時間：2022-02-25 02:45:42
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇自動控制原理，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
前言：社會經濟的發展和建設，對于自動化的需求越來越甚。對于教學工作的開展來說，同樣需要做好相應教學工作的改革和創新，通過自動控制原理的切入，做好相應課程的設計，最終達到讓學生掌握實踐與理論知識，并對理論知識予以靈活應用的程度。因此，相關教師要注重理論教學與實踐教學兩個方面進行深入研究，做好相應課程教學設計。
一、課堂教學的改革
1.精選授課內容，強化“ 三基”教學
由于“自動控制原理”課程包涵內容復雜且知識信息量非常大，而教學學時又非常有限，這就要求教育者在實際教學時突出重點和難點，對基本知識點、基本原理和基本實驗方法要講透徹，對局部重點內容要精選授課，做到重點答疑解惑，同時，做好相關的后期有針對性的習題或者課題演練，達到強化學習的目的，教師應該盡可能引導學生去自主的實踐，從實踐總結，結合理論，強化自我知識體系，完善自我能力，
2.合理運用現代化教學手段，提高教學效率
現代教學手段已經有了很大的突破，包括多媒體在內的各種教學手段早已走進課堂。粉筆加黑板是傳統的教學基本特點，教師是課堂的主宰，老師的灌輸式教育讓學生的抽象思維能力沒有發揮余地，而教師的教學實驗效果也往往收不到很好的效果。今天，課堂上的計算機輔助教學（CAI）已司空見慣，它已經是現代教育科學與教育技術的重要拼圖，教學軟件和CAI 課件的介入，讓課堂活躍了起來，學生們的思維也開發出來，用更多的除了語言以外的內容去增加學生對知識點的理解，尤其是課程中涉及的圖標、曲線等內容，采用課件之后，內容一目了然，直觀的同時也提高了教學效率。
3.利用MATLAB語言，培養綜合分析能力
由美國Mathworks公司的第四代計算機語言MATLAB語言，該語言主要面向科學計算、數據可視化以及交互式程序設計。控制系統分析與仿真設計是該軟件的主要強項功能體現，同時MATLAB語言繪圖功能特別強勁。目前，MATLAB語言已經是我國“自動控制原理”課程的主要輔助教學工具之一。通過該軟件，可以讓學生通過軟件自我的建模、仿真過程，了解控制系統的工作原理和工作過程，讓學生對系統模型方面概念的理解不停留在紙面上，串聯自身的知識點，消化和吸收了書本內容。教W實踐來看，“自動控制原理”課程教學中引入MATLAB語言，加深了學生對自動控制原理廣義上抽象性的理解，知識涵蓋點更加直觀性。同時課堂上的學生也學會了使用先進的軟件，理論和實踐有機結合，提高了動手能力和理論能力的綜合素質。
二、實驗教學的改革
1.自動控制原理實驗教學的基本內容
實踐出真知，所以，教學中，培養學生的動手能力、基本科研能力和創新能力是檢驗教學效果的考核之一，因此教師教學中，應有的放矢的增加實驗教學內容和知識涵蓋點，實驗教學模塊的設立能強化學生對抽象的理論概念的理解和消化，進而將知識應用到實驗和實踐中，學會用科學的方法，有效的數據和涵蓋的技術來分析和整理問題，解決實際中存在的問題， 進而將諸如控制元件、傳感器、自動控制原理、仿真方法等分散的知識點進行綜合串聯，既學習了書本知識，又強化了動手能力，理論和實踐結合的方式來完成綜合性的實驗，進而達到育人的真正教學目的。
2.自動控制原理實驗教學的模式
合理安排、增加實物綜合性實驗這是目前普遍采用的一種教學方法，既能加深理論理解，又能對原理性的知識進行系統化的學習，從而達到良好的教學目的。MATLAB/SIMULINK 數字仿真環境的虛擬實驗模式也是一種被廣為傳播的一種教學方法，該方法擁有先進的計算機語言和一定的仿真能力，讓學生能切實感受控制系統和仿真設計。
這兩種實驗教學模式的相互結合， 使學生感受到物理實驗和虛擬實驗的各自優缺點，尤其是后者，成功的解決了在虛擬環境中難以建立真實系統的問題。此外， 得益于計算機的推廣，“自動控制原理”實驗教學的場地、時間不再受到限制，甚至部分教學內容得到拓展性的延伸， 越來越多的學生選擇用課外時間完成有關的實驗教學項目。
結語：
隨著國家對自動化控制要求的加劇，做好相應教學工作開展就顯得非常重要。教師要注重從自動控制原理出發開展相應的教學工作，做好相應的教學改革，真正讓學生掌握自動控制技術，并做好相應的實操教學，讓學生的應用技能不端提升。
參考文獻：
[1]牛劍峰. 綜采液壓支架跟機自動化智能化控制系統研究[J]. 煤炭科學技術，2015，12：85-91.
各個相關的高校對于自動控制原理這一門課程的教學都是相當關注和重視的，為此他們通過對教育部指定的教材或者是自編的教材進行了精選，還對授課教師做出了精細的挑選。也有個別高校創設了省市級別或者是國家級別的精品課程，并制作了多媒體課件，這種種手段都是為了自動控制原理教學的改革和實踐做準備。而自動控制原理教學的改革和實踐也一定會為這一門課程注入新的力量和生命，為我國的自動化專業提供可行的理論支撐和人才力量。
2.自動控制原理教學的特點和改革的必要性
2.1 自動控制原理教學改革的特點
對于自動控制原理這一門課程的教學而言，其特點可以從三個方面簡單地說起：
①自動控制原理這一門課程要求它必須要有直觀的工程背景。到目前來說，自動化控制已經在農業、工業、航空、軍事以及社會科學等各個領域都得到了廣泛地應用。由此可見，學生在對這一門課程進行學習的時候往往都沒有對其應用的領域有一個直觀且感性的認識，學習缺乏主動性，再加上沒有實踐的機會，使這門課程和現實相脫節[1]；
②自動控制原理這一門課程所涉及到的理論知識比較多。在對各種控制系統的數學模型進行建立的時候需要涉及到電學、光學、力學、熱學等物理方面的知識，也需要有電機、電路和電力電子等方面的知識，還必須要具備非常熟練的建模能力和運用繁雜的知識解決實際問題的能力。由此可見具有扎實的數學功底是學好這門課程的關鍵，這就要求學生必須具備良好的數學素養[2]；
③自動控制原理這一門課程包含了很多的圖形。像是根軌跡圖、對數坐標圖、極坐標圖和工程應用原理圖等，這些圖形會使教學的直觀性更強，但它會消耗更多的教學時間。
2.2 自動控制原理教學改革的必要性
根據上述所說的特點，關于自動控制原理教學的改革是勢在必行的。因此采用傳統的教學方法來對自動控制原理這一門課程進行教學必然不能有效地提高學生學習的效率，也會為學習帶來一定的麻煩，使教學實踐緊張，教學內容冗雜，教學知識點太難，這樣便不能夠達到應有的教學效果。由此可見，為了使學生更好地將自動控制原理的基本知識掌握且扎實，也為學生今后的相關工作打下堅實的理論基礎，從而解決好教授與學習、理論學習與實踐操作、中文教材和外文教材等多方面的問題， 對自動控制原理的教學進行改革是勢在必行的。筆者認為對于這一門課程的改革需要從教學的目標還有教材、教學方法、教學實踐等方面來進行。
3.自動控制原理教學的改革與實踐
3.1 優化教學的內容，培養學生的系統思維
在具體的教學當中需要對自動控制原理的教學內容做出優化，以此來避免因為這一門課程和其他課程方面存在著共同性而過多地浪費學生的學習時間。因此，在具體教學當中，相關的教師需要全面了解所學專業學生的所有課程，重點突出本門課程的重點，將自動控制原理這一門課程與其他課程相通的地方簡要帶過。對于自動控制原理原理這一門課程來說，其教學的主要內容應該對系統的控制理論和控制方法做出簡要的講述分析和反饋，除此之外還需要對根軌跡發、時域法以及頻域法等三大經典方法和線性系統的矯正方法做出重要的講解。在理論分析上，自動控制原理需要更加注重工程的定義、工程的物理意義和工程的實際應用，因此需要對這一方面的內容做出詳細的闡述。在對學生的培養上，需要積極培養學生的系統細微方式和系統創新能力[3]。自動控制原理這一門課程的主要研究對象是負反饋系統，所以其學習的內容是對負反饋系統的設計與分析。因此，在具體的教學當中需要在這個基本的框架下系統地展開思維的練習，教師需要注重緊抓課程的關鍵，對學生系統思維方式進行訓練，在實踐過程當中遇到新的系統時，學生便能夠更好地自主對該系統進行分析和控制。
3.2 將理論結合實踐，激發學生學習的興趣
使自動控制原理的理論和實踐更好地結合起來，不僅僅需要有嚴密的理論體系，更要有生動可行的工程實例。在具體的講授當中，教師需要更加重視對基本方法的介紹和對基本概念的講解，最好要在對理論的推導過程當中將工程實例的應用概念引出，這樣便能夠和實際的工程緊密地結合起來。而在具體的教學當中將人工實例加入進來可以增加學生學習的興趣和學習的積極性、主動性。舉例來說，比如在對PID控制進行講解的時候，教師可以將溫度控制結合起來，以此來講解工程PID參數整定的實例，然后再將調節器的正定參數按照先比例后積分再微分的程序置于一些經驗數值之后，然后進行給定位擾動，對系統過渡過程的曲線做出觀察，如果曲線不夠理想，那么對調節器的相關值做出調整，如此進行反復的湊試，這樣方便尋找最佳的正定參數，直到控制質量和所要求的相符合為主。這樣通過具有實際意義的講解能夠使學生對于自動控制理論這一門課程講解的理解更加的深入[4]，并且在學生對課程進行深入理解的同時，也將其自主學習自動控制理論的興趣激發出來，如果學生自身足夠優秀的話，還能夠自愿地區參加大學生科研立項，對相關的單片機和微機原理課程進行自學，從而實現對最終目標的控制。因此，在理論聯系實際的同時，更需要注重對學生工程思維習慣的控制和培養，對符合工程參數的選址進行強調和合理估計，將工程經驗進一步建立起來。
3.3 強化實踐環節以提升學生的綜合實力
