很重要理論基礎和技術課程。自動控制理論主要包括經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論，以及自20世紀80年代逐漸形成的大系統(tǒng)理論和智能控制理論。這里主要探討一下經(jīng)典控制理論部分——“自動控制原理”的本科教學。

1 教學方法改革

對于這門難度很高的課程，教學時應注重概念，弱化計算。只有掌握了基本的概念，有了充分的感性認識，學生才有進一步自我深化的可能。而同時感性認識獲得的方法莫過于實際的例子。例如：在第一章基本概念中講解自動控制系統(tǒng)的定義和組成的時候，首先需讓同學們明白系統(tǒng)的控制過程，因此我分別舉了一個人工水位控制系統(tǒng)和自動水位控制系統(tǒng)來對比講解。由于比較貼近生活，同學們對于這個人工系統(tǒng)的自動運行原理基本都能自發(fā)自然的理解，所以稍加引導，就很容易理解控制對象，被控量，給定值，反饋元件，執(zhí)行機構等概念。

另外在不同的章節(jié)盡量研究同一個問題，舉熟悉的例子，這樣有利于理解新的概念，有利于鞏固學過的知識，有利于將不同章節(jié)中的知識融會貫通。

2 課程內容改革

自動控制原理的教學過程應突出本門課程具有的方法論特點，使學生建立系統(tǒng)的觀點，培養(yǎng)學生對控制系統(tǒng)的分析能力和初步的控制器設計能力，為專業(yè)課的學習和參加控制工程實踐提供必要的理論基礎。采用“模塊化”教學改革方案。理論教學內容主要由四大部分組成，即控制系統(tǒng)基本概念與數(shù)學描述、分析方法、設計方法、驗證與應用四大塊。其中對具有基礎屬性尤其是學習后續(xù)課程不可缺少的基礎內容應該重點詳細講解。同樣，控制系統(tǒng)頻域及時域校正方法也可以選擇性地講解，因為這部分內容完全可以采用matlab方法完成。

3 理論與實驗相結合

實驗是對理論的應用，有助于學生把枯燥抽象的理論形象化，從而加深對理論知識的理解。實驗由兩部分組成，結合教學進度完成分為驗證性實驗和設計性實驗。配備自動控制理論實驗箱和小功率隨動系統(tǒng)裝置。小型驗證性實驗在自動控制理論實驗箱上進行。實驗箱配有上位機Labview仿真平臺，通過在控制系統(tǒng)的模擬裝置上搭建系統(tǒng)，調整系統(tǒng)參數(shù)和計算機仿真，把之前用理論分析出的結果形象直觀的表達出來，加強了學生對物理概念的掌握，將抽象的數(shù)學模型與實際系統(tǒng)參數(shù)聯(lián)系起來，提高學生的分析能力和實際操作能力。綜合性實驗則安排在課程基本內容學習結束之后，要求學生能綜合運用所學知識，進行系統(tǒng)分析和設計，使系統(tǒng)達到預定的性能指標。

4 從實際控制系統(tǒng)入手進行教學，強調工程和物理概念

“自動控制原理”是一門理論性較強的課程，涉及知識面廣，信息量大，所涉及的數(shù)學基礎較為廣泛，從微積分、復變函數(shù)、離散數(shù)學到矩陣理論。學生覺得難學，教師覺得難教。如果在教學過程中只注重一般的數(shù)學論證，缺乏工程和物理概念的闡述，學生學后不知用在哪里，如何運用。學生在課堂上忙于做筆記，課后忙于根據(jù)公式作大量的習題，考完試后，公式忘掉了，腦子里一片空白。這樣的學習效果為后續(xù)專業(yè)課程的學習、畢業(yè)設計以及就業(yè)工作等帶來許多問題。

在知識的傳授中，注重控制思想和工程背景。本課程的設置目的不僅是對這門學科知識的掌握，更重要的是在各行業(yè)中的具體工程應用。因此在教學的全部過程中必須注重課程在工程的具體情況，并將工程的分析、設計實現(xiàn)方法滲入課程的教學中，如PID參數(shù)的整定及工程整定，可以通過直流電動機轉速控制來實例講解，并且借助于計算機輔助方法Matlab仿真。

5 “自動控制原理”與“信號與系統(tǒng)”有機結合，拓寬學生的知識面

自動化專業(yè)開設的“自動控制原理”和“信號與系統(tǒng)”兩門課，都是作為專業(yè)基礎課開設，兩門課程在內容上存在一定的重復。將兩門課的內容有機的結合在一起，做到一加一等于二，甚至大于二?！靶盘柵c系統(tǒng)”和“自動控制原理”是不同性質的專業(yè)基礎課，雖然在內容上存在重復，但在思想體系及出發(fā)點上不同?！靶盘柵c系統(tǒng)”偏重于弱信號的處理與傳輸，為通信系統(tǒng)的學習做準備。而“自動控制原理”則側重系統(tǒng)的應用。因此在“自動控制原理”的教學過程中，注重對基本概念、基本理論和基本方法的闡述，使學生等到一定的工程應用概念。在選用例子時，盡量選用實際控制系統(tǒng)的例子，這樣能夠使學生在很少的時間內理解一般系統(tǒng)的控制規(guī)律，掌握控制系統(tǒng)的有關概念。而在講述數(shù)學模型中的信號流圖，采樣系統(tǒng)中的z變換和差分方程的求解等內容時，由于這部分內容與“信號與系統(tǒng)”中的部分內容相重復，就可簡單講解。在“自動控制原理”中不重點講述的脈沖響應函數(shù)和卷積的概念，而在“信號與系統(tǒng)”中作為重點進行闡述，這樣可以拓寬學生的知識面，為第三學年學生選專業(yè)奠定了基礎。

6 結語

“自動控制原理”是有關自動化專業(yè)的一門基于實踐的理論基礎課。各個相關高校都非常重視這門課的教學改革與創(chuàng)新，并取得了很大的成績。但在教學中還存在著諸如學生的學習積極性和實驗條件的限制等問題。隨著時代的進步，、教學手段的更新也會與時俱進。只有不懈地努力，堅持理論與實踐相結合的原則、堅持以培養(yǎng)學生的解決實際問題的能力為基準，就一定能進一步提高教學質量。

參考文獻

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[2]鄢景華.自動控制理論[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000.

[3]胡壽松.自動控制原理[M].第四版.北京：科學出版社，2002.

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關鍵詞： 《線性系統(tǒng)理論》 課程教改 基本概念 教學方法 實例教學

引言

目前，《線性系統(tǒng)理論》是國內“控制理論與控制工程”專業(yè)研究生階段的學位基礎課之一。國內許多院校為了加強對相關專業(yè)學生控制理論的強化，特別在本科階段開設了《現(xiàn)代控制理論》等課程，其主要內容與《線性系統(tǒng)理論》基本相同，只是學時較少而已。

從學科發(fā)展和課程建設的角度來看，《線性系統(tǒng)理論》類課程一直是電子信息類學科的核心基礎課程，占用的學時較多，教學的各個環(huán)節(jié)都受到廣泛重視，它也被看成是控制類研究生專業(yè)的標志性課程。因此，這門課程教學的效果將直接關系到相關專業(yè)的學科發(fā)展和研究生的培養(yǎng)質量，它在研究生培養(yǎng)中占有十分重要的地位。

從控制理論發(fā)展的角度來看，目前已經(jīng)建立了完善的線性系統(tǒng)理論體系，包含能控性、能觀測性、線性系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)綜合等在內的系統(tǒng)分析綜合的理論方法，這些理論和方法也將為后續(xù)專業(yè)課程，如，最優(yōu)控制、自適應控制和非線性系統(tǒng)等課程的學習奠定基礎。因此，《線性系統(tǒng)理論》課程的主要任務是通過對線性控制理論知識的講授和指導，奠定研究生的控制理論基礎，培養(yǎng)研究生對控制系統(tǒng)的初步分析和綜合能力，在此基礎上能夠掌握解決初步控制問題的基本方法，這對研究生的專業(yè)理論學習，專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，以及工程實踐能力的提高具有十分重要的作用。

《線性系統(tǒng)理論》課程的主要特點是將實際系統(tǒng)抽象為狀態(tài)空間描述的數(shù)學模型，根據(jù)數(shù)學模型研究系統(tǒng)的各個方面，理論性強、內容豐富。由于課程概念抽象、數(shù)學知識比重大、涉及知識面廣、理論公式多、習題類型繁雜、計算難度較高，學生感到難學、枯燥，容易產(chǎn)生恐懼心理和厭學情緒，學習效果不理想，這將嚴重影響研究生的培養(yǎng)質量和學科的發(fā)展。

國內許多院校都對《線性系統(tǒng)理論》課程的教學十分重視，在注重精選教材和重視課堂教學的同時，還將《線性系統(tǒng)理論》列為研究生精品課程、重點課程或雙語課程進行建設。例如，早在20世紀90年代，清華大學的《線性系統(tǒng)理論》課程就被作為重點課程建設，2002年清華大學研究生精品課程建設工程正式啟動，自動化系的《線性系統(tǒng)理論》課程首先就被納入到精品課程建設項目中。此外，哈爾濱工業(yè)大學、北京航空航天學院、中國科技大學、上海交大和南京航空航天學院等許多高校都將“線性系統(tǒng)理論”列為研究生精品課程、重點課程或雙語課程進行建設。國外一些高校如美國南加州大學、匹斯堡大學和德克薩斯大學等除采用精品教材或自編教材外，還借用輔助教學手段提高教學質量，同時特別注重課程實踐和師生的互動增強教學效果，最重要的是教授們將自己的最新研究成果也在教學中充分展現(xiàn)出來，充分體現(xiàn)出研究型教學的特點。

我校開設的《線性系統(tǒng)理論》課程教學內容主要以線性系統(tǒng)的分析理論和綜合方法為主，課程教學團隊根據(jù)本學科發(fā)展的規(guī)劃目標，結合國內外相關學科的先進教學經(jīng)驗和航運交通行業(yè)的科技發(fā)展，對該課程的教學內容、教學方法等進行了改革、探索和實踐，結合科研項目，在《線性系統(tǒng)理論》課程的理論學習、發(fā)展動態(tài)和實例教學等方面開展了研究型教學研究。

1.注重基本概念，突破難點內容

相較于本科階段講授的《自動控制原理》課程，《線性系統(tǒng)理論》提供了一種截然不同的控制系統(tǒng)分析和綜合的方法，課程具有較強的理論性和較完整的知識體系。在教學中，既要給學生建立完整的知識體系，加強基本概念學習，又要強調理論聯(lián)系實際，注重概念背景的理解和理論運用條件的掌握。

