肖支才，吴华丽，施建洪
（海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001）
摘要：“自动控制原理”作为专业基础课程的重要性和飞行学员层次基础的薄弱性形成了一对矛盾，如何有效地解决这一问题是飞行学员进行后续专业课程学习的关键。针对该层次学员特殊的学历结构，通过优化教学内容、编写适应飞行学员层次的教材以及改进教学模式和方法，积极探索课程特色化教学改革的途径，取得了良好的效果。
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关键词 ：“自动控制原理”课程；飞行学员层次；特色化教学；教学改革
DOI：10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.04.026
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1671—1580（2015）04—0056—02
收稿日期：2014—11—20
作者简介：肖支才（1977— ），男，湖北孝感人。海军航空工程学院控制工程系，副教授，研究方向：自动检测与先进控制理论。
吴华丽（1980— ），女，重庆人。海军航空工程学院控制工程系，讲师，硕士，研究方向：导航、制导与控制。
施建洪（1963— ），男，江苏吴江人。海军航空工程学院控制工程系，副教授，研究方向：先进控制理论。
“自动控制原理”课程是海军航空工程学院飞行学员层次空间工程专业一门必修的专业基础课程，是许多后续课程的先导课。飞行学员是一个比较特殊的教学层次，其定位是本科层次，但事实上他们的学习基础比较薄弱，培养计划对其提出了较高的要求，其任职目的明确，对于飞机的结构、飞行控制等方面都要进行全面的学习。“自动控制原理”作为为后续“飞行控制系统”等课程服务的专业基础课有着举足轻重的作用，学员如何学好该门课程以适应部队岗位需求是一个值得探讨的问题。
一、以任职需求为导向优化教学内容
在课程教学中，应制定适应飞行学员层次的课程标准，围绕课程标准中的要求，对课程的教学内容进行优化，使学员既能掌握必备的知识和技能，又能培养独立思考和实践的能力。
考虑到飞行学员的基础和今后任职的特点，新的课程标准降低了要求，主要要求其学习经典的分析系统的方法，对于系统的设计不做要求。根据课程标准，教学活动可围绕自动控制概论、控制系统数学模型、控制系统分析方法三个部分展开。在教学过程中注重教学内容的优化以及每个部分的完整性和各部分之间的紧密联系，使整个课程内容紧密衔接，增强控制理论的系统性。
概论部分主要是强调对基本概念的理解与掌握，应针对飞行学员的特点，加强飞机人工控制和自动控制的内容，在引入概念的同时，提高飞行学员对飞机的浓厚兴趣。
建立系统的数学模型是分析和设计系统的基础，这一部分不可或缺。需要用到的数学模型包括时域的微分方程、复数域的传递函数和频率域的频率特性。对于微分方程的求解，需要补充拉普拉斯变换的内容，传递函数中的一个重点是对其图形化表达式的掌握，由于梅森增益公式可以直接在结构图上运用，因此，可以弱化信号流图部分。
控制系统的三种分析方法是教学中的核心内容。对于时域法，重点在于一阶、二阶系统的分析，这可与学员后续课程中的舵控制系统联系起来，高阶系统不用讲，突出主导极点的概念即可；将稳定性分析和稳态误差计算作为重点，略去动态误差系数法。加强学员对根轨迹概念的理解，削弱根轨迹的绘制部分，因为根轨迹完全可以借助Matlab软件做出非常理想的曲线，而不用学员花大量精力去背那么多的绘制法则，可以将重点放在利用根轨迹定性分析系统的性能方面，尤其是稳定性和快速性。频域法作为图形化分析方法需要画大量的图，只要明白了作图的原理，作图的过程完全可以由Matlab软件完成，应将重点放在分析部分。在频域法的学习中需要给学员补充PID控制的相关知识，他们的后续课程“飞行控制系统”中会涉及到这种经典的控制方法。利用Matlab软件绘制根轨迹、幅相曲线和对数频率特性曲线的方法非常简单，可以通过课后答疑的时间给学员补充，在激发学员学习兴趣的同时又提高了学习的效率。飞行学员大量的课余时间都用在了体能训练上，课后根本没有那么多的时间来记复杂的绘制步骤，即使现在记住了，等后续课程开课时又忘记了，还不如掌握几个简单的命令，在需要的时候加以运用。