實踐教學是對理論知識的一種驗證，對于培養學生的動手能力具有十分重要的意義，而對自動控制原理進行實踐教學更是培養學生自主創新能力和科研能力的一個最為重要的環節。對自動控制原理進行實踐教學可以采用自動控制原理的試驗箱，對典型環節和典型的電路模擬分析課程進行開設，還要安排好關于閉環電壓控制系統和聘禮特性的測試以及系統參數的確定工作。要做好關于根軌跡的矯正工作和頻率矯正工作，做好系統串聯的矯正工作，緊抓轉臺反饋系統，和狀態觀測器等基本實驗，這樣能夠將學生對基礎知識的理解和認識加深，更加方便鍛煉學生的動手能力。在對基礎實驗進行強化的同時還需要設計一些必要的綜合性質的試驗，這樣可以利用實驗室的硬件環境，對典型的控制系統做出研究和分析，比如水位的控制系統、直流電機的調速系統、溫度的監控系統等，只有讓學生將所學到的所有原理和知識綜合運用在一起，才能夠培養起學生利用科學分析方法解決實際問題的能力。可見設計性試驗可以強化教學實踐的環境，對于提升學生的綜合實力具有重要意義。
【關鍵詞】MATLAB 自動控制原理 計算與仿真
1 前言
傳統的“自動控制原理”教學，是教師在黑板上對理論進行板書講解，學生邊聽邊做筆記，這種方法的優點是可以根據需要保留，便于學生前后對知識進行比較、聯想、幫助理解，但是它的缺點也是顯而易見，自動控制原理的圖像較多，畫圖不但需要大量的時間，而且很難畫的很精確，隨著科技的日新月異，計算機的多媒體技術在教學中得到了廣泛的應用，只要在計算機上安裝MATLAB軟件，可以隨時實現計算與仿真。
2 問題的引入
在自動控制原理課程中，經常會遇到如下的計算求解，經常用到待定系數法、配方或者求極限等方法，想辦法把它化為我們書上拉普拉斯變換表上的標準形式，從而求出時間域函數，求解的過程相對來說比較復雜，而且有的函數不易求解，對于比較復雜的問題可以用MATLAB來簡化之。
3 MATLAB軟件在自動控制原理中的求解
利用matlab軟件求傳遞函數的脈沖響應
從以上的例題中我們可以看出，利用MATLAB軟件嵌入到自動控制原理中求解，可以減少繁雜的計算。這樣高職學生更加容易接受。
4 SIMULINK仿真在自動控制原理中的應用
MATLAB具有可靠豐富的運算、圖形繪制、數據處理、圖像處理和方便Wiindows編輯等功能，在教學過程中，將MATLAB語言嵌入到自動控制理論中應用，使得學生能把自動控制原理抽象內容（圖形、模型的建立等）變得直觀性，調動了學生的積極性和創造性，加深了學生對自動控制系統理論的理解，培養學生分析能力和綜合能力，免于學生花費過多的時間在本課程的計算和作圖上，這樣使得學生對自動控制原理這門課不再談虎色變。
例3：已知一個單位負反饋系統開環傳遞函數為
分別求出K=1和K=10時，系統單位階躍響應曲線并求單位階躍響應穩態誤差。
首先利用勞斯判據判斷閉環系統是否穩定，若穩定，才能求出穩態誤差，不穩定，則無穩態誤差，由已知條件是單位負反饋的開環傳遞函數，求閉環傳遞函數，從而求出它的特征方程。
通過對特征方程的求解，該系統是穩定的，我們則可以求解穩態誤差。
首先要在SIMULINK新建的窗口建立模型，并按題目要求來設置仿真參數和運行，仿真之后，雙擊示波器Scope模塊以顯示系統的單位階躍響應曲線，從示波器Scope的圖形讀出單位位階躍響應穩態誤差。如圖1、2所示。
實驗曲線表明，Ⅰ型單位反饋系統在單位階躍輸入作用下，穩態誤差essr=0，即Ⅰ型單位反饋系統穩態時能完全跟蹤階躍輸入，是一階無靜差系統。
5 結束語
傳統的理論教學方法求解傳遞函數的脈沖響應、根軌跡圖形以及穩態誤差等這些問題計算非常的繁瑣，本文針對這一基礎上提出，將自動控制原理和MATLAB語言與應用倆門課程有機地結合起來，充分利用Simulink這一強大的仿真模塊。通過在Simulink環境中，直接采用托放式操作，方便快捷地建立起直觀的仿真模型，該方法必須要掌握MATLAB語言的編程，在MATLAB軟件上操作起來比較簡單，可以直觀得到分析結果，對高職學生的數學基礎知識要求比較低。
參考文獻
[1]張燕紅，鄭仲橋.MATLAB在自動控制原理中的應用[J].常州工學院學報，2008，21（5）：34-37.
關鍵詞：自動控制；虛擬實驗平臺；課程；Labview；Matlab
引言
“自動控制原理”是自動化類專業重要的專業基礎課程，主要分析了控制系統的基本概念、控制系統物理對象建立數學模型的方案、控制系統時域、變換域求解的基本方案、系統的穩定性等方案。對學生掌握自動控制系統的分析與設計方法，為工程應用方面的自動控制系統的設計調試奠定了重要的基礎。為了適應高職教學理實一體化的教學要求，增強學生對于抽象知識的理解，在課程講授過程中，實驗具有不可替代的重要作用。通過一定的實驗學生能夠加深對于理論知識的理解，提升實踐技能以及分析解決問題的方案。自動化控制系統的實驗設備和實驗場地收到了一定的限制，因此采用虛擬的實驗平臺進行課程實驗的教學就顯得尤為重要。隨著虛擬儀器技術的出現和計算機技術的發展，采用NI公司的Labview編程語言，開發出基于Labview虛擬實驗系統，結合第三方公司提供的數據采集卡，對虛擬實驗系統稍加改動就能夠實現既可以在課堂上進行模擬實驗，又能結合學校原有的硬件電路設備進行硬件實驗的綜合實驗系統，可以顯著提高教學效果和實驗效果。
1 虛擬開發工具Labview簡介
虛擬儀器作為現代儀器儀表發展方向，已迅速成為一種新的產業，尤其在發達國家中發展更快，其設計、生產和使用已經十分普及，虛擬儀器將會逐步取代傳統的測試儀器而成為測試儀器的主流。Labview是一種基于圖形的集成化程序開發環境的圖形化編程軟件，軟件在數據采集、儀器儀表控制以及數值分析方面具有重要的應用價值，很好地實現了虛擬儀器的概念。
NI公司的Labview虛擬儀器開發軟件具有開放性、模塊化設計、可多次重復使用等方面的優良特征。在自動控制系統的性能測試中，可以防線地進行通用儀器模塊的添加或者新的儀表的更換，與傳統的實際儀表相比，使得自動控制系統的測試功能得到了有效的擴展。軟件設計采用的結構化解釋型開發平臺，所謂解釋型指的是Labview開發的虛擬軟件不能夠直接在Windows操作系統下直接完成，而是要通過相對應的平臺支持運行；Labview采用了順序結構、循環結構和條件結構的三種基本結構，通過模塊化的方案構成，形成的每一個子程序VI可以相互進行直接調用，Labview在控制系統中進行虛擬平臺的開發非常方便。
2 應用Labview開發虛擬實驗平臺的基本步驟
在進行自動控制系統虛擬實驗平臺中，首先要能夠確定實驗平臺的基本功能，按照自動控制原理實驗的要求，本虛擬平臺設計實驗設計的實驗有基于Labview的一階系統典型環節虛擬實驗系統、基于Labview的二階系統瞬態響應虛擬實驗系統、基于Labview的系統校正虛擬實驗系統、基于Labview的采樣系統虛擬實驗系統、基于Labview的采樣系統校正虛擬實驗系統、基于Labview的頻率特性虛擬實驗系統、基于Labview的系統穩定性分析虛擬實驗系統、基于Labview的非線性系統虛擬實驗系統等八個實驗模塊，每個實驗模塊相對獨立，并遵循如圖1所示的設計流程。
3 自動控制原理虛擬實驗平臺的設計開發
應用Labview進行自動控制系統虛擬實驗平臺的開發，首先需要進行控制面板的設計，要求實驗平臺的面板符合學生學習的要求，界面要能夠簡介清晰，符合高職學生的使用習慣。
所有八個實驗開發的過程基本一致，文中以頻率特性虛擬實驗系統為例，分析應用Labview進行頻率特性虛擬實驗系統開發的過程。本實驗平臺要求能夠對自動控制系統進行能夠針對不同的傳遞函數，進行幅值、相位和頻率的測量，并可以畫出幅頻特性和相頻特性曲線。首先進行實驗面板的設計，設計效果如圖2所示。
圖2 頻率特性儀器面板
設計中分別采用了5個Array 控件進行輸入傳遞函數分子和分母參數值，輸出幅值等參數的設置；幅頻特性以及相頻特性則借助于XY Graph 控件進行顯示；1個OK Button 控件，進行實驗的進入以及實驗系統的退出。定義變量如表1所示。
表1 輸入輸出變量定義表
根據頻率特性的原理表達式，
（1）
（2）
寫入頻率特性的MATLAB文件到各個節點：
w=logspace（-1，1，100）； figure（1）
[mag，pha，w1]=bode（num，den，w）；
subplot（211）； hold on semilogx（w1，mag）；
subplot（212）； hold on semilogx（w1，pha）；
end subplot（211）； grid on
title（'Bode plot'）； xlabel（'Frequency（rad/sec）'）； ylabel（'Gain dB'）；
subplot（212）； grid on xlabel（'Frequency（rad/sec）'）；
ylabel（'fhase deg'）； hold off
程序寫入完畢則執行Functions》All Functions》Array》Reshape Array操作，功能是將輸出變量t和 y 的維數統一，完成連線并執行仿真，頻率特性儀的仿真效果如圖3所示。
4 結束語
根據自動控制原理課程的內容以及課程的特點，應用NI公司的Labview進行了虛擬實驗平臺的開發，使學生能直觀的領會和理解自動控制原理課程的分析方法和處理結果，對調動學生的學習積極性以及提高學生的實驗效果和實驗興趣都有重要的意義。Labview開發自動控制原理實驗平臺對如二階系統瞬態響應虛擬實驗系統、系統校正虛擬實驗系統、采樣系統虛擬實驗系統等自動控制原理中典型的實驗進行了仿真以及分析，對于學生能夠正確理解實驗的過程、實驗原理以及數據分析都具有現實的意義，尤其是針對高職類學生的自動控制原理課程的教學具有更為凸出的重要作用。
參考文獻
[1]吳志鋒.基于Web的虛擬儀器技術[J].西安：西安電子科技大學出版社，2001（9）.
[2]焱華，王汝杰，雷振山.LabVIEW入門與提高范例教程[M].北京：中國鐵道出版社，2006.
[3]李玉柏，彭啟綜.虛擬儀器關鍵技術分析[J].電子測量與儀器學報，2007（8）.
[4]National Instruments. LabVIEW User Manual [M]. Texas： National Instruments， 2003.