例如，在講解線性系統(tǒng)數(shù)學模型的時候，課程中介紹了一種將微分方程模型轉化為狀態(tài)空間模型的方法，當時并未說明為什么用這種方法選擇狀態(tài)變量，而且由于一些后續(xù)的概念還沒有引入，實際上也沒有辦法講清楚這樣選擇狀態(tài)變量的好處。但是在后來講解線性系統(tǒng)的能控性和能觀測性概念的時候，我們就及時地把前面講解的模型的變換方法與其能控性和能觀測性問題聯(lián)系起來，告訴同學們當時為什么要選擇那樣的狀態(tài)變量，而且這樣的模型變換不需要再討論其能控性或能觀測性的問題，使得同學們對于前后的概念有一個完整的理解，也搞清楚了什么樣的模型需要討論能控性和能觀測性的問題。

在系統(tǒng)穩(wěn)定性理論的講授中，涉及許多穩(wěn)定性概念和穩(wěn)定性定理，理論性較強，例如，BIBO穩(wěn)定、李亞普諾夫穩(wěn)定、漸進穩(wěn)定、一致漸進穩(wěn)定、大范圍一致漸進穩(wěn)定等，這些概念對于理解和運用李亞普諾夫穩(wěn)定性理論十分重要，但是初學者容易混淆。我們就讓學生根據(jù)自己的理解對這些概念及條件進行歸納，然后在課上進行比較討論，最后我們再給出一個歸納各種穩(wěn)定性概念的表格（見表1），讓同學們找出這些概念列表的異同和條件增減的關系。通過這種形式的教學，學生對于李亞普諾夫穩(wěn)定性理論涉及的基本概念和定理有了較扎實和全面的掌握。

表1 課程涉及的各種穩(wěn)定性概念的比較歸納

在李亞普諾夫穩(wěn)定性理論中，系統(tǒng)運動的狀態(tài)是以系統(tǒng)儲能形態(tài)變化作為衡量準則的，這對于絕大多數(shù)物理系統(tǒng)都適用，這一點是比較形象和易于理解的，關鍵是建立系統(tǒng)儲能的數(shù)學描述，即選取合適的李亞普諾夫函數(shù)，迄今沒有普適的方法來建立系統(tǒng)的能量函數(shù)，這對于初學者來說又是一個難點。實際上對于低年級研究生短期內也不可能嫻熟地掌握各種選取李亞普諾夫函數(shù)的技巧。這時，我們根據(jù)科研工作的實際情況和經(jīng)驗，將李亞普諾夫函數(shù)的選擇、控制器參數(shù)的設計和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等幾個問題相結合進行案例教學，使學生了解李亞普諾夫理論的實際使用方法，加深了他們對這方面知識的理解，經(jīng)過近年教學實踐對比，獲得了較好的反響。

2.關注學科發(fā)展，不斷改進教學方法

線性系統(tǒng)理論的發(fā)展目前已經(jīng)比較成熟，《線性系統(tǒng)理論》課程主要是為研究生進行科學研究和工程實踐打下理論基礎。

目前，《線性系統(tǒng)理論》類課程已被國內外大學廣泛列為電子類專業(yè)、系統(tǒng)工程專業(yè)和控制專業(yè)高年級本科生和研究生的核心課程，由于它關系到學科的發(fā)展和研究生培養(yǎng)，課程的建設和教學方法的改革受到了普遍重視。在國外，《線性系統(tǒng)理論》課程在注重精選教材和重視課堂教學的同時，采取了研究型教學，借用輔助教學手段提高教學質量。

我們在不斷探討改進教學的同時，也在時刻關注相關學科發(fā)展和教學動態(tài)，不斷采納“他山之石”。

（1）建立完整教學體系，靈活運用不同教學方法。在控制理論發(fā)展的漫漫歷程中，線性系統(tǒng)理論只是其中的一個發(fā)展階段，然而對于研究生來說，這是一門全新的基礎知識，對于未來繼續(xù)學習后續(xù)課程是十分必要的。在學習過程中，不但要掌握知識難點和要點，而且要突出它在整個控制領域的地位和作用。對于《線性控制理論》課程本身，它也有著相對完整的知識體系，遵循循序漸進的規(guī)律展現(xiàn)課程的內容。因此，在課程教學中，我們非常注意把握這些內在的規(guī)律，幫助學生們理清楚點和面的關系，即始終把教學內容置于一個體系當中，始終讓學生搞清楚所學知識的運用條件及能夠解決的問題，即課程的知識體系定位。

在課程教學中，充分運用各種先進傳媒技術帶來的便利，例如，利用互聯(lián)網(wǎng)絡、數(shù)字校園平臺、多媒體教室等手段建立起交互式的教學環(huán)境，將多媒體課件講授、在線/離線答疑、專題討論、文獻閱讀、課后作業(yè)和課程考核評估等環(huán)節(jié)結合起來，構建多樣化的學習環(huán)境，適應當代青年學生的學習特點。

（2）結合最新科研教學成果，大力推進研究型教學。我們在《線性系統(tǒng)理論》課程教學中充分吸收國內外院校課程建設的有益經(jīng)驗，結合海事院校的行業(yè)特點，利用多媒體手段，積極開展課內外的專題研討，推進研究型教學。比如，就線性系統(tǒng)理論的發(fā)展狀況、李亞普諾夫理論的應用情況、船舶港機的控制問題等內容，組織學生課外查閱文獻，編寫成電子講稿，然后通過教室的多媒體設備在課堂上分組講解討論，通過師生互動增強教學效果。

圖1 橋式吊車運動

另外，結合教師的科研課題，引入真實物理對象，開展研究型教學。例如，對于圖1所示的一種二維橋式吊車，在一定條件下簡化后的微分方程模型如下：

（M+m）x-mlθ-2mlθ+Dx=f■ml-mlθ■-mg=f■ml■θ+2mllθ-mxl=0（1）

可以選擇如下狀態(tài)變量：x■=x，x■=l，x■=θ，x■=x，x■=l，x■=θ，則上面微分方程就可以化為下面的狀態(tài)方程：

x■=x■x■=x■x■=x■x■=（f■-Dx■）/Mx■=g+x■x■■+f■/mx■=（f■-Dx■）/Mx■-2x■x■/x■（2）

在理解各個變量物理意義后，組織同學對上面兩種模型采用Matlab/Simulink進行仿真，通過仿真曲線的對比研究，深入了解兩種模型的建立方法、狀態(tài)變量選擇對模型的影響等，然后指導學生嘗試進行控制器設計和仿真。

（3）課外閱讀論文，關注科研動態(tài)。線性系統(tǒng)理論作為一種控制手段隨著時間的推移也在不斷地豐富完善，其中的一些基本方法也用于解決一些帶有大滯后、輸入受限、非線性特性系統(tǒng)的控制器設計問題。筆者在進行課外論文推薦的時候，結合自己所講授的自適應控制課程，著意向學生講解不同控制方法的發(fā)展情況、特點和應用條件，特別是將線性系統(tǒng)理論應用于不同的工業(yè)控制環(huán)境，解決了許多實際問題，以期引起學生的研究興趣和探索欲望。我們將這些有關線性系統(tǒng)理論最新發(fā)展和應用的論文精選出來，推薦給學生閱讀，并作為課程考核的一項內容，使他們注意了解相關學科的發(fā)展動態(tài)。

經(jīng)過幾年的努力，理論教學與科研實際背景相結合的方法，取得了較好的效果，研究生普遍能夠較快地進入科研環(huán)節(jié)。

3.加強實例教學，使課程具體生動

我們在《線性系統(tǒng)理論》課程教學中，還特別注重理論聯(lián)系實際，通過具體的實例將抽象的概念、方法和理論具體化，同時培養(yǎng)學生的工程意識和動手能力。

（1）利用Matlab/Simulink工具提供的強大的功能，將計算機仿真手段引入課堂。除了在教學過程中提供計算機仿真案例外，還要求學生利用這些仿真工具完成1—2項課后作業(yè)，使這種仿真工具的使用成為教學輔助手段。

（2）開設橋式吊車控制開放性實驗課程，提高學生運用所學知識解決實際控制問題的能力。針對我們重點實驗室的一臺橋式吊車的控制實驗系統(tǒng)（如圖1），課程教學團隊首先給出了橋式吊車的微分方程模型，然后要求學生將其變?yōu)闋顟B(tài)方程，在此基礎上，設計一種控制器，利用李亞普諾夫方法分析穩(wěn)定性，然后用Simulink完成計算機仿真研究，最后，選擇較好的控制方案進行物理實驗。通過這個過程，學生將學到的知識與解決實際的控制問題聯(lián)系了起來，增強了感性認識，提高了分析能力，更重要的是學會了解決控制問題的方法。

圖2 橋式吊車控制實驗系統(tǒng)

加強課程教學的實踐環(huán)節(jié)，有效地培養(yǎng)了研究生的動手能力。經(jīng)過近年來的實踐發(fā)現(xiàn)，對課程實踐環(huán)節(jié)感興趣的學生人數(shù)普遍增加，并有效地激發(fā)出學生對控制理論方法進行嘗試的熱情，取得了較好的效果。

結語

本文首先探討了“線性控制理論”研究生課程的重要性和特點，分析了國內外大學相關專業(yè)對于該課程建設的不同情況，然后結合我們教學團隊的教學科研經(jīng)驗對課程教學改革進行探索，重點探討研究型教學方法和內容，以期提高研究生培養(yǎng)的質量。經(jīng)過近年來教學評估情況的統(tǒng)計對比，教改方法取得了較好的效果。

參考文獻：

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[3]王永川，齊曉慧.“線性系統(tǒng)理論”研究生課程的專題研究式教學[J].電氣電子教學學報，2010Vol32，2：109-110.