二、以后续专业课需求为标准编写适应该层次学员的教材
目前，国内的“自动控制原理”课程教材大多针对普通大学本科学生编写，尚无专门针对海军飞行学员层次的“自动控制原理”课程教材。针对海军飞行学员层次的特殊性，课程组正在着手编写教材。在教材编写的过程中，要与后续课程教员积极沟通，对于一些典型的知识点，尽量在后续专业课程学习中找到应用实例，解答学员对该知识点用处的困惑，与后续专业课衔接好。教材还要体现与飞行控制密切联系的特色，让飞行学员一拿到教材就有想阅读的兴趣。这就要求教材要具备大量的学员感兴趣的飞行控制例子以及简单的公式推导，如何将复杂的内容简单化是一个难题。针对以上教学内容的优化，教材会做出相应的调整。
三、以学员为中心改进教学模式和方法
（一）通过虚拟实验提高课堂效率，激发学员的学习积极性。“自动控制原理”课程涉及到控制系统的模型建立、系统分析、系统设计的基本理论和相关技术，其特点是概念抽象，数学知识应用多，计算繁杂，导致学员难以理解，难以掌握其基本问题、基本思想和基本方法。因此，通过实践教学能使学员更好地实现理论和实际的有机结合，实践教学已成为“自动控制原理”课程教学必不可少的组成部分。
飞行学员层次的课程安排了五次实验，均基于THBCC-1实验平台。面对复杂的硬件电路，学员只能依据实验指导书给定的电路来连接。在调节参数的过程中，可能不太清楚参数的变化对系统所起的作用，也不能很好地理解理论与实践的联系，多数学员最后可能只是为了得到对应的曲线形式以完成实验报告。为了充分提高课堂效率，帮助学员加深对理论的理解，我们制作了基于Labview的自动控制原理虚拟实验室。在课堂上讲解一些重要的知识点时，可以通过虚拟实验进行验证。比如：在讲到劳斯判据出现全零行的特殊情况时，当劳斯表第一列的系数没有符号改变时，系统有特征根位于虚轴上，部分学员对这一现象不能理解，通过虚拟实验的演示，可以使学员对根的分布一目了然，并且可以看到阶跃响应曲线出现等幅振荡的形式。
（二）以学员为中心，实行引导式教学方法。目前，“自动控制原理”课程教学的基本模式是采用多媒体课件进行讲授。在有限的学时里要讲解课程标准要求的各个知识点，课堂时间非常紧张，随着课程的深入，能跟上教员思路的学员越来越少，没有听懂的学员干脆就放弃了。课堂自然形成了教员讲授多、学员参与少的现状，这种方式会使学员失去学习的兴趣，制约了学员自主学习能力和解决实际问题能力的培养。针对这种教学模式的弊端，我们应当尽量采取适当的教学方式，变学员被动学习为积极主动学习。由于该课程概念多、理论性强，如果没有学员的主动学习，在短短的上课时间内让学员完全学懂和接受这门课程的所有内容几乎是不可能的。学员的主动学习需要教员的有效引导，教员在课前要告知学员下一节课要讲的内容，将多媒体课件发到学员手中，让学员提前预习。多媒体课件比教材简洁，更易突出重点和难点，学员通过课件预习比通过教材预习效果要好很多，然后可以带着问题来听课。这样，学员在上课之前就对相对简单的内容有了比较好的掌握，对于这一部分内容，教员讲解的时间可以少一些，重点解决难点问题，引导学员积极主动地思考问题。学员也可以提出在预习中遇到的难题，通过解决这些问题达到良好的互动效果，明确模糊概念和错误理解。
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