關鍵詞：自動控制原理；獨立學院；范例教學；結構主義教學
作者簡介：周戰馨（1970-），女，吉林省吉林市人，常州大學信息學院，副教授；張繼（1981-），男，江蘇常州人，常州大學信息學院，講師。（江蘇 常州 213016）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）19-0113-02
在多年的教學實踐中，我們發現獨立學院電氣自動化專業的學生來源復雜，學習能力參差不齊，學習目標各種各樣，這些都給“自動控制原理”教學帶來很大困難。同時，進入21世紀以來，科學技術在不斷加速中發展，尤其在電子、電氣和材料等領域，新材料和新技術層出不窮。但是目前高等院校開設的“自動控制原理”作為一門專業基礎理論課，內容比較抽象，更多強調培養學生動手解算能力，與實際應用有些脫節。
為了達到獨立學院培養目標，通過系統分析實際教學情況，查閱并參考近現代教學理論[1]和各個學校開展的教學改革，[2，3]在實際教學實踐中進行了有益探討。
一、問題分析
第一，獨立學院電氣自動化專業生源復雜，學習能力偏差和學習目標不明確。由于筆者所在常州大學地處江蘇省，經濟發展在國內處于前列，尤其在電子、電氣和能源新材料等方面。地方經濟逐步轉向科技型，對應用人才需求旺盛。因此從政府、企業到普通群眾無不認識到掌握技術、具有技能的重要性。隨著國家對高等教育改革的進一步推進，給更多的青年人帶來機會，面對高就業率，電氣自動化專業得到了更廣泛的關注。這樣就形成了學生中既有理科背景的，還有少部分文科背景的；既有高考偶然因素失利的，也有勉強達到錄取分數線的；既有喜愛電氣自動化專業的，更有不少是為了就業和父母期望而來的。在教學中明確體現了不同生源學生的學習能力差別。前兩年的大學學習過程，只能基本上幫助大部分人適應大學教學節奏，在學習方法和學習效率方面基本沒有改進。反而不斷增加了他們的學業壓力，引發一部分人消極情緒，對自身的改進沒有了信心。第三年進入專業課學習，少部分對知識掌握好的學生，由于外界不斷對他們的肯定，學習積極性得到提高，主動與老師互動；大部分學生對專業知識剛接觸，對于抽象的理論知識不知道有何用處，對自身能力的潛力認識不夠，滿足于考試通過，拿到學分。
第二，獨立學院培養目標不斷變化，受母體高校影響大。自獨立學院開設之初，其培養目標隨著社會經濟技術的發展和人們對其在高等教育中作用認識的加深，在不斷發展變化。從最初的對主流學校的有益補充，發展到主要培養技能型和技術型人才；在師資和教學設施建設上，基本都是參照所母體學校進行。為了保證教學質量和教學進度，很多師資都是從母體學校借調。所以保證了對人才的培養質量，滿足了學生和家長對學校的期望，卻加重了任課教師的教學強度。任課教師要面向不同基礎，不同理解能力和學習能力的學生。
第三，由于我國近些年經濟持續高速發展，對技術人才需求隨之增長。更多的企業為了自身的可持續發展，引進先進技術設備；越來越多的技術型小企業獲得發展空間；社會上不斷涌現新專業方向、新技術應用領域。高中畢業生不能夠通過短時培訓勝任崗位；普通高等學校的畢業生缺少實際動手能力，對工作崗位待遇期望值高。獨立學院通過十年多的不斷完善，已逐步注重市場調研，充分結合母體學校的專業特長，加強學生的應用能力的培訓，但是目前仍不能滿足社會需求。
二、實踐探討
面對以上實際情況，從掌握基本知識和應用角度出發，在以下三方面做了教學改進。
1.實施“缺漏”教學，讓學生掌握最基本的概念和原理
心理學家M·瓦根金提出的范例教學非常適用于獨立學院“自動控制原理”的教學。他強調讓學生掌握課程中最基礎、最本質的因素。因此根據電氣自動化學生的學習背景，我們精選出最典型、最有代表性的概念和原理作為授課重點，并增加相應的授課學時。對于負反饋系統的理解，增加實際系統分析，對同一個電機速度控制系統在不同情況下作用進行分析。首先進行定性分析，然后再進行定量分析；對于控制系統穩定性，打破章節限制，集中講解其重要性和分析手段；對于控制系統設計部分，側重于講解思路，只把PID控制器作為重要知識點。
實踐證明，學生認為學習節奏比較適中，對概念的理解比較清晰，減少了為了達到教學進度使得部分學生跟不上的現象；教師對設計部分內容降低要求，比較符合獨立學院電氣自動化專業學生的實際學習背景，減弱了母體高校教學要求的影響。
2.應用“結構主義”教學方法
作為三大教學論之一，結構主義教學論強調心理學與教育學的緊密結合。要學習和掌握學科的基本結構；要組織螺旋式課程；要廣泛使用發現方法。將原發現過程再編制，應用于教學中學生學習過程。發展學生的歸納、推理等思維能力。目的是讓學生形成遷移能力，這種理論特別適用于“自動控制原理”的教學。以電機速度控制系統為重點，設置多種工作狀態。首先演示控制系統工作狀態，讓學生通過測試設備發現問題，引導學生分析可能的原因，提供相應的理論分析方法，共同分析現象所體現的控制系統原理。因此提高了學生參與的積極性，也增強了他們自身理解問題和解決問題的自信心。由于對電機速度控制系統的分析對控制系統三個指標——穩定性、快速性和準確性完全覆蓋，使學生對控制系統原理的基本結構有清晰的理解。許多學生不再和教師探討“自動控制原理”課程對以后工作有什么作用，與自身生活有什么聯系，傳遞函數表示什么，畫根軌跡作用是什么等等。對學習能力的培養，使學生自主學習能力加強，能夠縮短適應工作崗位的進程。
3.提高MATLAB和網絡的使用率
MATLAB是控制系統分析設計的一個平臺。[4]對于喜愛虛擬世界的年輕人而言，許多實際控制系統的理解難度比較大，但在虛擬世界，可以出錯，可以隨時修改，同時不受元件成本、安裝要求的限制。教師在教學過程中，利用MATLAB即時演示控制系統工作現象。在入門階段，教師充分考慮到學生英語基礎低面導致獨立閱讀幫助文件進展慢的情況，專門安排時間引領學生掌握基本仿真命令。
由于智能手機的普遍使用，幾乎本專業所有學生都能隨時查詢信息。通過引導學生查詢與“自動控制原理”課程相關內容，使學生學會正確搜索學術信息，對信息的使用要先進行基本判斷。如對于利用SIMULINK進行仿真驗證，許多學生直接使用網絡上提供的模型。但在仿真時經常出錯。此時教師幫助學生分析出錯原因，通常是在學生提出三個修改后仍不成功的情況下。由此鼓勵了一部分動手能力強學生的學習興趣。
三、總結與展望
通過采用新的教學理念，緊密結合懷德獨立學院電氣自動化專業“自動控制原理”實際教學情況，實施了淡化理論知識推導，注重理論知識框架的掌握；減少對計算的要求，提高對應用軟件的運用能力；降低對控制系統設計的學習要求，加強典型實際系統分析能力和對基本概念的理解。
分析當前教學效果，可以得出學生的自信心得到提高，教師的教學能力得到提升，擺脫了以前學生面對理論知識學習沒興趣、沒信心，教師面對學生只能放慢教節奏，全面降低教學要求，課堂很少互動的被動局面。
當然，要使“自動控制原理”課程的教學效果進一步提高，還需要對教師的應用能力進行培訓，提供機會讓他們走出學校到企業去，了解技術應用新動向、新需求。學生更需要走出學校，提高對本門課程在實際系統中重要性的認識。這些均是我們以后需要做的工作，希望電氣自動化專業的畢業生能很好地符合社會需求，更快地適應崗位。
參考文獻：
[1]巨瑛梅，劉旭東.當代國外教學理論[M].北京：教育科學出版社，2004：21-163.
[2]謝志剛，齊曉慧，王永川.自動控制原理教學中的方法論探討[J].中國教育技術裝備，2009，（12）：31-32.
[3]宮二玲，謝紅衛，張紀陽.融入實踐環節，提高學習興趣——《自
關鍵詞：自動控制原理；實驗教學模式；虛擬實驗
作者簡介：任琦梅（1978-），女，河南平頂山人，河南城建學院電氣與信息工程學院，講師；董燕飛（1976-），女，河南平頂山人，河南城建學院電氣與信息工程學院，副教授。（河南 平頂山 467036）
基金項目：本文系河南城建學院2013年度科學研究基金項目（項目編號：2013JZD007）的研究成果。
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0139-02
“自動控制原理”是自動化及相關專業必修的一門重要的專業基礎課，是一門理論性較強的工程科學，概念抽象，內容豐富，涉及知識面廣。實驗教學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。如何有效地組織實驗教學，提高學生的工程應用能力、創新能力和綜合素質，是實驗教學改革中重要的研究內容。筆者結合幾年來自控原理實驗教學的經驗，對常見的一些實驗方式進行分析，對實驗教學模式進行探討。
一、常見的實驗方式
1.采用信號發生器、模擬實驗箱和慢掃描示波器構成實驗平臺
這種實驗方式是在實驗箱上用運算放大器、電阻、電容等元件搭建電路，模擬典型環節或系統，由函數信號發生器提供階躍、脈沖、正弦波等信號作為環節或系統的輸入信號，在慢掃描示波器上把響應曲線顯示出來。
（1）優點：學生在實驗過程中通過搭建電路可以對控制系統的構成有一個感性的認識；進一步練習和熟悉信號發生器、慢掃描示波器等儀器的使用，提高學生的動手能力。
（2）缺點：因為系統的階躍響應過渡過程很快，普通示波器無法顯示，因此需要使用慢掃描示波器，增加了實驗室建設的成本；實驗的主要目的是對控制原理中抽象的理論知識有更深的理解，但學生在實驗過程中要花大量的時間來連接線路和調試儀器，容易忽視對實驗結果的分析；實驗中經常會受到元件參數不穩定的影響和設備條件的限制，使實驗值和理論值不相吻合或誤差過大，導致學生產生錯誤的理解；某些內容無法實驗，或實驗結果不直觀、不準確：如根軌跡部分無法進行實驗；頻率特性部分Bode圖需根據示波器得到的李薩育圖形進行計算描點繪制，Nyquist圖需根據測出的數據描點繪制。
2.采用模擬實驗箱、AD/DA轉換卡、計算機構成實驗平臺
這種實驗方式也是在模擬實驗箱上搭建電路來模擬典型環節或系統，模擬實驗箱和計算機通過A/D、D/A轉換卡和數據線進行通信，由計算機產生各種典型輸入信號，經過A/D轉換后送給模擬電路，輸出信號經過D/A轉換后送到計算機中進行顯示。
如典型二階系統的階躍響應實驗，模擬電路圖如圖1所示：
（1）優點：和第一種實驗方式一樣，學生在實驗過程中通過搭建電路可以對控制系統的構成有一個感性的認識；計算機代替了函數信號發生器和慢掃描示波器的作用，降低了實驗室建設成本；實驗過程中無需過多調試儀器，實驗過程變得簡單，節省了實驗時間，使學生可以把重點放在對實驗結果的分析上；計算機強大的處理功能使實驗結果更加準確直觀，測量方便：如階躍響應曲線上超調量和調整時間可以直接讀數，頻率特性實驗中可以直接顯示Bode圖和Nyquist圖。