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內部控制基本概念

內部控制是指一個單位為了實現(xiàn)其經(jīng)營目標，保護資產(chǎn)的安全完整，保證會計信息資料的正確可靠，確保經(jīng)營方針的貫徹執(zhí)行，保證經(jīng)營活動的經(jīng)濟性、效率性和效果性而在單位內部采取的自我調整、約束、規(guī)劃、評價和控制的一系列方法、手續(xù)與措施的總稱。

內部控制包括控制環(huán)境、風險評估、控制活動、信息與溝通、監(jiān)控等五個相互聯(lián)系的要素?？刂骗h(huán)境是基礎，包括治理結構、組織機構設置與權責分配、企業(yè)文化、人力資源政策、內部審計機制、反舞弊機制等；風險評估是重要環(huán)節(jié)和內容，包括目標設定、風險識別、風險分析和風險應對；控制活動是具體方式和載體，包括職責分工控制、授權控制、審核批準控制、預算控制、財產(chǎn)保護控制、會計系統(tǒng)控制、內部報告控制等；信息與溝通是重要條件，包括信息的收集機制及在企業(yè)內部和與企業(yè)外部有關方面的溝通機制等；監(jiān)測是重要保證，要進行持續(xù)性監(jiān)督檢查，提交檢查報告并提出改進措施。

內部控制理論文獻綜述

吳水澎、邵賢弟、陳漢文等人探討了企業(yè)內部控制理論的發(fā)展與啟示。作者在研究了內部控制理論當時的最新進展，即COSO報告之后，提出該報告對構建我國企業(yè)內部控制綜合框架的啟發(fā)和借鑒意義體現(xiàn)在五個方面，即完善企業(yè)的控制環(huán)境、進行全面的風險評估、設立良好的控制活動、加強信息流動與溝通、加強企業(yè)的內部監(jiān)督；同時建議有關部門和團體制定企業(yè)內部控制準則或指南，為企業(yè)內部控制建設提供一個框架和參考依據(jù)。

陳關亭討論了企業(yè)內部控制的假說，并著重分析了如下幾個問題：第一，風險管理與管理的關系。作者認為管理包括機會管理和風險管理兩個方面。機會管理主要是增加價值，而風險管理主要防止價值減少。第二，風險管理與內部控制的關系。作者認為風險管理與內部控制并不是包含關系，而是完全等價的。第三，內部控制與財務報告的關系。作者認為，既然企業(yè)可以作假帳，那么就同樣可以超越內部控制，內部控制很難防止虛假財務報告。第四，企業(yè)層面控制與業(yè)務層面控制的關系。認為企業(yè)層面控制應貫通業(yè)務層面控制。第五，COSO框架與我國內部控制現(xiàn)狀。在COSO框架評價下我國企業(yè)的內部控制遠未取得預期的效果。

楊雄勝則指出傳統(tǒng)的內部控制理論已面臨來自研究對象、控制立足點及前提條件三方面的挑戰(zhàn)。控制對象已不再是權力制衡、結構穩(wěn)定的組織，內部控制成為組織全力制衡的機制，應使組織具有學習型特征。必須把基于權力控制的內部控制轉變?yōu)榛谛畔⒂^的內部控制。

潘琰與鄭仙萍則注重對內部控制理論構建的基本假設進行了探討。他們在界定內部控制基本假設的內涵和厘清內部控制基本假設的特征之后，提出內部控制的四個基本假設：控制實體假設、可控性假設、復雜人性假設和不串通假設。

謝志華則探討了內部控制的本質和結構。作者指出企業(yè)組織關系包括設立關系和運行關系，這兩種關系決定了企業(yè)內部控制的本質和結構。在企業(yè)組織關系中，在發(fā)起設立時會形成平等的契約關系，以此為基礎所形成的企業(yè)內部控制的本質是制衡。而在運行時會形成科層的等級關系，以此為基礎所形成的企業(yè)內部控制的本質是監(jiān)督。制衡和監(jiān)督既相互區(qū)別又相互聯(lián)系。

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關鍵詞：現(xiàn)代控制理論；教學內容；教學方法；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0132-02

現(xiàn)代控制理論是在上世紀50年代蓬勃興起的航天技術推動下發(fā)展起來的，它是自動控制理論的重要組成部分?，F(xiàn)代控制理論課程是自動化、電氣工程等專業(yè)的核心課程，它主要研究線性系統(tǒng)狀態(tài)的運動規(guī)律以及改變這種運動規(guī)律的可行性及方法，其目的在于建立和揭示隱藏在系統(tǒng)內部的結構、行為、參數(shù)及性能之間的定性或定量關系。從宏觀而言，現(xiàn)代控制理論主要研究系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合兩方面的問題，這門課程的特點是理論性強，用到較多的數(shù)理知識，運算量較大，抽象概念和結論較多，內容涉及多個學科的交叉。然而目前大多數(shù)理工科高校中該課程的教學學時壓縮為32學時。所以在這有限的學時之內，如何甄選恰當?shù)慕虒W內容，改進傳統(tǒng)的教學方法，提高教學質量已成為教學改革所面臨的一個重要問題。為了有效地解決這一突出問題，我校自動化系控制理論課題組的教師，結合現(xiàn)代控制理論課程體系的特點，以創(chuàng)新培養(yǎng)模式和教育理念為指導，不斷探索與總結教學經(jīng)驗，近幾年在教學內容的優(yōu)化，教學方法的改進以及考核方式的完善等方面做了一系列有益嘗試與拓新，取得了令人滿意的教學效果。

一、優(yōu)化教學內容 突出教學重點

在僅有的32課時授課限制下，任課教師要想將教材內容完整無缺地、極其細致地灌輸給學生，那是很難做到的。而且即便勉強能夠把所有內容講完，可能也會出現(xiàn)“欲速則不達”的后果。因此教師必須按照“高等學校自動化專業(yè)教學指導分委員會”制定的教學大綱要求，精選教學內容，強調基本理論，突出教學重點，才能達到預期的教學目的[1]。針對現(xiàn)代控制理論課程體系的特點，我系教師在充分討論和調研的基礎上將教學內容劃分為三大塊，即系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合，這種分塊方法符合人們解決工程問題的一般程序?，F(xiàn)代控制理論這門課程理論性、運算繁雜，學生容易對該課程產(chǎn)生恐懼心理和厭學情緒。這就需要任課教師在講授這門課程的主體內容之前，認真準備一次內容充實、脈絡清晰的緒論課。在緒論部分教師需要講授現(xiàn)代控制理論的發(fā)展過程、研究內容、應用領域以及它與經(jīng)典控制理論聯(lián)系，這樣能夠使學生對該課程的結構與內容有一個全局的把握，從而很好激發(fā)學生的學習興趣。在講授系統(tǒng)建模部分，教師需要對這一部分內容進行“削枝強桿”，重點講解狀態(tài)、狀態(tài)空間、狀態(tài)方程與輸出方程幾個概念。在理論方面重點講述狀態(tài)空間表達式的建立方法，三種建模方法當中根據(jù)機理建模和根據(jù)微分方程建模是講解的重點。為了體現(xiàn)現(xiàn)代控制理論課程的實用性，教師可以針對不用的專業(yè)選擇不同的例子進行講解。例如，如果授課對象是自動化專業(yè)的學生，教師可以選擇車載倒立擺系統(tǒng)作為建模的例子進行講解，如果學生是近電氣類專業(yè)的學生，則可將機電系統(tǒng)作為建模的對象進行講解。這主要是充分考慮到學生的專業(yè)特點和知識系體，盡量選擇學生所熟悉的系統(tǒng)作為建模對象，這樣一方面可以降低課程的難度、便于學生把握，另一方面也能夠體現(xiàn)該課程的實用性，激發(fā)學生的學習熱情。對于系統(tǒng)分析部分，它是現(xiàn)代控制理論課程的難點，這是由于該部分理論性強，用到較多的線性代數(shù)、微分/差分方程、矩陣論以及復變函數(shù)與積分變換等基礎課的知識。為此教師在精簡教學內容的同時，備課時必須要做好知識“回爐”的準備，有些復雜的數(shù)理基礎知識要安排學生課下復習，講課時可以以隨時提問的方式引導學生思考。對于系統(tǒng)分析這一難點部分可以按教材章節(jié)體系細化為運動方程求解、能控性與能觀性、穩(wěn)定性三個面講授。這一部分的講述最好按照由特殊到一般的原則進行，例如在講解運動方程的求解問題時，首先重點講解連續(xù)時間線性定常齊次方程的求解，其核心放在矩陣指數(shù)函數(shù)計算這一問題上，齊次方程的求解方法掌握后，再逐步過渡到非齊次方程的求解；在講解能控性與能觀性判別問題時，也是先講連續(xù)時間定常系統(tǒng)的判據(jù)，再過渡到離散時間系統(tǒng)的判據(jù)；穩(wěn)定性問題先講連續(xù)時間線性定常自治系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)，再過渡的一般線性系統(tǒng)的Lyapunov穩(wěn)定性判據(jù)。在授課內容的詳略安排上，要將主要精力放到連續(xù)/離散時間線性定常系統(tǒng)的分析問題上，而對時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的分析方法則可以略講。只有這樣將理論性強的內容劃整為零、各個擊破，同時針對各部分內容抓大放小、突出重點，才能使學生更深刻、透徹地理解課本主體內容。從哲學的觀點而言，系統(tǒng)分析屬于系統(tǒng)認識的范疇，而系統(tǒng)綜合則為改造系統(tǒng)的范疇。在講授系統(tǒng)綜合問題時一定要向學生強調系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合兩者之間的“前呼后應”對照關系。對于系統(tǒng)綜合問題的講授重點應放在極配置、觀測器設計以及線性二次型最優(yōu)控制幾個經(jīng)典問題上，而對于系統(tǒng)解耦、漸近跟蹤的問題則可略講?？傊?，在優(yōu)化教學內容的同時，教師必須抓住課程的重點，使學生掌握必要的基礎知識和重點內容，學時的壓縮不能以削弱教學內容為代價，而應該突出重點難點問題，使學生更為系統(tǒng)地掌握更多的基本知識和基本理論，從而為創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)打下扎實的專業(yè)基礎。

二、改進教學方法 提高教學質量

教學方法是任課教師為了完成教學任務，傳授與學習教學內容所用的基本手段與途徑，這其中包括教師講授的方法和學生學習的方法。當教學內容和教學目標確定之后，教學方法是否得當，對教學效果起到舉足輕重的作用。由于現(xiàn)代控制理論課程的概念較為抽象、內容極為豐富，所以對其教學方法有很高要求。改進教學方法，進而提高教學質量，是本課程改革的重中之重。我系控制理論課題組的教師在該課程的教學過程中，靈活選擇流圖法，案例法、討論法等教學方法，努力提高教學質量。

1.流圖法教學。在講授課程的緒論部分時，首先將《現(xiàn)代控制理論》課程各章之間的邏輯關系用一個框圖羅列出來，并在圖中用不同顏色的文字將各章的重點、難點以及學習的先后次序詳細地標出來，這樣有利于學生在大腦中建立起這門程的大致框架，從而對課程的總體內容有一個粗線條的把握，有助于學生快速入門。

2.案例法教學。這種教學方法是上世紀初美國哈佛大學工商管理學院提出的，它主要是通過對經(jīng)典案例的分析進行教學的方法，在教學過程中通過組織學生討論一些具有典型意義的案例，并針對案例提出有效的問題解決方法，從而使學生掌握有關的專業(yè)知識與基本理論[2]?，F(xiàn)代控制理論具有理論性與實踐性并重的特點，它與工程實際問題和社會經(jīng)濟問題有著密切的聯(lián)系。現(xiàn)實生活中有很多問題都可以借助現(xiàn)代控制理論的知識來解釋，這些問題都可以作為教學案例。

3.討論法教學。討論法又稱為“辯論法”，是授課教師引導學生圍繞某一問題在課堂上或小組里各抒已見、互相爭辯的教學方法?，F(xiàn)代控制理論課程有很多抽象的概念，這些概念大多是以純數(shù)學的方式引入的，很多時候老師需要引導學生去“咬文嚼字”，并提出一些非常相近概念，讓學生參與討論并分析這些概念的異同。

