试析创新人才培养模式下的《自控原理》教学改革

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论文摘要：创新能力是人们产生新认识、新思想和创造新事物的能力。时代呼唤创新人才,培养大学生创新能力已成为高等教育的一个重要课题。《自动控制原理》是自动化专业的核心课程，为了全面提高教学质量，本文就“自动控制原理”的课堂教学方法、教学内容和实验等进行了研究和探讨。有意识的培养学生的创新思维、创新方法，努力为学生的创新实践提供平台，引导学生全面提高创新能力。

论文关键词：创新意识；创新思维；创新技能；自动控制原理

面对当今世界日新月异的科技发展形势和复兴强国的历史使命，党中央继2005年提出“建设创新型国家”的发展战略后，又于2007年10月召开的中国共产党第十七次代表大会中进一步明确提出：“提高自主创新能力，建设创新型国家。这是国家发展战略的核心，是提高综合国立的关键。”由此可见，开拓创新意识、培养创新能力是多么重要和紧迫的任务。

一、创新人才培养的必要性

近些年来用人单位进行人才招聘过程中，不仅仅着眼于学生的“成绩单”，而是全面考察毕业生的综合能力，包括观察能力、实践能力、思维创新能力、整合能力和交流能力来进行人才的选择，逐步成为共识。其中，创新能力是个体运用一切已知信息，包括已有的知识和经验等，产生某种独特、新颖、有社会或个人价值的产品的能力。

随着科技的迅猛发展，自动控制技术在我国各领域及人们的日常生活中得到了广泛的应用。对于大多数院校的电子信息类和机电类等专业，“自动控制原理”课程都是本科阶段一门非常重要的专业基础课程，华北电力大学科技学院动力工程系的平台课程面向自动化、测量及控制工程、电气工程及其自动化、农业电气化、建筑环境与设备工程五个专业所有本科生开设。根据学生学习对该课程的教学反馈，大多数学生感到，该课程理论性的阐述和抽象的概念过多，教学过程中涉及的公式推导较为繁琐，即使理解了推导过程及结论，但是对于其工程实践中如何应用也没有掌握。因此学生对于知识的掌握如果仅局限于背结论、套公式、做题，如果仅局限于应试性的学习方法，没有掌握如何分析问题，如何利用掌握的知识在以后的工作和学习及生活中灵活的应用的层面上，对于传统的教学思想和方法进行改革，就显得非常迫切和重要。

多年来，由于我国的教育体制和教育特点所决定的，从小学到中学再到高中阶段，基本上以应试教育为主，即便多年来教育界一直试图改变这种现状，在部分学校进行改革，进行素质教育的试点，但是，在当今的学生仍然在高考这个基本上以分数论成败的“指挥棒”下无法真正的解放出来，释放天性，而且在多年的应试教育的大环境下，大多数学生的创新思维逐步被扼杀，创新能力逐步下降，“高分低能”现象仍然突出，因此媒体经常报道诸如本科生就业率不如高职、技校生，甚至薪酬还不及有些“蓝领”工人，背后的原因，一是我国本科生的培养规模在现阶段和社会的需求产生了矛盾，另外更重要的恐怕就是本科生的动手、创新能力与高职教育等注重实践教学所培养出来的学生之间是有差距的。

在我国高等教育现阶段，仍然存在这样一些突出问题，例如，重知识的传授，轻能力的培养。能力体现在学习具体的知识以后在具体的实践或工作中灵活地运用，知识的迁移，以及新知识、新方法的创造，而创新能力包括创新意识、创新思维和创新技能等三部分。自动控制原理是很多专业的重要基础课，对后续专业课的的良好掌握和理解有非常重要的影响，因此在教学过程中如何培养学生的创新意识、创新思维和创新技能就显得尤为突出和紧迫。"

二、在教学过程中如何培养学生的创新能力

（一）启发式教学，培养创新意识

由于自动控制原理这门课程本身涉及到众多的数学公式推导等内容，在传统的教学方法中，基本上是按照教材的顺序进行讲解，无论采用板书或者多媒体的方式，学生接受起来都感觉枯燥，因此必须改变传统的这种教学模式。课题组在教学过程中改变了多年的讲课模式，根据教学内容，在每节课之前都布置相应的思考题，让学生在课下进行预习并完成思考题，让学生在预习过程中发现问题、提出问题，带着问题来听课，根据学生的教学反馈，课堂授课效果大大提高。当然在教学过程中，要注意监督学生预习和思考题作业的完成情况和效果，将其计入平时成绩的考察项目当中，并逐步加大平时成绩在综合成绩当中的比例，避免部分学生平时不用功，考试前针对考试重点，“突击”高分的情况。