（2）缺點：仍然沒有解決根軌跡部分無法做實驗的問題；做系統校正實驗或高階系統實驗時，實驗線路連接麻煩，出錯時不容易檢查，且修改系統參數不方便；實驗結果的準確性和實驗項目的設置對實驗軟件有依賴性，不能很靈活地自行設置實驗內容。
3.利用MATLAB軟件進行仿真實驗
這種實驗方式是利用MATLAB和SIMULINK軟件強大的仿真能力，通過軟件編程的方法在計算機上實現環節或系統的構建、參數的修改、輸入信號的產生和實驗結果的顯示。
也以典型二階系統的階躍響應實驗為例，在MATLAB軟件命令窗口輸入以下程序：
wn=1；t=[0：0.1：15]；
for z=[0：0.1：1，1.5，2]；
num=wn^2；
den=[1 2*z*wn wn^2]；
step（num，den，t）
hold on
end
hold off
即可得到圖2所示相應曲線，圖中自動以不同顏色分別顯示阻尼比為0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2時的階躍響應曲線，對比分析性能非常方便。
也可以在SIMULINK中建立二階系統的模型，類似系統框圖的形式，在輸入端接階躍信號模塊，輸出端接示波器模塊，仿真后也可得到系統的響應曲線。
（1）優點：MATLAB軟件具有強大的數據處理和圖形處理的能力，且編程方法簡單易懂，實驗結果更加準確直觀；對根軌跡等部分在常規實驗平臺上無法進行的內容可以很容易地進行實驗；系統模型用軟件實現使得系統結構和參數的修改非常容易；SIMULINK中結構圖的模型表示方法與理論教學中一致，加深學生對理論知識的理解；可以自行設計實驗項目和實驗內容，很方便地進行設計性實驗。
（2）缺點：直接用軟件編程進行實驗，使學生缺乏對實際系統的感性認識。“控制系統仿真”課程往往在“自動控制原理”課程之后開設，學生在實驗時對MATLAB語言和環境不熟悉，可能需要花大量時間在MATLAB編程上，而忽略了對實驗結果的分析。
4.利用研發的虛擬實驗系統進行實驗
基于一些仿真功能強大且交互性好的軟件（如MATLAB、EWB、LabVIEW等），根據實驗項目和實驗內容，研發界面友好的虛擬實驗系統。學生在研發的虛擬實驗系統上進行仿真實驗。
同樣以典型二階系統的階躍響應為例，圖3是筆者研發的虛擬實驗系統實驗界面：
實驗界面上顯示了典型二階系統的模擬電路圖、系統框圖和傳遞函數，在輸入參數面板相應位置輸入電阻R1和電容C的值，點擊控制面板上的“繪制出曲線”即可在左側示波器位置顯示出響應曲線，系統的相關參數和性能指標同步顯示出來。
（1）優點：實驗過程簡單，學生無需進行編程，根據提示搭建電路或改變參數即可得到實驗結果，著重對實驗結果的分析，提高了實驗效率；實驗結果準確直觀，響應曲線、根軌跡、Bode圖等清晰明了，便于學生對比分析；增設綜合性、設計性實驗，實驗項目更加豐富，學生也可自行設計實驗內容，提高學生的創新能力；實驗形式更靈活、更開放，突破了時間、空間和實驗條件的限制，只要有計算機即可進行實驗，學生可自主選擇時間和地點。
（2）缺點：學生通過虛擬環境進行實驗，不接觸實際器件和搭建電路，容易缺乏對控制系統的感性認識；仿真結果在理想情況下進行，實際系統的故障和異常運行情況不能完全反映，學生缺少對實際問題的分析。
二、結論
通過對上述實驗方式的比較，傳統的模擬實驗教學模式可以增加學生對控制系統的感性認識，提高學生的動手能力和分析問題、解決問題的能力；虛擬仿真實驗教學模式靈活方便，可以拓展學生的思維，進行更復雜的系統分析，并增加設計性實驗項目，提高學生的創新能力。將虛擬仿真實驗和物理實驗結合起來更有利于提高學生自動控制理論分析設計和計算機仿真與系統調試的綜合能力，提高學生的工程實踐應用能力。
綜合實驗成本和實驗效果的考慮，多數高校現在采用的是第2種和第3種實驗方式配合使用，對簡單的環節和系統的階躍響應實驗用第二種實驗平臺，使學生對實際系統有一個感性的認識，對復雜的高階系統、根軌跡、系統校正等實驗用第三種實驗方法，使學生對抽象的理論知識有更深的理解。
從虛擬實驗的角度來說，第4種方法要優于第3種方法，可以使不熟悉仿真軟件的學生從相對復雜的編程過程中解脫出來，把實驗的重心放到系統的分析和設計上。部分高校已經進行了自動控制原理虛擬實驗的研究并開發了一些虛擬實驗教學系統，但其規范性、通用性和開放性有待改進。對此進行深入研究，設計出界面友好、操作簡便、實驗項目合理豐富、通用性強的自動控制原理虛擬實驗系統，不僅能有效提高自動控制原理課程的實驗教學效果，也可以為許多電氣電子類課程開設實驗提供新的思路。
參考文獻：
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[2]肖理慶，李巍.“自動控制原理”實驗教學改革[J].電氣電子教學學報，2012，（3）.
Abstract: The paper, through the practice and feeling in the teaching reform of "Automatic Control Theory", mainly discusses the importance to pass in course fulfillment in the reform education, illustrates in detail the diversity of choice, form of teaching and cultivation of students' self-study ability, and emphasizes the necessity of practice. The aim is to inquire into the path concerning engineering course reform in education and method.
關鍵詞： 自動控制原理；教學改革；實踐環節；教學質量
Key words: Automatic Control Theory；teaching reform；practical links；teaching quality
中圖分類號：G42 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）01-0287-02
0引言
“自動控制原理”課程[1]作為工科學生的一門專業基礎課,在它們的成長過程中將起到不可替代的作用。該課程涉及到控制系統的模型建立、系統分析及系統設計的基礎理論和相關技術，理論性較強但又源于工程技術。其特點是概念抽象、數學含量大、計算繁雜，既難教，也難學。對于該課程的教學，傳統教學方法存在以下一些弊端：其一，是先進行理論教學，然后進行實踐教學，理論學習具有盲目性，缺乏針對性，學生在學習理論時，不知道重點與非重點，只是盲目進行接收，所學內容和目的不夠清楚，難以提高學生的學習積極性。其二，是本門課程對數學的知識要求比較高，學生若沒一定的數學功底，雖然教師在講臺費盡心血地向學生講述，但是學生在底下往往卻聽得一塌糊涂模棱兩可。其三，是學生做作業時沒有實踐操作的機會，從而缺乏感性認識，很難提高思維能力與實踐動手能力。其四，是采用教師只是授課，學生只是聽課，沒能達到“互動式”教學方法，因此難以激發學生的學習興趣。
針對上述原因，根據我校的實際情況，以提高教學質量為主要目標，對自動控制原理課程的教學方法進行了改革，采用了多媒體教學手段和充分的理論與實踐相結合的教學方法，同時也積極采用“互動式”教學方法，克服了上述缺點，取得了一定的經驗與實效。
1精心組織授課內容,使學生有最大的收益
1.1 精選教材，以期事半功倍之效果教學各環節中，教材的選用是極其重要的。它不僅是教師授課的依據，也是學生預習和復習的依據。一本好的教材要求內容深淺適度，講述條理清晰，結構編排合理,理論分析透徹。特別是對于“自控控制原理”這門課程，內容體系十分龐大，既有時域分析，又有頻域分析；既有連續時間信號分析，又有離散時間信號分析；還要兼顧到基礎知識的應用，這就涉及到了信號與系統、通信、自動控制等不同領域的知識。要能夠兼容并蓄，給學生以最全面的知識，最精辟的理論，最清晰的條理，必須是一本好教材才能做到。我校選擇的是國防工業大學出版社、胡壽松主編的自動控制原理。這本書我們認為其編排非常合理，符合人類思維的習慣；講述透徹，難度適當。本書在基本理論和方法的闡述上，把物理問題與其數學表述和論證密切的結合起來，注意引入現代數學概念，使這些理論和方法有較為堅實的數學基礎，這對于深入準確的理解本書內容是有益的。另外，大多數學校的考研專業課基本上都采用該教材，所以它為學生早日圓自己的考研夢奠定了一定的理論基礎。該教材以并行的方式建立連續時間和離散時間信號與系統的分析方法。考慮到當前的實際情況，在具體安排上，仍分章先討論連續的再討論離散的；先討論線性系統再討論非線性系統；然后是線性系統的狀態空間分析。這樣，把系統看作一個整體，從分析方法的角度，按時域分析、變化域分析和狀態變量分析的次序劃分章節，強調了連續系統與離散系統的共性，也突出了它們各自的特點。這將有利于基本概念和基本方法的理解與掌握。實踐證明,這一途徑在教學上是非常可取的,它可以利用連續和離散時間方法之間的共同點來分享各自所獲得的理性和感性知識,而兩者之間的差異又可用來加深理解各自不同的獨特性質，據學生反應,他們完全有能力自學。這是一本好教材所應達到的境界，讓讀者有“溫故而知新”的能力，從而達到事半功倍之效果。
1.2 多種形式施教，培養學生自學能力學生的自學能力應該是大學階段著重培養的一種能力。在他們走出校門后，這種能力將會大有用武之地。教師應該給學生以鍛煉機會。在該課程講授中對于不同內容，采取了重點講授、指導學生自學、組織有目的地討論等多種形式，注意啟發式教學，使學生既掌握了知識，又鍛煉了能力。如“線性系統時域分析”一章，是該課程的重點和基礎，學生剛剛接觸到這一概念，關于系統的各種性質、基本概念都要花大力氣去講，以期打好堅實的基礎。當在后續章節中頻繁的用到這些知識時，學生就不會感到前面的知識有欠帳。而在講完了連續時間信號的時域分析和頻域分析，再開始離散系統的分析時，盡可放手讓學生去自學。因為兩章中講述的方法完全并行展開，且在概念上也相差無幾，只要前面章節中關于時域分析與頻域分析的性質較清楚，學生感到完全可以自學，沒有必要再按部就班地講。教師此時所起的作用只是將重點提出，略作陳述。必要時，再整理出一些問題，供同學們討論以加深印象。此外，對于離散系統和狀態變量分析這兩章，應先讓學生利用課余時間回顧、復習一下時域和頻域分析、線性代數、積分變換等的知識，適當的時候在課堂上串講一下，這樣可以使學生鞏固一下以前的知識，加深對該課程的理解。這樣就節約了大量的課時，同時也鍛煉了學生的自學能力。這種施教方式深受學生歡迎，充分調動了學生學習的積極性，使他們的潛能得到了充分地發揮。另外，教師要積極采用“互動式”教學方法，充分體現“學生為主體，教師為主導”的現代式教學理念，使得教師和學生進入最佳狀態。教師要在課堂上經常穿插一些具有啟發式的提問和一些帶有啟發性的問題，圍繞教學重點有意識的設計幾個，給學生提供一定的醞釀思考時間，讓學生充分利用這一時間，進行歸納總結，舉一反三，深入研究問題，這也是培養學生自學能力的一條捷徑。