三、完善考核方式 調整評價體系

對學生學習成績的評價，不僅可以作為檢查學生是否掌握課程內容的手段，也可以作為任課老師教學效果的一種反饋機制。教師應該把課程考核當成調動教與學雙方積極性的有效手段，而不能把它作為對學生施壓的途徑[3]。采用合理的課程考核方法，不但有助于調動學生學習的主動性，而且也有利于老師即時改良教學方法，提高教學質量?，F(xiàn)代控制理論是理論性較強的課程，因此書面命題應重點考查學生對基本概念的理解和基本理論的應用上。同時該課程的許多知識點又頗具應用性，所以僅用試卷的方式考核難以全面準確地反映學生分析與解決問題的能力。因此，更為恰當?shù)目己朔绞綉撌菍⑵谀┑臅婵荚嚺c平時課堂表現(xiàn)、實驗成績以及創(chuàng)新性設計成績相結合。為此，我系將最終總評成績改革為“平時成績+實驗成績+期末成績+創(chuàng)新性設計考核”的模塊化分級積分。該課程的考核總評成績最高為100分，其中：（1）平時成績30分（出勤與課堂表現(xiàn)10分，課后作業(yè)20分）；（2）實驗成績20分（利用Matlab編程完成實驗設計10分，實驗報告10分）；（3）期末試卷考試成績50分；（4）在總評成績不超過100分的情況下，利用現(xiàn)代控制理論進行創(chuàng)新性設計并撰寫書面報告者可加創(chuàng)新成績10分。

在過去的幾年中，針對現(xiàn)代控制理論教學改革中教學內容的優(yōu)化、教學方法的改進以及考核方式的完善等方面，我系控制理論課題組的教師進行了一系列的努力與探索。從教學效果來看，這些方面的改革激發(fā)了學生的學習熱情，增強了學生自主學習的動力，培養(yǎng)了學生的實踐能力與創(chuàng)新能力，教學質量得到了很大提升。但是在教學改革實踐過程中，也遇到了很多新問題，這就要求我們任課教師要不斷研究教學方法、探索教學規(guī)律，為持續(xù)提高教學質量貢獻力量。

參考文獻：

[1]滕青芳.《現(xiàn)代控制理論》課程教學改革的探索與實踐[J].蘭州交通大學學報，2014，33（5）：156-159.

篇5

現(xiàn)代控制理論近年來發(fā)展迅速，使得我們對各類控制對象有了更好的理解，能夠很好地刻畫實際對象中事件驅動的動態(tài)過程，提出了離散事件系統(tǒng)，它的動態(tài)行為是由一系列隨機出現(xiàn)的事件驅動的，而且控制理論界已經(jīng)給出了很多建模方法和建模工具，如Gracefet圖、自動機和Petri網(wǎng)[2,3]。而現(xiàn)有的計算機仿真內容主要是面向連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)，雖然也涉及離散事件系統(tǒng)，但是對離散事件系統(tǒng)建模和仿真方法少有涉獵。離散事件系統(tǒng)的模型大部分來自計算機科學研究領域，現(xiàn)代控制理論和控制工程都離不開計算機，對此類建模工具的了解可以拓寬自動化專業(yè)學生的知識結構，提升他們思考和解決計算機控制工程問題的能力。為此，在計算機仿真課程內容中，我們增加了自動機和Petri網(wǎng)的基本概念?？紤]到學生缺乏離散數(shù)學的基礎，我們擬根據(jù)實際對象建模需要，結合Matlab中的stateflow工具箱，介紹離散事件系統(tǒng)的建模和仿真方法。具體內容包括：

(1)離散事件系統(tǒng)概念；

(2)自動機模型；

(3)Petri網(wǎng)模型；

(4)離散事件系統(tǒng)的自動機模型的建模方法；

(5)離散事件系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型的建模方法；

(6)自動機的仿真模型的設計方法；

(7)Petri網(wǎng)的仿真模型的設計方法。

另外，現(xiàn)實工程領域大多數(shù)系統(tǒng)是混雜系統(tǒng)[4]，既有連續(xù)變化的特征，又有事件驅動的特征，而且連續(xù)變量子系統(tǒng)與事件系統(tǒng)之間相互作用相互影響。從20世紀60年代，學界就開始了混雜系統(tǒng)的研究，目前已經(jīng)取得了豐富的成果，涉及混雜系統(tǒng)的建模、分析、控制、調度和優(yōu)化等問題。其中，建模和分析方法對自動化專業(yè)知識體系的構建非常重要，事件驅動的思想能夠讓學生將控制理論與實際過程更好地建立聯(lián)系，因此在計算機仿真課程中，我們增加了對混合自動機和混合Petri網(wǎng)的介紹，并結合實例闡述如何給出混雜系統(tǒng)的數(shù)學模型以及仿真模型和仿真程序的設計方法。具體內容包括：

(1)混雜系統(tǒng)概念；

(2)混合自動機；

(3)混合Petri網(wǎng)；

(4)混雜系統(tǒng)的混合自動機建模方法；

(5)混雜系統(tǒng)的混合Petri網(wǎng)建模方法；

(6)混合自動機的仿真模型的設計方法；

(7)混合Petri網(wǎng)的仿真模型的設計方法。

二、計算機仿真實踐教學內容改革

計算機仿真是一門實踐性很強的課程，利用代碼將實際對象虛擬到計算機中，這就要求自動化專業(yè)的學生不僅要掌握知識概念，還要能夠編寫代碼用計算機實現(xiàn)抽象的概念。如果實驗課內容設計合理，可以很好地鍛煉學生解決實際問題的能力。鑒于自動控制原理大量內容屬于動態(tài)系統(tǒng)的分析方法，而仿真是分析系統(tǒng)不可或缺的手段，仿真實踐課程可以鞏固控制原理的抽象的知識。如何設計仿真課程的實驗項目對自動化專業(yè)的計算機仿真課程非常重要，圍繞自動化專業(yè)課程體系，我們擬設定如下實驗項目：

(1)二階電路的C程序仿真實驗；

(2)單容水箱的C程序仿真實驗；

(3)電機拖動控制系統(tǒng)的C程序仿真實驗；

(4)一階倒立擺的C程序仿真實驗；

(5)立體倉庫系統(tǒng)的自動機模型仿真實驗；

(6)立體倉庫系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型仿真實驗；

(7)Bang-bang控制液位系統(tǒng)的混雜自動機、Petri網(wǎng)模型的仿真實驗；

(8)反應釜復雜控制系統(tǒng)的Matlab仿真。

三、結束語

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關鍵詞：數(shù)學 金融數(shù)學 資產(chǎn)定價

引言

隨著現(xiàn)代金融理論的逐步發(fā)展和完善，現(xiàn)代金融理論變得更加的復雜。而其中數(shù)學方法在其中的應用尤為重要，尤其是在金融數(shù)學形成之后，數(shù)學在進入體系中的應用變得更加重要。因此，分析數(shù)學在金融領域當中的具體應用具有現(xiàn)實的意義。

一、金融數(shù)學的基本定義

從金融數(shù)學的廣義定義來講，金融數(shù)學是指將數(shù)學理論與方法應用到金融經(jīng)濟運行當中的一門新學科。從狹義的定義來講，金融領域中的數(shù)學問題主要是對不確定條件下多組合證券選擇以及組合投資資產(chǎn)定價理論的分析，其中的套利、最優(yōu)以及均衡是整個理論當中最為重要的三個基本概念。

將數(shù)學應用到金融領域當中就是以一些金融或者是經(jīng)濟中的相關假設出發(fā)，采用抽象的數(shù)學方法來構建如何金融機理的相關數(shù)學模型。金融數(shù)學的主要包括數(shù)學基本概念與方法、相關的自然科學方法等在進入理論當中的多種形式的應用。通過數(shù)學的應用來表達、推理以及證明相關的金融學基本原理。從金融數(shù)學的本質來看，金融數(shù)學屬于金融學的一個重要分支。所以，金融數(shù)學是完全建立在金融理論的背景和基礎之上的，通過金融正規(guī)學術訓練的從事金融數(shù)學的人將會在這個背景下更加具有優(yōu)勢。金融學是以經(jīng)濟學的應用分支學科身份發(fā)展起來的，雖然它以自身充足的特征而從經(jīng)濟學中獨立了出來，但是它依然需要以經(jīng)濟原理以及相關的經(jīng)濟技術作為基礎背景。同時，金融數(shù)學還需要財務知識、稅收理論以及會計原理等作為知識背景。

二、隨機最優(yōu)控制理論

在當前金融理論的數(shù)學應用過程中，一個重要的應用領域就是利用數(shù)學來解決金融問題當中的隨機性問題。而采用數(shù)學理論來解決金融問題的一個重要方法和手段就是隨機最優(yōu)控制理論。

隨機最優(yōu)控制是在整個控制理論發(fā)展晚期逐步的發(fā)展起來的，通過應用貝爾曼最優(yōu)化原理，在結合測度理論以及泛函分析的方法來對隨機性問題進行分析。這種方法形成于上世紀的60 年代末，并在70年代初變得逐步的成熟。從應用隨機最優(yōu)控制理論方法而言，金融學家在這方面的反應是十分迅速的。在70年代初，金融學研究領域當中就出現(xiàn)了幾篇相關的經(jīng)濟學論文，其中就包括默頓（Merton）利用連續(xù)時間的方法論述消費與資產(chǎn)組合中存在的問題，使得兩者之間的組合分析更加符合實際情況；而布羅克 (Brock) 和米爾曼（Mirman）則在隨機變化的情況下，使用離散時間的方法對經(jīng)濟最優(yōu)增長的問題進行了論述。隨后，隨機最優(yōu)控制方法在大部分的金融領域當中都得到了應用。我國的彭實戈等中青年學者在這方面也做出了大量的卓越貢獻。

三、微分對策方法在期權定價與投資決策中的應用

在現(xiàn)代金融理論當中，數(shù)學在金融領域中的另外一個重要應用就是利用微分對策方法在期權定價以及投資決策中進行了分析，而且這方面的應用取得了較為明顯的成果。由于在金融市場的整體規(guī)律與穩(wěn)態(tài)假設不相符合，出現(xiàn)異常的波動過程中，就會導致證券的價格出現(xiàn)異常變化，往往這種變化不服從集合布朗運動。這時，我們就需要使用隨機動態(tài)模型來對證券投資的整體決策問題進行研究和分析。這種方法不管是從理論上還是從實際中都存在著較大的偏差。而利用微分對策方法來對金融領域當中的非幾何布朗分布規(guī)律的金融問題有重要的所用，不但可以有效的放松這個方面的假設，還可以將不確定的擾動假象成為敵對的方面。針對整個不確定問題進行的優(yōu)化分析將可以得到穩(wěn)定性(魯棒性)最強的投資組合策略。

同時，在利用微分對策方法對進入領域中的問題進行分析的過程中，只需要進行一次貝爾曼方程的求解，而該方程屬于一階偏微分方程，相對隨機求解問題中的二階偏微分方程而言要簡單得多。所以，應用微分對策方法來研究金融領域當中的問題將具有廣闊的前景，尤其是對于那些隨機對策、重復問題、組合問題等金融證券投資問題當中的研究具有尤為重要的意義。