(二）改革课堂内容，培养创新思维

创新思维是提高创新能力的关键。一个人要想创新，首先要有创新意识，要敢于创新，这就需要努力突破自己的思维定时和思维障碍，只有突破了以往老的框架，不拘泥于某种结论和形式，从实际出发，才能发现创新点，提出创新方案，才能有所发现、有所发明、有所创造、有所创新。自动控制原理涉及控制系统的数学模型的建立、系统性能分析和系统设计等内容。

建立合理的控制系统数学模型是对其展开性能分析和设计的基础，所以在这部分应该首先避免介绍过多的对象和例题，避免学生抓不住重点，一定要选取典型对象，如二阶无源RC电网络和双容水箱，分别求取其数学模型：微分方程、传递函数，并进行对比，得出虽然对象特性完全不同，但是其数学模型的形式却可以相似甚至相同。在进行动态方框图和信号流图的介绍时也能利用上述对象展开，这样学生学习这部分内容非常有针对性并且容易理解。

在针对系统稳定性、准确性和快速性进行系统性能分析的时候，无论采用时域分析法、跟轨迹分析法和频域分析法，都可以引入Matlab这个工具。时域分析法中在进行间接稳定性判据的介绍即代数稳定判据的时候，可以采用直接在Matlab下利用roots()命令求取系统特征方程的根，解决手工求取高阶代数方程的不便，并验证了劳斯稳定判据的结论。典型环节的动态性能分析，引入step()命令，更加直观的能求取其各种性能指标，比起推导公式进行计算要容易和直观。根轨迹分析法中，在介绍完绘制一般跟轨迹的绘制依据和法则以后，也可以引入Matlab下的rlocus()命令画精确的跟轨迹图，和手工绘制粗略的图进行对比，更容易让学生直观地接受和理解。在频域分析法中，由于其更加抽象，不容易被接受和理解，所以在绘制开环系统的频率特性曲线，如奈奎斯特曲线（即奈氏图）和对数开环频率特性曲线（即伯德图）的时候，适时引入nyquist()和bode()命令与手工绘制的图对比，同样可以使学生既掌握了Matlab这个工具，又能开拓创新思维。

在引入Matlab仿真工具方面，我们要注意，一定要在学生已经对系统的分析方法基本掌握的基础上再适当的引入Matlab的各种命令来穿插介绍，让学生明白Matlab是帮助我们分析问题的工具而已，并不能代替我们的主观能动性。同时，在学习基础较好并对这门课非常感兴趣的同学中间，开展综合性的自动控制原理的仿真实验，努力提高学生的学习热情，并拓展学生的创新能力。

（三）改革实验内容，培养创新技能

创新不仅是一种复杂的思维活动，而且是一种需要创新技能的实践活动。创新能力主要由提出问题、分析问题和解决问题这三种能力构成，并通过创新实践的过程和创新实践的活动等体现出来，因此能提高动手能力的实验就显得非常重要。

我校以前主要开展两个实验，典型环节的电模拟及其阶跃响应分析和典型环节的开环控制、闭环控制及其稳定性分析。根据学生的反映，希望能尽量多的开展能提高动手能力的实验，这和我们希望对这门理论性课程加强其实践性的初衷是一致的，所以以自动控制原理教学改革为契机，在上学期部分专业增加两个实验，分别是随动系统的静、动态性能指标及其系统矫正和控制系统的频率特性分析，教学反馈良好，说明我们的改革方向是正确的。

三、结论

21世纪是市场经济不断完善和只是经济快速崛起的时代，这一时代最显著的特征和灵魂就是创新，正如江泽民同志所说：“创新是一个民族进步的灵魂，是国家的兴旺发达的不竭动力。”

教学实践表明，通过这些改革，有效地激发了学生学习兴趣。提高了学习的积极性、主动性，增强了分析问题与解决问题的能力，培养了学生的创新能力与思维能力，进一步加深了学生对自动控制原理课程基本理论与基本概念的理解，为后续课程的学习奠定了坚实基础。