1.3 充分利用習題課，加強與學生溝通對這類集數學基礎與工程應用[4]于一身的課程，只了解一些理論知識是遠遠不夠的，必須補充一定量的習題，以鞏固所學知識。我們所選的教材后面有大量的習題，不僅有關基礎內容，還有可以擴展和深入探討的內容，甚至是在各領域研究中的前沿問題，經整理歸類后，都出現在習題中，可以說是正文部分的擴充。我們從中挑選難度適當的習題考驗學生，從中也發現了學習中存在的問題。每章講述完畢后上的習題課，集中將問題較多的部分拿出來講解透徹，加深了對理論知識的理解。同時，習題課上及答疑的時間多了解學生的心聲，他們的問題，他們的需求，可以對上課內容的選擇和講述的方式進行有目的的調整，以期“教學相長”，達到更好的教學效果。這對課程教學是一個有力的幫助和促進。
2加強實踐環節
作為一名工科[2]學生，大多數都面向工廠、企業、公司的技術工作崗位上，這就需要有一定的動手和創造、開發新產品的能力，所以實踐環節尤為重要，必不可少。我們書本上的知識學得再好，它終究是理論，如果沒有實踐的過程，它只不過是個空架子，只有把理論很好的應用到實踐中，這才真正體現了該門課程的實用價值。從工程教育本科層次的培養目標上講，不管是重點研究型大學還是一般教學型大學，都是培養“應用性”人才，這是一個基本事實。也就是說，人才培養方向及規格側重于向工程技術教育方向傾斜，突出強調“工程技術應用”能力培養，是工程應用型本科人才培養的本質特性。強化實踐能力培養，構建以工程應用能力培養為主線的實踐教學體系。它由基本技能層、專業工作能力層、工程實踐與創新能力層組成。實踐教學應與理論教學[4]同步，邊理論邊實踐，使其加深對該課程的理解；不能等理論講完再集中做實驗，這樣以前所學的知識都忘得差不多了，收效甚微。采用“二階段能力培養”的實踐教學模式:第一階段,采用基礎實驗、工程訓練培養學生的基本技能。這主要針對授課內容進行編寫實驗講義；第二階段,采用綜合性、設計性實驗和課程設計培養學生的知識綜合應用能力和設計能力。這主要是對課本內容的拓寬，合理的設計一些軟、硬件試驗，培養學生的工程實踐能力和創新能力；同時，改革實驗教學方法，推行全開放實驗教學模式，更好地培養學生獨立工作能力，促進學生的個性發展。
3加強基礎知識的擴展，尋找與相關課程的聯系，開拓學生視野
基礎理論[5]知識學習的目的，是為了更好地應用。我本人主要擔任信號與系統、自動控制原理課程教學，這兩門課程又有千絲萬縷的聯系。本門課程的知識在許多領域都有非常重要的應用，教師所要做的就是為學生開啟一扇扇進入知識殿堂的大門，讓他們看到里面光彩奪目的寶藏。而真正要得到這些寶藏，還需要他們再付出艱辛的努力。在講述了離散系統分析時，講解零階保持器以后，曾就信號在濾波、調制等通信理論方面的應用做了入門性的介紹，并指出在語音信號處理方面也有廣泛的應用。例如，現在非常熱門的數字音響為什么比模擬音響會有更高的保真度，各種傳播媒介（廣播、電視、衛星）的傳播機理，使學生了解到多彩的世界都是以先進的科學知識作后盾的。總之，限于課時有限，對這些課外知識，不可能花大量時間去講述，只能點到為止，從而激發他們學習的興趣。事實表明，學生們已經可以把所學知識應用于解決問題中了。
二十一世紀的主人正是我們現在所教的這些學生，幫助他們打好堅實的理論基礎，培養分析問題和解決實際問題的能力，是我們教師不可推卸的責任。我們相信,隨著教學改革的進一步深入，我們一定會為祖國現代化建設培養出具有扎實基礎知識、高文化素質和強實踐能力的新一代科學與工程人才。以上總結正是在這種責任心的強大驅動下，對本門課程教學改革所作的一些探索。
參考文獻：
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【關鍵詞】MATLAB語言；GUI；虛擬實驗平臺
1. 研究意義
本文以典型線性實驗系統為研究對象，基于 MATLAB 設計出實時控制統一的實驗平臺。該實驗平臺依托MATLAB數值計算以及數字仿真功能，可以完成控制系統模型分析、綜合設計、仿真研究和在線分析的整個過程，實現驗證性、開放性、設計性等不同層次實驗的要求，為設計開發實驗平臺打下基礎。GUI的設計是基于MATLAB的GUIDE開發環境，利用面向對象的編程技術，達到使實驗者可以通過簡單的鼠標拖放以及參數的修改完成仿真實驗。以二階系統的階躍響應輸入為例，有效驗證虛擬實驗平臺的運行效果。通過實驗設計可靠的控制策略并根據實驗現象和實驗數據修改控制參數等來控制試驗系統的穩定性。
2. 二階系統的階躍響應簡介
分析二階系統的動態特性對于研究自動控制系統的動態特性有重要意義。因為在實際工作中，在一定條件下，忽略一些次要因素，常常可以把一個高階系統降為二級系統來處理，仍不失其運動過程的基本性質。二階系統的實驗電路如圖1所示。
圖1二階系統的實驗電路
已知典型的單位反饋系統來分析二階系統的單位階躍響應及其動態指標。假
設初始條件為零，輸出量的拉氏變換為：
系統的特征方程為s2+2εWn+W2n=0 ；由特征方程可以解出特征方程式的根，這些根與阻尼比 ε有關。可以分幾種情況來分析二階系統的動態特性。
2.1過阻尼的情況。
系統的特征根為
由于阻尼比大于1（ε>1） ，所以-P1 及-P2均位于根平面（即s平面）虛軸的左側，并且均在是實軸上。動態響應曲線由穩態分量和暫態分量組成。暫態分量又包含兩項衰減指數項，一項衰減指數項為-P1=-（ε-ε2-1） Wn ，另一項為-P2=-（ε+ε2-1） 。當ε1 時，后一項的衰減指數比前一項的衰減指數衰減得快，因此后一項暫態分量只是在響應的前期對系統有所影響，而在后期影響甚小。可以看出這種情況下系統是為無震蕩無超調的單調遞增的暫態響應，如圖2所示。由實驗的階躍響應圖可以得出在過阻尼情況下，動態特性為單調變化曲線，沒有超調和振蕩，但調節時間較長，系統反應遲緩。2.2欠阻尼的情況。
當 0
2.3臨界阻尼的情況。
當 ε=1時為臨界阻尼，這種情況是無超調，這時的二階系統的動態響應為一條上升曲線，如圖4所示。
圖4臨界阻尼的階躍響應
2.4無阻尼的情況。
（1）當ε=0 時為無阻尼的情況，這時系統為無衰減的震蕩，其震蕩角頻率為 Wn，系統動態響應曲線如圖5所示。
圖5無阻尼的階躍響應
（2）綜上所述可以看出，在不同的阻尼比時二階系統的動態響應有很大的區別，因此阻尼比ε 是二階系統的重要參量。當ε0 時，系統不能正常工作，而在 ε1時，系統的動態響應進行的又太慢。所以對于二階系統來說，欠阻尼情況（ 0
3. 線性系統穩定性的研究
（1）一個系統正常工作的首要條件，就是它必須是穩定的。所謂穩定，是指系統受到瞬時擾動的作用，使被控量xc（t） 偏離了原始的平衡狀態而產生偏差Δxc ，當瞬時擾動消失后， Δxc 逐漸衰減，經過足夠長的時間，Δxc 趨近于零，系統恢復到原來的平衡狀態，則系統是穩定的。反之，若Δxc 隨著事件的推移而發散，則系統是不穩定的。
（2）線性系統的穩定性取決于系統本身固有的特性而與擾動信號無關，它取決于瞬時擾動消失后的暫態分量的衰減與否。暫態分量的衰減與否取決于系統閉環傳遞函數的極點（系統的特征根）在s平面的分布：如果所有極點都分布在s平面的左側，系統的暫態分量將逐漸衰減為零，則系統是穩定的；如果有共軛極點分布在虛軸上，則系統的暫態分量做簡諧震蕩，系統處于臨界穩定狀態；如果有閉環極點分布在s平面的右側，系統具有發散震蕩的分量，則系統是不穩定的。
（3）由上述分析可知，線性系統穩定的充分必要條件是：系統的特征方程根（即系統的閉環傳遞函數的極點）全部為實數或具有負實部的共軛復數，也就是所有閉環特征根分布在s平面虛軸的左側。由討論結果知道：ε>0 時，系統的極點均位于s左半平面，系統的動態過程呈現指數衰減或衰減振蕩，系統是穩定的；ε0 時，系統的極點位于虛軸或s右半平面，系統的動態過程呈現等幅振蕩或發散振蕩，系統是不穩定的。
4. GUI簡介
（1）圖形用戶界面（Graphical User Interface，簡稱為GUI）是用戶與計算機進行信息交流的窗口，它的設計是虛擬實驗仿真平臺的主要工作之一。用戶可以通過某種方式來選擇或者激活用戶界面上菜單、對話框以及控件等圖形對象，來運行一些特定的M文件。
（2）利用MATLAB7.0版中的圖形用戶界面設計向導編輯器GUIDE進行可視化編程，即可完成軟件界面的創建。在圖形的設計過程中，GUIDE提供了下面一些工具：菜單編輯器、對象瀏覽器、屬性編輯器、控件布置編輯器、網格標尺設置編輯器和GUIDE應用屬性設置編輯器等。用戶將它提供的工具與編程經驗結合起來，可以方便地創建友好的圖形用戶界面。各級界面主要利用向導編輯器GUIDE中提供的控件（如按鈕、文本框等）來設計友好的交互式界面。使用Property Inspector修改控件屬性，如背景色、前景色、字體及大小、位置、標志、類型等，控件不同屬性也不相同。借助GUI設計面板提供的控件布置編輯器/Align Objects0，可以很容易的對所選對象進行水平、垂直和間隔排列布置。
（3）通過圖形界面中的控件的操作來完成圖形界面的功能，這些操作是通過函數代碼的執行來完成的。函數代碼的編制可以通過編寫回調函數實現，在編寫時可以把該控件的函數代碼直接書寫在/Callback0屬性中，也可以把函數代碼放在一個自定義的M文件中，而在/Callback0中只寫上其文件名。當操作該控件時，系統會自動執行/Callback0中所要求執行的內容，完成相應的功能。
圖6虛擬實驗平臺的四個模塊
圖7二階系統的階躍相響應界面
圖8系統穩定性分析界面
關鍵詞：自動控制原理；教學改革；網絡
作者簡介：李霞（1979-），女，吉林省吉林市人，東北電力大學自動化工程學院，講師；姜文娟（1979-），女，吉林省吉林市人，東北電力大學自動化工程學院，講師。（吉林 吉林 132012）
中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）35-0043-02
現代社會，自動控制技術廣泛應用于現代科學技術的眾多領域，對于生產效率的提高和科研進步起著越來越重要的作用。對于高校的自動化及相關專業，“自動控制原理”是一門主要基礎課程。該課程對學生奠定學科專業研究基礎、建立較完善的專業知識體系概念、培養學生獨立思維與分析能力都具有重要的指導作用。一直以來，針對該課程的教學改革都是自動控制及相關專業教師致力研究的重要課題。[1，2]