四、資本資產(chǎn)定價模型(CAPM)

這里所提到的資本資產(chǎn)定價模型就是建立在以夏普、林特納以及莫辛獨立提出的模型基礎之上的。這個模型具有一系列的相關理想假設，可以將其數(shù)學模型描述成為：

或

其中，——零風險利率；

——證券市場所有證券的評價預期收益率；

——證券市場所有證券的評價預期方差；

——證券I 的預期收益率；

——證券I 的平均收益率；

——預期收益率與平均收益之間的協(xié)方差。

通過利用CAPM模型，建立起了風險與證券收益之間的關系，將風險報酬之間的內部結構進行了完整的表述，也就是說風險報酬屬于一個影響著證券所有收益的相關影響因子的風險組合。而所有的相關因素是表示的是證券市場對風險的承擔者所提供的報酬，它們只與各個相關因素直接相關，而與單個證券種類沒有明顯的關系。利用這個證券模型建立起了各個證券收益與整個資產(chǎn)組合收益之間存在的量化關系，其中的 值反映的就是這種相關程度的大小。而各個不同程度的 值就可以反映出證券市場當中所有證券的收益結構。在金融領域當中，還可以利用CAPM來對證券金融市場中的風險進行歸類，分為系統(tǒng)與非系統(tǒng)風險兩種?？偟膩碇v，通過數(shù)學來建立模型，可以為資本資產(chǎn)定價模型以及收益的預期提供一個更加近似的預測。

五、結語

本文對金融數(shù)學的基本定義以及功用進行了論述，從隨機優(yōu)化理論、微分對策在期權定價與投資決策中的應用以及資本資產(chǎn)定價模型的構建三個方面探討了數(shù)學在金融領域中的應用。體現(xiàn)出了數(shù)學對現(xiàn)代金融分析的重要作用。

參考文獻：

[1]陶袁，張志軍.現(xiàn)代金融理論中金融數(shù)學的應用. 集團經(jīng)濟研究, 2007(34):252

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論文關鍵詞：自考機械過程控制基礎，教學

 

《機械工程控制基礎》課程，是全國高等教育自學考試機電一體化工程專業(yè)（獨立本科）必考的一門專業(yè)基礎課。并且是一門重要專業(yè)基礎課。工程控制論實質上是研究工程技術中廣義系統(tǒng)的動力學問題[1]。機械工程控制基礎課程的主要內容就是根據(jù)控制論的理論基礎，研究機械工程技術中廣義系統(tǒng)的動力學問題。

本課程的主要目的在于培養(yǎng)學生以動態(tài)、整體、聯(lián)系的觀點研究分析一個機械工程系統(tǒng)，運用控制論中的基本概念和方法，解決機械工程領域中有關自動控制及系統(tǒng)動力學方面的問題。其特點是從信息的傳遞、轉換和反饋角度來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為；為采用控制的觀點和思想方法解決生產(chǎn)過程中存在的問題以及為了使系統(tǒng)按預定的規(guī)律運動，達到預定的技術指標，實現(xiàn)最佳控制打下基礎；并且也可以為后續(xù)的機械類相關課程的學習打下一定的理論基礎[2]。

機械工程控制基礎研究的問題帶有普遍性，對工程實踐具有重要的指導意義，該課程的開設對培養(yǎng)學生運用控制原理的基本方法教育教學論文，提高分析和解決各種工程問題的能力奠定扎實的理論基礎。為后續(xù)專業(yè)課學習和今后從事控制工程實踐奠定基礎。

本課程要求考生掌握經(jīng)典控制理論的基本概念，基本原理和基本方法。在牢固掌握控制理論基本概念和典型自動控制系統(tǒng)的特點的基礎上，具備對簡單機電系統(tǒng)進行分析的能力，深刻理解并熟練掌握典型系統(tǒng)（特別是一階系統(tǒng)）的時域和頻域特性；能判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性；了解系統(tǒng)辨識的基本原理及相應的方法怎么寫論文。

但是，由于該課程比較抽象，學生的學習熱情不高，學習效果也不理想，甚至產(chǎn)生厭學的情緒。本文針對自考生的這種現(xiàn)象，提出了與普通本科教學不同的教學方法和教學手段。針對非自學型自考學生，從教師的講解思路和方法出發(fā)，結合本課程的特點，淺談筆者的教學體會，以供同行商榷。

1、了解學生學習現(xiàn)狀

自考學生普遍是，在高中時期學習相對較差，但是，又具有想學會心態(tài)。因此，這是最大的一個矛盾，本身的基礎薄弱，又想學會教育教學論文，通過考試。這就需要教師的辛勤付出去幫助學生解決這一矛盾。

本門課程要求以物理，電工學，高等數(shù)學為基礎，這些前期課程，學生本身可能就沒有學精通，所以，學習氣機械工程控制基礎就會更難。作為授課教師，一定要充分了解學生學不會，是什么原因造成的。當了解的現(xiàn)狀后，就應該吧學生不會的內容再給補充上。當然這里也存在一個課時的問題，不可能把前期的課程全部都再教一遍，能做到的只是，當本門課程用到哪部分內容后，就把那一部分內容補充上，絕不可能通篇全講。

例如：在第二章講授拉普拉斯變換時，就必須把高等數(shù)學中積分和求導的基本公式補充上，不然學生就會因為積分求導不會，而導致拉普拉斯變換學不會。

例如：在講第三章系統(tǒng)的數(shù)學模型時，就必須把物理的受力分析教育教學論文，牛頓定律等補充上。這樣學生才可以分析一個機械系統(tǒng)的受力，才可以建立微分方程。在這一章的內容中還要補充上基爾霍夫電壓定律，電流定律，不然學生就很難建立電網(wǎng)絡系統(tǒng)的微分方程。

在補充上述的內容時，主要是要注重對這些基礎理論如何應用?？梢酝ㄟ^多講例題，講簡單的例題，來使得學生能會用這些基礎理論。

2、樹立學生學習信心

改變學生對機械工程控制基礎的厭學心理，解除對這門課產(chǎn)生恐懼的精神壓力，營造出一種比較輕松愉快的心理環(huán)境；還應該排除心理障礙，盡快的熟悉本門課程中處理問題的方法，轉變學習觀念。

學生在學習時，剛剛開始學，就會覺得不會，因為，開始部分就是拉普拉斯變換。但是，這一章必須要讓學生學會！這是磨刀不費砍材功。這里當然要用到較多的高數(shù)知識，用什么就補什么，這里即使用的課時較多，也必須學會怎么寫論文。一方面這是整個課程的數(shù)學基礎教育教學論文，另一方面如果開始學生就沒學會，那么就會導致學生放棄這門課?？梢酝ㄟ^一些簡單的練習，讓學生感覺自己會做題，在心理上，學生就會慢慢的建立起信心來。在這樣的一個基礎上，學生才可以不恐懼，也就不放棄了。教師講課的過程中常常通過一些暗示給學生，這門課簡單，易學會，易通過。這對于學生樹立學會的信心和通過的信心，是很有幫助的。

每年都會有一部分考生在聽課過程中或聽完全課程后，進入復習階段時感到心中沒底，加之時間緊，就放棄了，很可惜。所以，進入復習階段，教師更應多給學生鼓鼓勁，讓學生樹立“我能行” 的信心。樹立考試成功的信心，不打 “退堂鼓”。

3、提高學生應試能力

一般這個階段要放在全課程學完之后教育教學論文，提高學生應試能力是至關重要的，也是提分最快的方法。

首先，要掌握考試重點，不能通篇用勁。在全面閱讀教材的基礎上，掌握重點章節(jié)內容，著重掌握系統(tǒng)傳遞函數(shù)、方塊圖、誤差分析、時域分析、頻域分析、穩(wěn)定性判別。從知識點分布來看，本課程試題覆蓋了教材七章的全部內容。單選題覆蓋面最廣，基本上每章都能涉及。填空題覆蓋面廣，覆蓋了教材的七章內容，主要是考查學生掌握基本概念的能力，也有少部分是計算的。簡答題考查學生掌握基本概念，最近幾年的簡答題多數(shù)都是概述、識記基本概念。計算題分布很廣，主要是考查學生的綜合應用能力。從整體來看，教材七章內容知識點分布不均勻，重點章節(jié)主要是第3章，第4章，第5章，第6章。而第1章、第2章和第7章是知識點考查較少的章節(jié)。

其次，全面分析歷年考題教育教學論文，了解考試中的題型規(guī)范，試題難度，學生在學習的過程中要熟練掌握各種典型的例題。熟練掌握出現(xiàn)在歷年考題中典型題型的解題思路，并多次練習，歷年考題可以反復練習多次怎么寫論文。

例如：勞斯穩(wěn)定判據(jù)的題目，一部分題目為直接運用勞斯判據(jù)來判斷穩(wěn)定性，還有一部分題目為，求取系統(tǒng)中某參數(shù)的穩(wěn)定范圍。但是這類題目，只要多做練習，學生基本都可以掌握。

最后，學生在應試中總是存在一些問題。因此，要求學生要做到：1.排除一切思想雜念，一心一意答題。2.拿到試卷后，迅速瀏覽試卷。同時要快速瀏覽考題和相應的分值，按難易程度確定做題的順序，首先做最熟悉的題目和內容；主觀題中如有得心應手題，應先做，然后再按順序答題，遇到一時難答的題果斷跳過教育教學論文，答后面的題，以防在某道題上耽擱時間，影響后面的答題。3.答完卷后別忘記重新考慮最初沒確定答案的那些題，另外要至少全部檢查一遍看有沒有因疏忽而出錯的地方。4.不要盲目提前交卷，在確保沒有漏題的情況下經(jīng)過兩遍檢查方可交卷。

4、激發(fā)學生學習潛能

學完本課程后，進入復習階段，一般說來至少要留出一個月的總復習時間。在總復習期間，教師給學生鼓勁，教給學生復習方法，把學生的學習潛能最大限度的挖掘出來。要提醒學生注意：1.制定詳細的復習計劃，按部就班地復習，提高效率。在復習時更應注意經(jīng)常翻閱和回憶教材摘要認真領會，揣摩并加以熟練掌握。

參考文獻

[1]楊叔子，機械工程控制基礎（第五版），武漢：華中科技大學出版社，2005.2。

[2]陳康寧，機械工程控制基礎（1999年版），西安，西安交通大學出版社，2008.218。

篇8

關鍵詞 機械控制工程基礎 課程改革 一般本科院校 專業(yè)特色

中圖分類號：G714 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.08.019

Undergraduate College Mechanical Control

Engineering Curriculum Reform Practice

TANG Hongbin， WU Kangxiong

（College of Automotive and Mechanical Engineering，

Changsha University of Science & Technology， Changsha， Hu'nan 410004）

Abstract For "Mechanical Control Engineering" course characteristics， combined with "mechanical engineering and automation，" Changsha University of professional features， from the teaching content and optimization theory with practice， Practice， teaching methods， teaching ideas into other aspects of the curriculum reform practice. The results show that the practice of these reforms to stimulate student interest， and achieved good results.