而隨著科技和社會的進步、制度與政策的變遷，新的形勢為“自動控制原理”課程的教學提出了新的挑戰。本文針對新形勢下該課程面對的新問題及其解決方式提出想法與探討，希望為該課程的建設與改革貢獻一點微薄之力。
一、“自動控制原理”課程特點及傳統教學方式
“自動控制原理”是控制及相關專業的重要專業基礎課。該課程要求具有較扎實的數學基礎和較廣泛的工科背景認識，而知識的講解卻比較偏重于原理的闡述，邏輯性與抽象性較強，推導、公式與抽象概念較多。
傳統的教學方式一般是以教師為主體，結合圖解和例題進行邏輯性較強的推導與講解。這種教學方式存在學生對知識的工程背景不感興趣、不夠理解等問題，但在一定程度上給學生打下了較為堅實的學科理論基礎，訓練了學生的的邏輯思維和解決問題的能力，在過去的教學中起到了較好的教學效果。[3]
二、新形勢帶來的新機遇與新問題
進入21世紀以來，隨著科技的進步和政策的變遷，新的形勢為課程教學帶來了新的問題和機遇。如何解決新的問題、抓住新的機遇成為了“自動控制原理”課程教學面對的新問題。將新形勢為“自動控制原理”課程教育帶來的部分主要問題歸納為以下幾點：
1.教學目標變化的影響
隨著近年來高校招生數量的增加，社會對高等教育的期待值日益發生變化。大部分高校的教育目標已由“精英教育”轉向“大眾化教育”。高等教育不再僅僅強調理論推導，而轉為重視實際的動手能力。作為自動化及相關專業學生，理解專業課程相關工程背景，具有實際解決問題的能力和創新能力成為了培養的重要目標。這對傳統的強調理論推導的教學方式提出了新的挑戰。如何實現使學生從被動的背公式、做習題到主動理解知識、具備獨立解決問題能力與創新意識成為教學中必須解決的問題。
2.社會價值觀變化的沖擊
隨著我國國力增強的進程，社會價值觀日益發生著變化，舊有的教育凈土也面臨著沖擊。社會價值觀的物質化和浮躁傾向對學生的學習心態也產生著影響。刻苦鉆研精神的流失、學習精力集中程度的下降、對知識的渴求程度降低都影響著“自動控制原理”課程的教學效果。如何使學生認識到該課程的重要性，如何使學生踏實地進行較為抽象的理論研究是教學中必須思考的課題。
3.網絡時代帶來的利與弊
21世紀是一個信息時代。互聯網作為一種新的傳播技術和交流工具，為知識獲取的途徑與形式提供了更多選擇。[4]網絡時代的到來對于“自動控制原理”教學工作而言有利有弊。網絡的海量信息和方便的知識獲取途徑有利于學生開闊眼界、拓展知識面、理論聯系實際；而從另一個角度而言，網絡上部分過于簡單的知識描述不利于學生邏輯思維的形成，對習題及其答案的便利獲取可能造成學生不愿思考、不勞而獲的習慣，多而駁雜、未經選擇的知識可能對學生學習的效率和精力的集中造成不利影響。如何更好地利用網絡資源的有利面，減小其不利影響，這也是新形勢下“自動控制原理”教學改革中需要考慮的問題。
三、對教學改革的探討
世易時移，教學方式也需要與時俱進才能夠獲得更好的教學效果。因此“自動控制原理”課程教學方式的改革對控制及其相關專業而言具有十分重要的意義。對于新形勢下該課程教學方式的改革特提出幾點想法與大家共同探討。
1.教學內容的改革
“自動控制原理”課程傳統教學中注重邏輯性，注重理論推導的授課方式有其必然性與優越性。但是僅僅局限于抽象理論的解題而不深入思考其實際意義對學生的能力培養是不利的。
在新的教育目標指導下，培養有特色、有能力的創新型人才必然是高等教育的發展趨勢。而根據各學校自身特色與教學優勢，在堅持邏輯清晰、推理嚴謹的基礎上，增加與本專業相關、與所在院校工程背景結合緊密的實例分析，使學生在學習理論的基礎上更進一步理解知識的工程意義，對于學生的學習興趣和創新精神的培養都將有較好的作用。
2.授課方式的改革
“自動控制原理”課程的課程特點決定了理論知識以板書推導為主的授課方式仍是目前行之有效的授課方式之一，但可考慮在此基礎上更好地結合多媒體教學，并引入生動、切題、與本行業結合緊密的視頻資料進行輔助，增加學生的直觀感性認識，增強學習的目的性，更好地培養學習興趣。
針對部分推導較為繁瑣而結果較直觀的部分，如根軌跡分析等內容，可考慮引入MATLAB等程序運行演示，使復雜抽象的概念看起來更直觀；而對部分具有實驗條件的部分內容，如一階、二階系統分析等內容，直接結合實驗進行教學可能會有更好的教學效果。
3.主動學習能力的培養
網絡時代的到來使知識的獲取途徑更加多樣化。而網絡瀏覽方式是對信息有目的性的主動獲取，這是有別于傳統知識獲取方式的新特點。
更好地利用即時交互工具，及時了解學生的學習狀態，解決學習中的疑問；更好地利用網絡資源，建設合理、方便、人性化和即時性的教學網站，結合網絡資源提出更多具有可行性、創新性的問題，讓學生帶著疑問主動獲取知識、解決問題。這些對學生主動學習能力的培養都有較重要的意義。
4.課外學習的補充作用
對學生的獨立思考和動手能力的培養僅僅依靠課堂教學時間是遠遠不夠的。傳統教學方式希望通過大量習題與作業以達到加深知識理解的目的，但對知識內涵理解不深的學生而言，可做到的也僅僅是對解題熟練度的訓練。
而設置合理的課外學習途徑作為教學方式的補充應是此類問題較好的解決辦法。
首先，網絡的日益發達，使教學資料、視頻等上網成為可能。在教學網站的建設中，設置專門的模塊作為學生復習、預習和了解理論知識工程背景的平臺，對于加深學生對知識的理解應有較好輔助作用。
其次，科技的發展、軟件虛擬技術的提高使虛擬實驗軟件的建設成為可能。設計并上傳基于課程知識而又具有人性化界面、較全面合理的輔助教學功能的虛擬實驗軟件能夠較為有效地彌補實際實驗條件的不足，并且有利于提高學生的學習興趣、培養獨立思維和動手能力。
另外，組織具有創新性和可思考性的小型設計、進行專業知識相關實習或參觀等活動都將對學生獨立思維能力的培養和課堂教學效果起到有益的補充作用。
5.科研精神培養的重要作用
科研精神的培養是潛移默化的。它的教育范圍不僅僅局限于“自動控制原理”一門課程。然而這項教育卻是所有教學改革中最重要、最基礎，也是最難完成的一項課題。教學改革僅僅從教師、教學條件與環境等方面努力，改變的仍然是外因；而學生自身的主觀認識才是教育成功的內在因素。
所謂“教書育人”，教師個人嚴謹求實的精神，教學環境中追求真知的氛圍，有意識地對學生的科研精神和正確價值觀進行培養，這些將是教學改革是否成功的決定性因素，也將是學生一生取之不盡的真正財富。
四、結論
新的形勢為“自動控制原理”課程教學帶來了新的機遇和挑戰，教學改革勢在必行，而改革的手段不一而足，需要更細致深入的探討、研究與實踐。
教學改革唯一的目的就是加深學生對課程知識的接受和理解，培養合格的專業人才。在此目標指導下積極、謹慎地進行改革，針對具體授課對象打造具有學校自身特色的、更適合實際情況的教學方式必將對“自動控制原理”課程教學效果的提高起到積極的促進作用。
參考文獻：
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關鍵詞：自動控制原理；計算機輔助教學；考核方式多元化
作者簡介：陳兆嶺（1967-），男，江蘇泰州人，江蘇大學電氣信息工程學院，講師；劉國海（1964-），男，江蘇揚州人，江蘇大學電氣信息工程學院，教授。（江蘇 鎮江 212013）
基金項目：本文系江蘇省“十二五”高等學校重點專業建設（批準號：蘇教高[2012]23號）、2011年江蘇大學校級教學改革與研究項目（重點）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0086-02
“自動控制原理”是一門理論性和工程實踐性都較強的專業基礎課，是后續專業課程不可缺少的先行基礎課，[1]江蘇大學電氣信息工程學院所有專業的學生都要學習這門課。為了提高教學質量，課程教學組根據課程特點采用多種教學手段，對課程教學進行了全方位的改革實踐。
一、課程特點和教學改革的必要性
“自動控制原理”課程的特點是：內容成熟豐富、涉及知識面廣、理論性強、比較抽象但又和工程實踐聯系緊密、可供使用的教學手段更新發展快，同時習題多、難度大，是具有一定深度和學習難度的課程，往往讓學生感到難學，教師感到難教。[2]教師在講授過程中也容易過分強調理論知識的數學推導而忽視工程應用，使這門課類似數學課。[3]若教師對這門課程采用以“教師為中心”的單一教學模式，沿用傳統的“課堂板書講授+驗證實驗”的教學方法，則不利于學生系統地掌握課程知識點，會導致學生缺乏學習興趣和主動性，從而無法達到良好的教學效果。[4，5]因此教師必須更新觀念，大力倡導積極主動的學習方式，充分應用先進的現代教學手段，建立一套包括理論講授、計算機輔助教學、實踐教學、作業講解、網絡資源共享、評價體系和學術討論相結合的全方位的課程教學改革新體系，充分調動教師和學生的積極性，努力提高教學質量。
二、全方位教學改革實踐
江蘇大學“自動控制原理”課程教學組經過認真研究，本著“以學生為中心”、“厚基礎、重實踐、重能力”的指導思想，在省重點專業建設和校級教學改革與研究項目的資助下，對課程體系進行整體優化，將多種教學手段并舉，實現了師生之間學習過程的雙向互動，取得了良好的教學效果。
1.精選教學內容
為了解決“自動控制原理”課程內容多、學時少的矛盾，教師必須根據教學大綱的培養目標突出重點優化整合教學內容。根據江蘇大學電氣信息工程學院各專業的學習需要，本課程組分別精選了90、75、60和45學時的課堂教學內容。自動控制系統分析與設計的主要內容和重點是研究系統的特性，即穩定性、動態性能、靜態性能。“穩、快、準”貫穿了時域分析、根軌跡分析和頻域分析的過程，教師在講課過程中又以工程上應用廣泛的頻域分析為重點和難點，將基本概念、基本原理和基本方法講透，讓學生了解和學習“控制論”的思想方法。課程開始時就向學生推薦幾本國內有影響的參考書，對于教學大綱中規定的了解內容則略講，或讓學生課余自學，這樣不但培養了學生的自學能力和獨立思考解決問題的能力，也節省了課時。
教師也要注重介紹控制學科前沿的最新發展，使課程具有先進性和時代感。增加MATLAB軟件的應用，減少講授系統根軌跡繪制、頻率特性繪制的內容，而將重點放在應用根軌跡法和頻域分析法進行工程分析與設計上，使學生掌握專業的知識與技能。
根據以上原則，課程組成員編寫的教材《自動控制原理》將于2013年由機械工業出版社正式出版發行。
2.課堂教學手段多樣化
課堂教學是教師講授和學生學習的重要環節。為了增強授課效果，教師應采用講授式、探究式、案例式、討論式和對比式等教學方法相結合，采用以多媒體課件為主、減少板書時間、增加Matlab軟件應用內容介紹、增加師生互動交流時間等教學手段。
課程組教師根據授課內容的不同，將多種教學方法相結合，如緒論部分采用了講授式、案例式、對比式等方法介紹自動控制的定義、特點、實例、基本內容和基本要求；采用探究式、討論式和對比式等方法分析時域法、根軌跡法和頻域法的區別與聯系、應用范圍、優缺點等。