Key words Mechanical Control Engineering; course reform; undergraduate college; professional features

0 引言

機械控制工程基礎是機械類專業(yè)的必修課，是一門非常重要的專業(yè)基礎課，在機械類專業(yè)的人才培養(yǎng)體系中起著承上啟下的作用。①它基于經(jīng)典控制理論，結合機械工程中的實際控制應用，介紹經(jīng)典控制理論的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、頻率特性、穩(wěn)定性分析、快速性分析、準確性分析及控制系統(tǒng)性能校正等。通過該課程的學習，使學生了解機械控制系統(tǒng)的基本結構和工作原理，掌握自動控制理論在機械工程中的具體應用;學會分析機械工程系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性、快速性等基本性能，掌握系統(tǒng)設計和校正的本方法;培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為后續(xù)學習專業(yè)課以及從事相關工作打下基礎。②

機械控制工程基礎是數(shù)理基礎課程與專業(yè)課程之間的一道橋梁，課程中有大量的公式、定理、判據(jù)，涉及時間域、頻率域和復數(shù)域，課程內容較枯燥。筆者通過多年的教學經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)：學生感到該課程難度較大，對所學內容不易消化和吸收。這使得一部分學生在學習中的主動性變差，產(chǎn)生厭學情緒，從而嚴重影響到了課程的教學質量。這導致學生整個機械專業(yè)知識體系不完善，出現(xiàn)了中斷，從而影響了人才培養(yǎng)質量。因此，結合機械控制工程基礎的課程特點進行教學改革，對于提高該課程的教學質量，是十分必要的。

本文根據(jù)機械控制工程基礎課程特點，結合我校機械類專業(yè)特色，從課程的教學內容、教學手段及實驗教學等方面開展了一定的探索和研究，對于促進學生學習的主動性和學習效果有一定的參考作用。

1 我校機械類專業(yè)特色

長沙理工大學的“機械設計制造及其自動化”專業(yè)是學校的骨干專業(yè)，其起源于原湖南交通學校1956年創(chuàng)辦的“船舶技術管理”專業(yè)和隨后開設的“筑路工程機械”專業(yè)。1978年經(jīng)國務院批準，在湖南交通學校的基礎上創(chuàng)辦長沙交通學院，歸通部直接管理。自1979年始，筑路工程機械專業(yè)面向全國招收四年制本科生。1987年長沙交通學院開設機械制造工藝與設備專業(yè)，當年開始面向全國招收三年制大專班。1996年經(jīng)教育部批準，在原機械制造工藝與設備?？茖I(yè)的基礎上創(chuàng)辦“機械電子工程”四年制本科專業(yè)。1998年，“筑路工程機械”和“機械電子工程”兩專業(yè)合并為“機械設計制造及其自動化”，設工程機械和機電一體化兩個方向。幾十年來，已培養(yǎng)了近三千名主要在機械和交通領域相關行業(yè)就業(yè)的畢業(yè)生，具有鮮明的機械行業(yè)和交通行業(yè)特色，形成了“立通和工程機械行業(yè)，傳承‘鋪路石’精神;夯實基礎知識，突出機電一體化;強化工程實踐與動手能力，培養(yǎng)面向基層的高級應用型人才”的專業(yè)特色。

2 改革措施

根據(jù)機械控制工程基礎課程特點，結合我?！皺C械設計制造及其自動化”專業(yè)特色，從教學內容理論聯(lián)系實際、優(yōu)化教學內容、實踐環(huán)節(jié)注重虛實結合、多樣化的教學手段、將CDIO教學理念引入教學等方面采取了措施進行了課程改革。

2.1 教學內容理論聯(lián)系實際

機械控制工程基礎所討論的問題源于工程實踐，是進行自動控制系統(tǒng)性能分析和設計所面臨的共性問題。隨著工業(yè)化進程的不斷加快和科學技術水平不斷提高，控制理論的應用面越來越寬，知識體系越來越成熟。但由于本課程偏重理論基礎的介紹，往往使學生在學習中對實際的控制系統(tǒng)缺乏感性知識，他們感到學習的內容比較抽象，和他們接觸的控制系統(tǒng)差距很大，影響學習效果。因此，教師在教學過程中應注重理論聯(lián)系實際。比如，講到機械控制系統(tǒng)的組成時，多舉一些工程機械控制系統(tǒng)和數(shù)控機床控制系統(tǒng)的實例，很容易提高學生的學習興趣。這樣既克服了該門課程的理論性和抽象性，又增加了學生的學習能動性，開闊了學生視野，從而很好地促進教學效果。

2.2 優(yōu)化教學內容

機械控制工程基礎內容比較多而且也比較抽象，我?！皺C械設計制造及其自動化”專業(yè)培養(yǎng)計劃中機械控制工程基礎安排為2.5學分，40學時。由于課程知識點較多，在規(guī)定的時間難以把所有內容講完。所以，我們必須加強課程知識體系的研究，對教學內容進行優(yōu)化。根據(jù)我校機械工程專業(yè)狀況，我們把課程教學內容重放在控制理論的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)快速性分析、系統(tǒng)準確性分析及系統(tǒng)性能校正等幾部分，而對于要求較高的內容，如非線性控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)及根軌跡法等只作簡要闡述，感興趣的學生可以在課下和老師進行交流。

2.3 實踐環(huán)節(jié)注重“虛”、“實”結合

機械控制工程基礎是一門注重實踐、實踐性很強的專業(yè)課程。實踐環(huán)節(jié)對于培養(yǎng)學生分析問題并運用所學知識解決問題的能力起著非常重要的作用，有利于學生工程實踐能力的提高。很多高校機械控制工程基礎的實踐環(huán)節(jié)一般借助MATLAB軟件實施，通常是上機實驗。③④然而，單純采用MATLAB軟件進行虛擬實驗，不夠直觀，與工程實際有些脫節(jié)，激發(fā)不起學生興趣，實驗效果不是很理想。為此，我們對傳統(tǒng)實驗方式進行了改革，采取了“虛”、“實”結合的實驗方式，一部分實驗借助MATLAB軟件平臺上機進行，同時還開設了實物實驗。學院為本課程購買了自動控制工程基礎試驗臺，可以進行控制系統(tǒng)的時域響應分析、頻率特性測試、校正設計等實物實驗。相對于軟件實驗，利用真實的控制器件，更能激發(fā)學生的學習興趣，提高學生主觀能動性，學生也普遍反映更加喜歡這種實驗形式，取得了較好效果。

2.4 多樣化的教學手段

機械控制工程基礎課程中的許多概念和原理等內容，學習過程中需要大量復雜的計算、分析、作圖，這使得傳統(tǒng)的常規(guī)的課堂授課方法很難使學生充分消化吸收。要想獲得較好的教學效果，必須對傳統(tǒng)教學方法進行改革，采用多樣化教學手段。為此，我們在課堂教學中采用“以多媒體教學為主，板書為輔”的方法，改變傳統(tǒng)“板書教學”方式。同時，針對該課程理論性強、計算復雜、繪圖工作量大的特點，將MATLAB軟件引入教學中。MATLAB軟件中有專門的控制系統(tǒng)分析和設計工具箱，比較容易繪制系統(tǒng)的時間響應曲線、Nyquist圖、Bode圖等，利用Simulink模塊可以方便地進行控制系統(tǒng)的性能分析和設計，獲得了良好的教學效果。

2.5 將CDIO教學理念引入教學

CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運作（Operate）等四個英文單詞的縮寫，⑤代表了產(chǎn)品、系統(tǒng)或過程的整個生命周期的所有環(huán)節(jié)。CDIO工程教育教學模式的核心思想是把整個學習過程利用“工程項目”來組織，以學生在項目實施不同階段的知識需求為驅動來安排教學內容和方法。由于機械控制工程基礎這門課程系統(tǒng)性強，適合借助工程案例借助CDIO模式進行教學。作者針對機械控制工程基礎課程特點提出的CDIO教學模式包括四個過程：構思、設計、實施和考核。老師針對所講授的知識點結合具體的工程實例，提出了幾個適合機械控制工程基礎的“工程項目”，并力爭把本門課程的主要知識點融入到“工程項目”中。在實施過程中，把學生分成若干小組，給每個小組分配不同的“工程項目”，針對所要學習的知識點，查閱資料，進行分組討論，加深對知識的理解，并提出解決“工程項目”的具體方案。然后，合理綜合課程內容，通過綜合性實驗或模擬仿真加以驗證。最后，改革傳統(tǒng)考核方式，加大學生在“工程項目”實施過程中和實踐部分的考核分值，根據(jù)學生的考試成績、“工程項目”實施中的表現(xiàn)、實踐動手能力、創(chuàng)新能力等來綜合評分。

3 結語

高等教育的核心是提高人才培養(yǎng)質量，工程教育的目標是為社會輸送合格的工程師，這些目標的實現(xiàn)是要落實在具體的教學過程中。隨著自動控制技術的不斷進步，當前高等工程教育對人才培養(yǎng)有了更高的要求，機械控制工程基礎及其他相關課程的教學改革也應與時俱進，這就要求任課教師要樹立“提高人才培養(yǎng)質量”的教學理念，不斷改善教學方法，優(yōu)化教學內容，精心組織教學過程，提高學生學習的主動性，使學生能夠更好地學習和掌握相關專業(yè)知識，為自身全面發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。筆者從教學內容理論聯(lián)系實際、優(yōu)化教學內容、實踐環(huán)節(jié)注重虛實結合、多樣化的教學手段、將CDIO教學理念引入教學等方面采取了措施進行了機械控制工程基礎的課程改革，取得了良好的效果。

基金項目：長沙理工大學2014年教學改革研究項目（JG1439）

注釋

① 鄭明軍，劉希太，王海花.《機械控制工程基礎》課程教學改革研究與實踐[J].中國科技信息，2009（6）：257-258.

② 王芳.“機械控制工程基礎”課程教學改革探討[J].西安航空技術高等?？茖W校學報，2008（26）：76-77.

③ 鄭明軍，劉希太，王?；?MATLAB在《機械控制工程基礎》教學中的應用探討[J].太原理工大學學報（社會科學版），2001（19）：39-41.