由于課程理論性強、公式推導多，采用傳統的板書方式耗時費力，而采用多媒體課件教學，不但節省課時，而且圖文并茂，增加了信息量，提高了課堂教學效率。為了適應學生的思維速度，在公式推導時，教師利用多媒體動畫一步步地給出演算過程，產生了和板書相同的效果。
教師引入基于Matlab的計算機輔助教學，避免了高次方程解根、高階系統性能指標計算等煩瑣計算，可以把時域、根軌跡、頻域分析和校正系統的繪圖很快地在計算機上繪制出來，還可以方便地分析系統傳遞系數、開環零極點變化等對系統性能的影響。這不僅提高了課堂的教學效率，也使學生鞏固了所學知識，拓寬了思路， 提高了學生的學習的興趣和熱情，同時為后續的課程設計、畢業設計的分析和計算工作打下良好基礎。
采用的多媒體課件和引入的Matlab輔助教學節省了課時，增加了師生課堂互動交流的時間。教師在授課過程中可適當地留一些懸念，啟發學生思考后再進行講解，效果更好。如在講授奈氏穩定判據時，拋出問題：當有p個開環極點在s平面的右半部時，奈氏曲線會如何變化，奈氏穩定判據應用時應作哪些修改。通過學生獨立思考、師生互動解決問題后，學生對奈氏穩定判據的本質理解更深刻，印象更清晰。
教師每講完一章應歸納出本章知識點作為學生復習的重點，引導學生及時復習。
3.改革作業完成方法和實驗方式
課后及時做作業，有利于學生深入理解學習內容、鞏固所學知識。教師課后布置一些概念性強的習題，要求學生閱讀參考書，利用Matlab指令或Simulink模塊進行仿真，這樣既拓展了學生的思維模式又能讓經典的專業知識與時展相結合，使學生在掌握成熟的專業理論的同時理解本專業的性質和實際應用特點。
實驗方面采用驗證實驗和設計實驗相結合、仿真實驗和物理實驗相結合、課堂實驗和開放實驗相結合的方法。需要在課堂完成的驗證實驗有四個，同時學生也可自主設計實驗，學生根據所學的知識利用實驗室的設備自由設計實驗，以驗證所學的理論知識，充分發揮學生個體的能動性、創新性來自主設計一些自動控制系統。通過實驗，學生掌握了諸如實際溫控系統的組成、PID控制器的設計和調節，更好地將理論知識應用到實際系統中。
課程組教師結合自身的科研課題，吸收部分學生實際參與；組織學生開展各種豐富多彩的課內外科技活動，進行大學生電子設計制作培訓；組織學生參加全國大學生電子設計競賽、校“星光杯”科技作品大賽、大學生科研立項等活動，學生每年都取得不俗成績。
4.網絡資源的建設和利用
江蘇大學開發了“自動控制原理”課程的網絡課堂，教師充分利用校園網絡資源進行網上輔助教學。網絡課堂系統主要分為三大模塊：資源中心模塊、教師管理模塊和學生自主學習模塊。課程教學大綱、教案概略、參考文獻目錄、網上提交作業、在線測試、實驗預約、師生互動、網絡課件、部分授課錄像等都已上網使用，并逐步充實和完善。學生可在網上下載所需學習資料用于課前預習和課后復習。網絡資源中心不斷更新充實國內精品課程、學術期刊和相關技術資料等內容，為學生的自主學習提供了一個良好平臺。除此之外，該系統還包括隨機出題的習題庫子系統，學生可以隨時通過習題庫進行自我測驗，同時也有網上輔導體系，學生可以隨時與教師互動答疑。
5.考核評價方式多元化
江蘇大學“自動控制原理”課程改變期末一張考卷定成績的傳統做法，總評成績由平時成績和考試成績組成，平時成績占25%，考試成績占75%。平時成績主要考核上課出勤、課堂參與情況、作業成績、實驗成績。試卷命題要知識覆蓋面廣，分為基本要求部分和提高部分，前者約占試卷總分值的75%，主要考核學生掌握基本知識的程度，后者約占試卷總分值的25%，主要考核學生靈活運用所學知識的能力，難度與考研題接近。這樣做既考核了學生掌握基本知識的情況，又促進學生深入學習研究，保證了考核結果的區分度。
6.教改研討活動制度化
“自動控制原理”是學院的重點教學課程，學院成立了專門的課程教學小組，并持續吸收自動化系新教師加入。多年來，課程組堅持開展經常性的、有計劃的教學研究活動，針對課堂教學中的重點、難點以及新問題開展專題討論，深化課程的教學改革，不斷地更新和完善教學內容，改進教學方法。學校每年開展一次講課競賽，提高教師講課技能，積極申報省市和學校的教學改革項目，所涉及的內容有：課程教學體系整體優化、教學內容與方法改革、課程群建設、雙語教學、教材建設、實驗室建設、多媒體教學研究與建設、網絡教學平臺建設等。學院鼓勵對外交流，鼓勵教師發表教學改革論文，派出課程組教師參加每兩年舉辦一屆的“全國自動化教育學術年會”，直接和兄弟院校交流教學經驗，學習先進的教學方法和手段，將“自動控制原理”課程的教學改革推向新的臺階。
三、教學效果
“自動控制原理”課程的全方位教學改革，取得了良好的教學效果。學生普遍反映學習興趣濃厚、課程內容充實、學習效率提高，考核總評成績提高，不及格率下降至7%以下。相當數量的學生在教師的研究課題中發揮較大的作用，每年參加的全國大學生電子設計競賽，都能取得幾項一等獎，對江蘇大學的電氣工程及其自動化專業（國家級特色專業）和自動化專業（江蘇省品牌特色專業）的建設起到了促進作用。
參考文獻：
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關鍵詞：自動控制原理；輔助教學改革；微信平臺
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0079-03
一、背景及意義
自動控制技術是一門非常重要的現代科學技術，廣泛應用在電力、冶金、汽車制造、機器人、航空航天、軍事、智能家居等領域，在人類生活的各個領域創造了一個又一個文明，影響著人類的生產生活方式，因此人們需要掌握一定的自動控制技術。《自動控制原理》是學習自動控制技術的基礎學科，是許多專業的基礎課，掌握好《自動控制原理》是必要的。《自動控制原理》具有理論性強、實踐性強、內容抽象、系統分析繁雜、涉及的知識面廣等特點。學生學習起來具有一定的難度和深度，而且學生容易陷入枯燥、厭學的惡性循環，這會阻礙學生的學習[1-3]。傳統的《自動控制原理》課堂教學是師生之間面對面地交流，教師可以根據學生的聽課狀態了解授課情況從而可以隨時微調教學內容及進度，課堂的教學環境容易營造一種濃厚的學習氛圍，有利于學生快速進入角色，使學生聽課注意力集中，這有利于及時交流，所以傳統課堂教學在大學以其不可比擬的優勢占據主導地位。但是也有著不足，例如課堂學習的時間有限、不夠自由靈活、課堂教學情景無法再現等。因此需要發展一些輔助教學來彌補傳統課堂教學的不足，增加傳統課堂教學的手段和豐富教學內容，做到以傳統課堂教學為主，輔助教學為輔。
21世紀初，隨著計算機的發展、互聯網的出現使輔助教學發展翻開新的篇章。以互聯網為基礎的E-Learning（在線學習）學習方式彌補了上述不足，以互聯網及其強大的信息交換能力，使學生可以重復觀看上課錄制好的教學視頻、教師上傳的教學課件等，但是在實踐過程中發現，雖然E-Learning學習方式能夠在一定程度上增加學習的自由性、激發學習的興趣，但仍舊不可避免地受到電腦、網絡以及不能隨時隨地溝通的約束[4]。因此，在近年來，我校師生積極探索新的輔助教學方式――以手機終端為基礎的M-Learning（移動互聯學習）學習方式。
M-Learning顧名思義是基于移動終端的教學方式。以智能手機和4G網絡為代表的移動互聯網的迅猛發展，使人們的生活方式發生著巨大的改變，越來越多的人變得手機不離手。大學生作為智能手機使用者的中堅力量，無時無刻不在使用手機，因此出現了所謂的“低頭”族。輔助教學新階段M-Learning（移動互聯學習）正在被應用到大學課程教學中。M-Learning輔助教學不僅具有E-Learning輔助教學的各種功能，還能彌補E-Learning輔助教學的不足，如在移動平臺上可以隨時隨地進行溝通。此外，它的特點還有信息傳播更加快速化、微型化、碎片化，信息獲取也更加自由，師生之間可隨時隨地進行互動，等等。
在智能手機琳瑯滿目的APP應用中，微信這一款即時通信免費聊天軟件無疑是最具發展成移動教學平臺潛力的。《企鵝智庫：2016年微信影響力報告》表明，學生使用微信的比例達到14.4%；平均每天打開微信10次以上的用戶達到61%；35.8%的微信讀書用戶提升了自己的閱讀量。微信月活躍用戶規模達到6.5億。這說明微信在人際互動交往軟件中占絕對統治地位，因此開展以微信為基礎的移動互聯網教學具有良好的使用基礎。
二、微信具有的功能
微信是一款功能強大的即時通信軟件，主要功能有聊天、朋友圈分享、微信公眾號等。微信的聊天系統有強大的功能，不僅可以發送文字，還可以發送語音、圖片、視頻和office文件等。語音、視頻交流使人與人之間的交流更加密切和方便，可瀏覽office文件的功能使辦公更加方便。我校《自動控制原理》教師已經建立以專業為單位的“自動控制原理”微信交流群，群內包含任課教師及學生，在群組內學生可以S時隨地向教師詢問相關問題，教師也可以任務書。同時支持私聊和群聊的聊天模式使人際交往更加靈活，使得教師除了一對多的答疑外，也可以進行一對一的輔導。除聊天系統功能強大以外，朋友圈分享功能也是微信的一個特色。微信的朋友圈分享可以實現文章的轉發、文字和圖片的發表或者視頻的鏈接，朋友圈還具有強大的評論功能，這個功能不同于QQ的說說，沒有互加好友的人不能看見對方的評論。除了上述兩個常用的功能外，還有面對面加群、附近的人、搖一搖等功能，具體見表1[5]。
除了個人用戶的功能強大之外，微信還推出了公眾號功能，公眾號可以實現自媒體活動，即實現一對多的媒體性的行為和活動。微信公眾號分為“服務號”和“訂閱號”，作為個人目前只能申請訂閱號，在訂閱號中可以向所有關注的人推送微消息、微活動、微語音、微視頻等。我校教師嘗試建立并完善以《自動控制原理》教學為內容的公眾號，在公眾號內搭建多個板塊，如科技前沿、歷史回溯、教學天地等，并且每位教師隨時可以推送與自己研究領域相關的文章、前沿科技等。
微信所展示出的各種功能與以往的E-Learning方式相比，使學生的學習方式更加靈活、自由性更高、時間地點的約束進一步降低。同時它是課堂教學的進一步延伸，無論是答疑解惑還是豐富課堂教學內容都具有良好的效果。
總之，微信整合了手機短信、通話、郵箱、論壇等多種功能，形成了一個操作簡單、高效的多模態、一體化的移動交互平臺。微信的這些功能不僅使人們的生活更加方便，同時也為《自動控制原理》課程的改革提供了新的發展方向和平臺。
三、微信教學具有的特點
雖然微信具有如此之多的功能，但是操作起來卻一點都不煩瑣與復雜，而且在不同功能之間切換很方便。例如，在信息交流時，語音和文字功能相互轉換比較方便，可根據自己的使用環境選擇一種方便的輸入方式。