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關鍵詞：自動控制理論；課程體系；教學改革；網(wǎng)絡教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）24-0154-03

一、引言

自動控制理論是研究自動控制一般規(guī)律的技術科學，是自動控制技術的理論基礎。由于自動控制理論內容涉及面廣，包括電路、大學物理、高等數(shù)學、積分變換、線性代數(shù)、機械、計算機輔助設計等交叉學科的很多知識，理論性和抽象性強，具有內容豐富、信息量大和發(fā)展更新速度快等特點[1，2]，因此難教難學，在學生中流傳著自動化專業(yè)的“天書”這一雅號。所以，為了使學生更好地學習這門課程，為后續(xù)課程的學習打下良好基礎，本文將從教學內容、教學方法和教學手段等方面進行改革探索。

二、自動控制理論的課程設置

1.課程地位與目的。隨著現(xiàn)代化技術的不斷發(fā)展，自動化越發(fā)深入各行各業(yè)以及人們的生活，自動化知識也越來越成為人們需要了解的必不可少的內容。因此自動控制理論成為工科院校自動化、電力、電自、機械、熱能、核電、風電、建環(huán)等諸多本科專業(yè)的專業(yè)基礎課程，同時也是自動化類專業(yè)的碩士研究生入學考試的必考課程[2]。通過本課程的學習，使每個學生能多角度、分層次地充分了解和認識自動控制理論以及相關課程發(fā)展的狀況及專業(yè)知識特點，并把握局部或整體的理論，使學生所學知識同實際工業(yè)過程的應用相聯(lián)系，為學生實踐打下扎實的基礎，也為學生進一步學習“過程控制”、“運動控制”、“計算機控制系統(tǒng)”等后續(xù)專業(yè)課程打下良好的基礎。

2.課程教學的原則。在教學過程中，以學生為本是教學的基本原則，要時刻圍繞以學生為中心展開教學[3]。對于教師來說，教師是知識的傳播者，教師在傳授知識的過程中，必須對所傳授的知識掌握透徹，理清課程脈絡，使所講內容前后連貫，構成一個統(tǒng)一的整體。對于學生來說，學生是知識的接受者，學生的知識水平和理解能力有限，準確地把握好學生的學習難點、理解誤區(qū)，相應的調整授課內容，講解時做到深入淺出，才能更好地引導學生掌握學習內容。其教與學的關系可用圖1來表示[2]，形成復合控制，以求得更好的教學效果。

三、自動控制理論的課程體系

自動控制理論的課程體系包括結構體系和內容體系兩方面，結構體系強調學習的主線，是該門課程的整體脈絡，使學生在學習過程中能夠縱觀全局；內容體系強調不同專業(yè)對該課程應掌握的內容以及學習要求，使學生學習時能夠突出重點[4]。

1.結構體系。結構體系的把握要從“三縱三橫”出發(fā)[5]?！叭v”是指系統(tǒng)在三域（時域、頻域、復域）中的數(shù)學模型；“三橫”指系統(tǒng)特性（穩(wěn)定性、靜態(tài)特性和動態(tài)特性）的分析。如圖2所示。（1）“三縱”理清三域中的數(shù)學模型之間的關系，如圖3所示。對于一個實際系統(tǒng)來說，可以根據(jù)對象的特點建立時域模型、復域模型和頻域模型，模型的建立是等效的，三種模型之間可以按照圖3所示相互轉換。學會建立系統(tǒng)的數(shù)學模型是分析問題和解決問題的前提，因此學生能夠理清三者之間的關系對于后續(xù)的學習至關重要。把握好這條主線，使學生能夠縱觀全局，樹立一個“縱向”思路。（2）三橫。結合系統(tǒng)的數(shù)學模型，熟練掌握系統(tǒng)分析的三要素：穩(wěn)定性、靜態(tài)特性和動態(tài)特性。系統(tǒng)性能指標是衡量系統(tǒng)好壞的重要依據(jù)。只有能夠準確分析系統(tǒng)的性能，才能知道如何更好的改進系統(tǒng)，這樣才能使學生形成良好的“橫向”思維。

2.內容體系。自動控制理論包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論兩部分。（1）經(jīng)典控制理論：主要內容有自動控制系統(tǒng)的基本組成和結構，自動控制系統(tǒng)的性能指標，自動控制系統(tǒng)的模型建立，線性系統(tǒng)的時域分析、根軌跡分析和頻率特性分析，離散系統(tǒng)的模型建立及性能分析，非線性系統(tǒng)的性能分析以及自動控制系統(tǒng)的設計方法，等等[6]。按照先概念、再模型、然后分析方法和指標、最后校正的步驟逐步進行。（2）現(xiàn)代控制理論：主要內容有系統(tǒng)的數(shù)學模型即狀態(tài)空間表達式的建立，控制系統(tǒng)的運動分析、能控性與能觀性分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析以及系統(tǒng)的反饋校正、極點配置、狀態(tài)觀測器的建立等[7]。按照先概念、再模型、然后分析方法和指標、最后校正的步驟進行。

四、自動控制理論課程教學現(xiàn)狀

1.從教師來說，教師之間“各自為政”，不利于提高教師的教學水平和工作效率。其一，在課堂教學上每位不同的授課教師都是按照自己的理解設計了不同的課件，因教學經(jīng)驗不同，即使選用相同的教材，每個人根據(jù)所教專業(yè)不同靈活選用例子的水平以及利用多媒體和板書的結合程度都是不同的，互相交流、集體備課討論環(huán)節(jié)較少，導致不同教師即使講授同一門課程教學效果也可能相差很大。其二，目前自動控制理論課程因涉及的專業(yè)面廣而課目眾多，教師任務繁重，并且每個教師按自己的教學任務設答疑時間、地點，因此導致教師之間的教學交流較少。

2.從學生來說，不能給學生創(chuàng)造更好的自動控制理論的課外學習環(huán)境。由于學生功課學習任務重，不可能有大量的時間搜索整理大量的自動控制理論的課外拓展學習資料，也不可能實現(xiàn)不受時間地點限制的與同學、教師交流和討論，因此減少了學生的學習途徑，限制了學生對本門課學習的興趣度和學習熱情。其次，學生學習的態(tài)度也有很大變化，當前學生學習更加注重以后是否能應用到工作實際當中，如果與以后工作無關，學生對該門課程就會變得消極懈怠[1]，而且學生不重視理論的學習，覺得枯燥乏味，降低了學習興趣，因此提高學生學習興趣是自動控制理論課程的重要環(huán)節(jié)[8]。

五、自動控制原理課程的改革與實踐

針對上述教學過程中存在的問題，我們從以下方面進行改革與實踐。

1.更新教學內容，激發(fā)學生對自動控制理論學習的好奇心和自主學習動力。（1）重視理論教學同時注重理論聯(lián)系實際，在課堂講授內容中注意基本概念與基本方法的介紹，同時積極引入案例式教學方法，通過列舉日常生產(chǎn)中的通俗易懂的實例，如馬桶水箱水位控制系統(tǒng)、冰箱、空調溫度控制系統(tǒng)等，激發(fā)學生的學習興趣。（2）通過理論聯(lián)系電力大學專業(yè)背景、電力專業(yè)特色，例如自動化、熱能等專業(yè)可以列舉如汽包水位控制系統(tǒng)、主蒸汽溫度控制系統(tǒng)、爐膛負壓控制系統(tǒng)等例子，對于機械專業(yè)可以選取阻尼器、彈簧等構成的機械系統(tǒng)，于電氣專業(yè)可以選取電動機轉速控制系統(tǒng)、RLC電網(wǎng)絡系統(tǒng)等，通過大量控制系統(tǒng)的實例進行分析，提高學生分析問題的能力，同時提高學生對后續(xù)專業(yè)知識學習的好奇心和學習興趣，做好后續(xù)課程學習的鋪墊和引導。（3）理論指導科研，科研促進教學的發(fā)展。建設網(wǎng)絡平臺，可以促進教師進行教學交流，及時更新目前的教學內容；在網(wǎng)絡平臺及自動控制理論課內拓展上，教師可以結合自己的前沿科學研究及自動控制理論的前沿發(fā)展、應用進行拓展和引導，比如通過自動控制實現(xiàn)神十飛天、“玉兔號”月球車成功登陸等都離不開自動控制技術，激發(fā)學生對本課程的學習熱情。

2.改進課堂教學方法。變“灌輸式”課堂教學模式為“引導式”、“互動式”模式。在課堂教學中，運用講授法、多媒體演示法、提問互動法、討論探討法等多種教學方法；注意采用啟發(fā)式教學方法，尋找學生學習的興奮點，引導學生積極思考，鼓勵學生積極質疑，由被動受教轉為積極參與，形成較為獨特的教學風格。

3.豐富課堂教學手段，提高教學效果。對于目前設計研制的多媒體教學課件和電子教案進行不斷的充實和完善，各位教師互相交流，達成共識，形成統(tǒng)一研制的對應不同學時、不同專業(yè)的多個多媒體課件。課件要能夠充分利用現(xiàn)代化教學設備和教學手段，采用板書和多媒體相結合，使課堂教學圖文并茂、生動活潑，增加課堂講授的信息量，提高課堂教學效率，更加有效地激發(fā)學生的學習興趣，加強學生創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)。利用MATLAB軟件輔助課堂教學，幫助學生理解抽象的控制理論，利用典型事例和啟發(fā)式的課堂教學，結合科研實踐和專業(yè)發(fā)展講授課本內容，培養(yǎng)學生的學習興趣。課外有效利用基于網(wǎng)絡平臺的教學，將所有資源放置在網(wǎng)絡平臺上，真正實現(xiàn)交互式雙向教學。

4.改革考核方法。在考核方式上，采用平時考核和期末考試考核相結合的方式。平時成績包括到課、作業(yè)占總成績的30%，期末考試成績占70%，注重了過程考核和考試結果考核相結合，但效果仍不夠理想。有的學生存在“上課為點卯，作業(yè)通過抄，考試靠突擊，考后全忘光”的學習方式，不符合知識的學習過程，更談不上日后知識的靈活運用與創(chuàng)新了。通過改革考核方式，增加多次階段性單元測驗、抽查作業(yè)、課堂提問、網(wǎng)絡答疑、期中考試等多種過程學習考核渠道，考試命題由以前的一種題型變?yōu)椴捎枚喾N題型，增加覆蓋面，以客觀衡量教學效果。試卷評閱后，科學地對考卷情況進行分析研究，分析學生對課程內容的理解和掌握程度，為調整下一學年度的課堂教學內容和進度提供必要的參考信息。在不斷的改革探索中旨在建立科學、多樣的評價標準，深化考試內容和形式改革，注重學習過程考查，將過程性評價與結果性評價相結合，強化學生綜合素質和能力的評價。

5.改革實踐教學和課程設計內容。建立了自動控制原理實驗室、控制系統(tǒng)綜合設計兩個實踐性教學基地和大學生創(chuàng)新實踐基地等，通過實踐培養(yǎng)學生理論與實際相結合的能力以及創(chuàng)新能力，鼓勵學生參加數(shù)學建模、設計大賽等鍛煉自己理論聯(lián)系實際的能力。由于教學改革和創(chuàng)新任務繁重，需要在所有自動控制理論教師積極參與協(xié)作下完成。

6.利用網(wǎng)絡平臺的優(yōu)勢進行自動控制理論網(wǎng)絡教學平臺的建設，以輔助課堂教學，更好地完成自動控制理論的教學工作的改革，提高教學效果。

六、結語

經(jīng)實踐表明，教師的授課效果明顯改善，學評成績大幅度提升，學生的自動控制理論學習成績大幅度提升，學生自動控制理論課的考研成績有明顯的提升?？傊?，自動控制理論是一門理論性和實踐性都較強的學科，教師只有在教學過程中不斷的反思并探索新的教學方法，并在實踐中加以應用，才能切實提高教學質量，培養(yǎng)出高素質人才。

參考文獻：

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[5]申昕.基于三橫三縱結構體系的自動控制原理教學探討[J].成都紡織高等?？茖W校學報，2013，（1）.