微信的信息一般以簡短的文字內容、快速的照片分享等“微”信息為主，適合當下“快餐式”的閱讀習慣，同時由于信息具有“微”特點，使得信息更靈活，內容更豐富，以及信息傳遞更加精準[6]。
微信交流具有實時性，這使教師和學生不必專門準備特定的時間進行溝通和學習。同時作為“互動式”教學方式，教師不僅能有效地傳遞知識，而且能夠及時地從學生的學習和疑問中得到教學效果反饋，從而及時調整教學進度。
朋友圈不僅能夠狀態、心情以及最近的活動，同時也可以使師生之間的互動更加密切，建立起亦師亦友的關系。同時，學生也可以最新的成果、作品以獲得成就感和滿足感。
四、基于微信平臺的教改
我校師生積極探尋如何利用微信開展《自動控制原理》的課程教學，以滿足學生的學習要求。微信教學平臺的具體內容如下：
朋友圈：學生可以通過微信朋友圈擴散消息。例如，學生可以發送一些與《自動控制原理》有關的文章、學習技巧、科普知識等，也可以推送自己做出的成品以及自己的發明創造等。教師可以通過朋友圈對學生的內容進行點贊、評論等，增加與學生之間的互動。這不僅可以從學習上關心學生，更可以從生活上及時送上關心和分享學生的喜悅，使師生之間能夠加深了解，打破傳統的師生身份的觀念，建立起亦師亦友的關系。例如，曾有位學生腿部骨折卻無錢治療，我校師生通過朋友圈U散消息來籌集資金，并為他送上關心和祝福。
微信群：任課教師可以建立以上課班級為單位的微信群。教師通過該群可以組織學生學習討論，可以發起課程評價，也可以進行統一答疑、布置作業等。學生在群里還可以暢所欲談，減小師生之間的身份差距。當然，任課教師除了這種一對多的輔導之外，還可以進行一對一的輔導。智能手機的便利性，使這種交流可以隨時隨地進行，它打破時空的局限性。例如，在下班回家的公交車上，教師就可以通過語音的方式完成交流討論。
微信公眾號：公眾號的合理設計可以極大地增加學生學習的樂趣和對信息的獲取。例如，公眾號下可以列舉各位任課教師的特點、研究領域等以供學生根據自己所喜好的方向有針對性地選擇教師來輔導。也可以推送如生產生活中的創新性應用的實例和前沿科技發展理論等資料，來增加課程的趣味性和吸引力，令整個課程顯得豐富多彩。目前，我校教師建立了“華電自動控制原理”的微信公眾號，公眾號的內容性還在不斷探索和完善。
利用微信平臺建設移動互聯網教學主要集中在課外的延伸以提高興趣、課后的復習以鞏固知識和課下的交流以方便答疑，但這不并是說微信在課前和上課時不能被加以利用。例如，在課前，教師可以通過微信群通知學生需要準備的資料、需要預習的內容等；課后，上傳與下節課內容有關的動畫等以此激發學生的學習興趣；再如微信表情中篩子功能，可作為上課隨機點名回答問題的方式；利用微信群可以在課上做問卷調查等。
五、結論
基于微信平臺的《自動控制原理》輔助教學不僅能夠彌補傳統課堂教學、網絡教學的不足，打破課堂教學的時空限制和原有網絡教學的局限性，還在此基礎上豐富了教學手段、增加了學習趣味。這一輔助教學不僅僅變革了教學形式，還改變了教學理念，使“灌輸式”學習變革為“交互式”學習，同時，更加注重學生的學習質量、學習體驗，它進一步推動了教育信息化的發展，完善了教學內容。
參考文獻：
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【關鍵詞】MATLAB；VB；ActiveX技術；自動控制原理
1.引言
在自動控制原理教學中[1，2]，經常要對控制系統的穩定性進行分析，通過頻域變化、z變換、s變換等來解決時域問題，從而改變和判斷系統的收斂情況。各種方法雖是可以達到結果，但繁瑣，計算起來較慢，且學生和老師需在計算機房花費大量時間來驗證、編程，對教學的及時性、串聯性，學生的感官性認識都有所影響[3]。
Visual Basic[4]是一種可視化的程序設計語言，在其編程環境中采用了面向對象的可視化設計工具、事件驅動的編程機制、動態數據驅動等先進的軟件開發技術，為用戶提供了一種所見即所得的可視化程序設計方法。但是它的數值計算能力不是很強，而由美國MathWorks公司推向市場的MATLAB軟件恰好彌補了這一缺陷。該軟件是一種面向科學和工程計算的解釋性語言，具有強大的數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示能力，為用戶提供了一個強有力的科學及工程問題分析計算及程序設計的工具，可根據不同處理對象的需要，通過簡單的編程，方便地完成相應的功能[5]。
基于VB和MATLAB的上述特點，本文利用VB來設計界面作為主程序，調用由MATLAB編寫的子程序，從而實現對自動控制系統中系統的穩定性的分析，還可以畫出相應的Frequency圖、Nichols圖、Nyquist圖、Bode圖，進行自動控制系統的性能分析。有效地提高了自動控制原理課程的教學計劃，也提高的學生的感性認識和積極性，提高了教學質量。
2.軟件工具
2.1 借助Active X部件
Active X部件是一些遵循Active X規范編寫的可執行代碼，比如一個.exe、.dll或.ocx文件。它允許應用程序或組件控制另一個應用程序或組件的運行，它包括自動化服務器和自動化控制器。在程序中加入Active X部件后，它將成為開發和運行環境的一部分，并為應用程序提供新的功能。Active X部件保留了一些普通VB控制的屬性、事件和方法，它特有的方法和屬性大大地增強了程序設計者的能力和靈活性。Active X實際上是在調用一種部件，而無需要求該部件對應的程序正在運行，這會使得其功能更加強大。在VB中創建MATLAB的Active X對象后，就可以使用這個對象所包含的各種方法，實現對MATLAB的調用[6-8]。
在VB中創建MATLAB Active X的方法如下：
Dim Matlab As Object
Set Matlab=CreatObject（“Matlab.Application”）
在創建Matlab Active X對象后。就可以利用該對象所包含的各種方法實現對MATLAB的調用。
2.2 基于MATLAB的自動控制系統性能分析
一個控制系統的全部性質都取決于其閉環傳遞函數，如穩定性取決于其極點，穩定精度取決于其比例系數，動態性能既取決于其極點，又與零點有關。閉環傳遞函數的零點和開環傳遞函數的零點相同，比例系數之間也有簡單的關系，都不難確定[9，10]。唯有閉環傳遞函數的極點，即閉環特征方程的根，計算比較困難。控制系統的這些基本性能在經典控制理論中主要通過時域響應曲線分析法、根軌跡法與頻率響應法等對系統進行設計、分析，為此我們借助Matlab強大的專業繪圖功能（如響應曲線、Bode圖、Nyquist圖、Frequency圖、Nichols圖等），對系統的各種性能進行分析。控制系統傳遞函數模型：
（1）
在MATLAB中，直接用分子/分母的系數表示，即：
num=[b1，b2，b3，…，bm]
den=[a1，a2，a3，…，am]
則該系統的頻率響應數據可由式（2）得出。
（2）
3.基于Visual Basic及MATLAB接口實現的自動控制系統
例如某控制系統的開環傳遞函數為：
本例設計的是利用VB來設計界面作為主程序，借助與Active X部件調用由MATLAB編寫的子程序，畫出相應的Frequency圖、Nichols圖、Nyquist圖、Bode圖、step圖和rlocus圖，并對自動控制系統的穩定性從頻域和時域進行了分析。
3.1 該系統的頻域分析
用戶界面設計如下：
在VB中編寫的頻域分析主程序如下：
Private Sub Command1_Click（）
Dim matlab As Object
Dim result As String
Set matlab = CreateObject（"matlab.application"）
Call matlab.minimizecommandwindow
result = matlab.execute（"clear"）
result = matlab.execute（"" & Text1.Text & ""）
result = matlab.execute（"freqs（num， den，w）"）
result = matlab.execute（"print -f1 -dbitmap e：＼ freqs.bmp"）
Picture1.Picture = LoadPicture（"e：＼ freqs.bmp"）
Call matlab.quit
Set matlab = Nothing
End Sub
Private Sub Command5_Click（）
Unload Me
End Sub
Private Sub Form_Load（）
Me.Left = 0
Me.Top = 0
Me.Width = Screen.Width
Me.Height = Screen.Height
End Sub
在Matlab下編寫的函數子程序如下：
num=[250]；
den=[1 20 75 0] ；
w=0：0.1：100；
[m1，p1]=bode（num，den，w）；
p1=p1-T*w'*180/pi；
subplot（211），semilogx（w，20*log10（m1））；
subplot（212），semilogx（w，p1）；
[x，y]=nyquist（num，den，w）；
clg；plot（x，y）；
[x1，y1]=freqz（num，den，sqrt（-1）*w）；
[mag，pha]=nichols（num，den，w）[7]；
3.2 該系統的穩定性分析
3.2.1 利用Bode圖進行分析
此系統開環傳遞函數的特征根全部位于虛軸左側，即p=0。由圖中可以知道，在的頻率范圍內，未穿越-180o線，故該系統閉環后是穩定的。
3.2.2 利用Nyquist穩定判據進行分析
要判斷閉環狀態的穩定性，必須繪制出的幅相特性圖，根據繪制幅相頻率特性圖的規則，特性曲線的起點在實軸上，終點是以-270o進入原點。系統閉環穩定與否，主要取決于特性曲線與實軸的交點。
（3）
由得。將代入得：
（4）
的幅相頻率特性圖如4所示。由圖知的幅相特性繞（-1，j0）的轉角為零。所以該系統閉環狀態是穩定的[6]。
4.結論
通過對VB和Matlab的鏈接進行了總結性研究，以Active X部件為基礎的鏈接方法，實現對自動控制原理中控制系統進行了教學編程，可對系統的連續函數和離散函數進行分析，并舉例說明和分析了系統開環傳遞函數的穩定性，畫出了系統的Bode圖、Nyquist圖、Frequency圖、Nichols圖來驗證設計的鏈接的正確性。很好的改變了老師在教學中枯燥的現象，豐富了課堂的活躍性，提高了教學質量，是可以推廣應用的好的教學手段。
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