[6]胡壽松.自動控制原理[M].第4版.北京：科學出版社，2007：1-435.

篇10

關鍵詞：自動控制原理；教學方法；教學實踐

作者簡介：任琦梅（1978-），女，河南平頂山人，河南城建學院電氣與電子工程系，講師。（河南 平頂山 467000）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）02-0106-02

“自動控制原理”是電氣工程類及相關專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程，它是后續(xù)“運動控制系統(tǒng)”、“過程控制系統(tǒng)”、“計算機控制系統(tǒng)”等專業(yè)課程的基礎，同時也是控制理論與控制工程專業(yè)考研的一門課程，在專業(yè)課程體系中占有重要的地位。

“自動控制原理”介紹的是控制系統(tǒng)分析和設計的基本理論和方法，不針對某一個或某一類具體的系統(tǒng)，而是在工程實踐基礎上提升和抽象出來的內容，理論性強、概念抽象、數(shù)學公式多、內容豐富、涉及知識面廣。學生往往因為缺乏工程實踐知識，缺乏對實際系統(tǒng)的感性認識而感到學習內容比較抽象、枯燥，因數(shù)學基礎不扎實而對大量的公式產(chǎn)生畏難情緒，從而影響學習效果，所以要不斷進行教學研究和教育改革以提高教學質量。本文探討并總結了一些“自動控制原理”的教學方法，在教學實踐中取得了較好的教學效果。

一、“自動控制原理”教學方法

1.激發(fā)學生的學習興趣

興趣是學習最好的老師。有了濃厚的學習興趣，學生才會有學習的積極性。

（1）上好第一次課，調動學習興趣。講授課程內容之前，首先要讓學生明確該課程在專業(yè)中所處的地位和作用，讓學生從思想上引起重視。第一次課，要給學生多舉一些實際系統(tǒng)的例子，特別是貼近生活、容易理解的實例，比如水箱控制系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)、直流電動機調速控制系統(tǒng)等，分析系統(tǒng)的控制過程和運行原理，讓學生對控制系統(tǒng)有充分的感性認識，對開環(huán)控制和閉環(huán)控制的概念、控制系統(tǒng)的組成等有深刻的理解，為以后的學習打下堅實的基礎。最后，可以把控制系統(tǒng)的概念應用到教學活動中，和學生一起建立一個教與學的系統(tǒng)框圖，通過討論的方法，讓學生自己提出反饋的途徑（比如作業(yè)、提問、建議、復習等）和前饋的通道（如預習等），在這個過程中學生可以更好地理解基本概念，并極大地激發(fā)學生的學習興趣。構建的教與學系統(tǒng)框圖如圖1所示。

（2）自始至終保持學習興趣?！白詣涌刂圃怼笔且婚T理論性比較強的課程，即使在一開始學生學習勁頭十足，在課程學習過程中抽象的概念和理論、大量的數(shù)學公式也會使學生產(chǎn)生畏難情緒。在課程講了一半時還有學生以為該課程只是公式的推導，所以，如何在學習的過程中始終讓學生明確學習的目的和保持學習興趣，是一個值得思考的問題。在教學的過程中，可以以一個學生比較熟悉的工程實例貫穿始終，分別以時域分析法、根軌跡法和頻率特性法對這個控制系統(tǒng)進行多方面的分析，并對各種分析結果進行對比，然后用校正的知識對控制系統(tǒng)進行改造和設計。這樣，學生在整個的學習過程中都可以學以致用，并對各章知識融會貫通。

2.注重基本概念和物理意義

“自動控制原理”課程中有很多的公式推導，要用到高等數(shù)學或工程數(shù)學的知識，如果在講解時進行大量繁瑣的數(shù)學推導，容易讓學生有上數(shù)學課的感覺而找不到本課程重點，如果數(shù)學基礎不扎實，還容易產(chǎn)生畏難情緒。所以在講解時應該淡化公式推導重在結果分析。比如在講解典型二階系統(tǒng)的階躍響應時，求解不同阻尼比時的階躍響應表達式是很繁瑣的，需要用到拉氏反變換的計算，在講解時可以說明推導方法，即先求得的表達式，再進行拉氏反變換求取系統(tǒng)的響應，因為不同阻尼比時系統(tǒng)特征根的形式不同，用部分分式法對進行分解的情況不同，所以求得的響應表達式也就有不同的形式，而對具體的推導過程可以一帶而過，重點分析對比不同阻尼比下的階躍響應形式和系統(tǒng)的性能，使學生對阻尼比的概念和物理意義有更深刻的理解。

3.注重前后知識的內在聯(lián)系

經(jīng)典控制理論中的時域分析法、根軌跡法和頻域分析法三大分析方法往往是被分成獨立的章節(jié)編寫，但在講授時要注意它們之間的內在聯(lián)系，對各種分析方法進行對比，比如根軌跡上不同位置對應的時域響應形式的分析、勞斯判據(jù)和奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的對比、奈奎斯特圖和伯德圖的對比、頻域指標和時域指標之間的聯(lián)系、用不同分析方法分析增大開環(huán)增益對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響等等，這樣可以使學生既復習了原有知識又對新知識有更深入的理解，做到溫故而知新。

在講授到后續(xù)課程中要用到的內容時，也可以對學生點明，比如在后續(xù)的運動控制系統(tǒng)課程中要用三頻段的知識對調速系統(tǒng)進行分析和設計，這樣可以引起學生的注意讓學生更認真學習。

4.靈活多樣的教學方法

（1）多媒體教學和傳統(tǒng)教學相結合。多媒體教學是傳統(tǒng)教學方式的有效輔助手段，在教學過程中，合理選擇和運用現(xiàn)代教學媒體，并與板書等傳統(tǒng)教學手段有機結合，共同參與教學全過程，將圖片、動畫、聲音等多種媒體信息作用于學生，可以調動學生的興趣和學習的積極主動性，提高課堂效率，達到更好的教學效果。比如水位控制系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)等可以做成動畫，使學生直觀地看到系統(tǒng)運行的過程，更好地理解系統(tǒng)各部分所起的作用和自動調節(jié)過程；講解根軌跡和頻率特性時以板書的形式演示作圖的過程，使學生更容易理解和掌握等等。在用多媒體課件進行教學時要注意講解和操作展示的同步性，避免整屏出現(xiàn)大量文字的問題，并且時刻注意發(fā)揮教師的主導作用。

（2）設置課堂討論，鼓勵學生自主學習。在教學中可以針對某些重點、難點問題進行課堂討論，提高學生學習的主動性，并且通過討論，可以使學生對相關知識有更深刻的理解。比如在各種分析方法都學完了之后，可以給出一個系統(tǒng)的結構圖，讓學生討論判斷該系統(tǒng)穩(wěn)定的方法有哪些，并對這些方法判斷的結果進行比較，使學生自己對以往的知識點有一個很好的總結并加深印象。再比如，講完系統(tǒng)的校正后，給出一個系統(tǒng)和要求的性能指標，讓學生討論有哪些校正的方法和途徑，該如何實現(xiàn)，并對各種方案進行比較，可以使學生更牢固地理解和掌握各種校正方法，并且學以致用。

（3）MATLAB在教學中的應用。MATLAB仿真技術已經(jīng)廣泛地應用于控制系統(tǒng)的分析和設計中，在教學中利用MATLAB的圖形化和交互功能，能使抽象的理論變得生動形象，易于接受和理解，而且用MATLAB畫圖遠比手工畫圖準確。比如在講解典型二階系統(tǒng)的階躍響應時，可以利用MATLAB逐條畫出不同阻尼比時的單位階躍響應曲線，并把這些曲線以不同的顏色畫在一張圖上進行對比，給學生以直觀的印象使學生更容易理解阻尼比對二階系統(tǒng)性能的影響。

（4）充分利用網(wǎng)絡教學資源。網(wǎng)絡教學是課堂教學的延伸，可以對課堂教學起到很好的補充作用。建立網(wǎng)絡教學平臺，讓學生在課余時間也可以自主學習，加深對課堂教學知識的理解并擴寬知識面。學生也可以在網(wǎng)上和同學、老師一起討論問題，并尋求解決的辦法，進一步提高自己分析問題、解決問題的能力。

5.多層次的反饋鏈條

在教學過程中應該及時和學生進行溝通和交流，以便及時獲得學生的反饋信息。比如課堂教學時注意學生的反應，進行課堂提問和課堂討論，及時批講作業(yè)，利用課間和課余時間與學生進行交流和答疑，聽取學生的意見和建議并改進等等。將“反饋”的概念很好地應用到教學活動中，建立多層次的反饋鏈條，才能達到更好地教學效果。

6.多模式的實驗教學

實驗是“自動控制原理”教學的重要組成部分，通過實驗可以使學生加深對理論知識的理解，并且初步將理論知識應用于工程實際。傳統(tǒng)的實驗教學模式比較單一，通常是給出系統(tǒng)的模擬電路圖，學生按照實驗指導書搭建電路、調節(jié)參數(shù)，即可順利地得到實驗曲線和數(shù)據(jù)。如果在實驗教學中設置一些有一定設計性的實驗項目，并且把仿真實驗和物理實驗結合起來，可以充分調動學生的學習積極性，使學生真正做到理論聯(lián)系實際。

比如在做典型二階系統(tǒng)的階躍響應實驗時，只給出參考的電路圖和要求的阻尼比等參數(shù)，預習時讓學生自己根據(jù)電路圖畫出系統(tǒng)的方框圖，并根據(jù)要求的阻尼比和無阻尼自然振蕩頻率確定電路中各部分的電阻電容值，實驗中利用實驗箱搭建電路求取階躍響應曲線，同時用Simulink仿真軟件搭建系統(tǒng)框圖進行仿真實驗，把理論分析、物理實驗和仿真實驗的結果進行對比和分析，一方面會加深學生對理論知識的理解，另一方面也讓學生學會從實驗中發(fā)現(xiàn)問題，同時進一步理解對工程實踐進行仿真的意義。

二、結論

在多年的“自動控制原理”教學過程中，經(jīng)過不斷摸索和實踐，上述教學方法取得了較好地教學效果。總之，自動控制原理是一門理論性和應用性都較強的課程，教師只有在教學過程中不斷探索研究各種教學方法，善于總結經(jīng)驗，并在實踐中加以驗證和改進，才能切實提高教學質量，培養(yǎng)出高素質的人才。

參考文獻：

[1]夏德鈐.自動控制理論[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2]張文斌，尹福明，等.“自動控制原理”教學方法的應用研究[J].中國電力教育，2011，（19）：66-67.