摘要：本文根据笔者的教学实践，结合自动化专业的《自动测量技术》和《自动控制原理》两门课程，总结探讨以多种手段为导向的教学方法，以具体实例说明了如何引导学生的思路进入要学习的课程内容，从而提高教学效果。

关键词：导向；教学方法；自动控制原理；自动测量技术

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）24-0167-02

大學工科课程内容很多比较抽象，对学生来说往往难于理解。教材一般都是对各个知识点所涉及的定义定理的解释、推导、计算、论述，教学内容如果仅按照教材的章、节、条，平铺直叙按部就班地展开，按照常规从定义定理出发进行教学，学生在学习中往往不知定义定理所涉及的问题如何产生，对所学知识感到茫然。在学生眼中，专业课程往往成了枯燥的定义、定理与繁琐的数学运算的堆砌。这种情形下，就需要教师对教学内容进行合理的设计，采用一定的手段引出问题，引导学生的思路进入将要学习的课程内容，引导学生如何将理论运用于实际，如何解决实际问题。具体采用什么手段需要根据讲授的教学内容而定。本文根据笔者的教学实践，结合自动化专业的《自动测量技术》和《自动控制原理》课程，总结探讨以多种手段为导向的教学方法。

一、以相关理论的发展历史为导向

《自动控制原理》课程是很多专业学生的一门必修课，以教材第二章自控系统数学模型的建立为例。对于刚学习自控基本概念的学生，教学中如果直接通过计算题推导讲解如何用微分方程描述自控系统，学生会感到茫然，不理解自控原理课程上怎么又做起微分方程的应用题。课堂上，笔者告诉学生从自动控制原理的发展历史来看，人类从发明第一个自控系统即瓦特发明的蒸汽机调速系统，到懂得要研究提高自控系统性能必须首先建立系统的微分方程，这个过程经历了一百年。从而肯定学生产生这种茫然的感受是有道理的，首先解除学生心理上的疑虑，然后介绍相应的历史背景如下：

历史上瓦特发明了蒸汽机，极大地推动了技术进步并拉开了第一次工业革命的序幕，但很少有人知道瓦特还是蒸汽机调速器的发明人。蒸汽机运行时只有保持转速的稳定才能保证产品的质量，可实际中由于受到外界的各种扰动，蒸汽机转速往往会发生较大的波动甚至最后不能稳定下来。为解决这个问题，当时不少人从多方面对调速器进行了改进，比如改变调速器的结构、材料、制造工艺、离心摆的体积等，但都无法解决这个问题，这种探索持续了大约一百年之久。

1864年，英国科学家麦克斯韦根据图纸制作了一个瓦特蒸汽机调速器，经过四年的研究探索，第一次指出，蒸汽机的转速能否克服外界扰动最后稳定下来，不单独取决于调速器，而是需要将调速器跟蒸汽机作为一个整体，建立相应的微分方程来研究其转速的稳定性问题。他还指出，从系统的微分方程就能判断出转速是否能最后稳定，调节系统稳定性取决于其微分方程对应的特征根的实部，若能保证特征根实部为负值，系统转速就能稳定。

麦克斯韦据此发表了著名论文《论调速器》，这篇论文被公认为自动控制理论的开端。课堂上介绍到此，激发起学生兴趣的同时，也将他们的思路引导到如何用微分方程来描述一个自动控制系统。

《自动控制原理》很多重要的知识点都有相应的历史背景，比如，关于判断稳定性，1874年，劳斯（Routh）提出了用简单的数学方法判别微分方程特征根实部为负的方法，即劳斯稳定判据，该判据至今仍广泛应用；关于如何设计调节器，1922年，美国的Minorsky在对船舶自动导航的研究中，提出了一个设计方法，其研究成果是现在广泛应用的PID调节器的前身；……。通过相关问题历史背景的展示，充分归纳利用历史资料，提出问题，引导学生弄清相关概念的来龙去脉，体验到知识的形成与应用过程，了解其中蕴含的思想方法。

二、以相关科学家发明创造的小故事为导向

“负反馈”是自动控制和电子技术课程中的一个常用概念，关于反馈的概念及应用实例，有这样的一个史料：

第一次世界大战之后，电子管放大器的产生，使长距离的电话通讯成为可能。但是随着距离增加，电信号能量损耗加大，需要更多的放大器来弥补能量损耗，可是电子管的微小非线性所产生的失真必随着放大器增多而上升。为解决这一问题，在美国贝尔实验室工作的Harold S.Black提出了使用负反馈放大器的方案来减小失真。Black是如何想到负反馈放大器这个方案的呢？他在《负反馈放大器的发明》一文中写到：“1927年8月21日早晨，上班途中，当我正要在拉卡瓦拉渡口渡河时，负反馈放大器的念头如闪电般出现在我的脑际。五十多年来，我始终在思索为什么以及如何会有这个念头出现。时至今日，我对此问题的解释仍和那个早晨所能做的解释一样：在对放大器问题进行了几年艰苦的研究之后，我突然意识到，如果将放大器输出倒相反馈到输入端使装置避免振荡，就能得到我想要的消除输出失真的方法。于是我打开晨报，在《纽约时报》的一页上画下了负反馈放大器的一个简单但规范的草图，写下了描述反馈放大过程的方程，并草草地签上名。20分钟后。我到了实验室，现已故的Earl C.Blessing看到并读懂了草图，然后也签了名。……”这份《纽约时报》已成为一件珍贵的文物珍藏在AT&T的档案馆中。

这样的历史资料很多，非常生动，让学生感到知识是有温度的，使学生更容易进入所要讲授的内容。

三、以学生已有的理论知识为导向

学生在学习专业课时，已完成了基础课程比如大学物理等的学习，通过已有的概念和基础知识为导向，启发讨论，引入相关新的教学内容。

《自动测量技术》课程主要学习温度、压力、流量、液位等参数的测量原理，课程的特点或难点之一是涉及的基础课程较多，但这也正好是启发学生如何将理论知识应用于工程实际的一个契机，可以训练学生的思考能力。

比如该课程中的霍尔压力传感器，涉及到的基础知识是《大学物理》中学习的霍尔效应，可以采用以下途径启发学生思考，根据公式EH=KHIBcosθ（式中EH：霍尔电动势；I：输入电流；B：磁感应强度；θ：B与霍尔元件法线的夹角；KH：霍尔系数），讨论可以利用霍尔效应这一物理现象来测哪些物理量，解决这个问题有多种思维方式。教学中，笔者采用这样的思路，EH是I、B、θ三个量的函数，当其中任何两个量保持不变，那么，就可以根据EH的大小来确定另一个量的值，比如保持I、θ不变，则EH=f（B），可得到测量磁场强度的高斯计；保持I、B不变，则EH=f（θ），引出角位移测量仪，等等。那么如何利用霍尔效应来做成压力变送器呢？进行下一步的分析便水到渠成了。

四、以解决工程中的实际问题为导向

学习《自动测量技术》中热电偶温度计的中间温度和中间导体定律时，可以这样引导学生，前面学习中推导出只要热电偶的冷端温度保持不变，就可根据热电偶回路中热电势大小来得出热端温度，但是，第一是在实际中，热电偶冷端温度不可能保持不变，第二是要得到热电偶回路中热电势的大小，回路中必须接入测量表计，那么测量表计的接入，会影响热电势的大小吗？接下来就顺理成章地引入中间温度和中间导体定律的学习内容。

五、以增强学生感性认识的手段为导向

增强学生感性认识的手段很多，比如利用多媒体教学手段，通过播放一些与教学内容有关的视频或者图片等；也可带学生参观实验室或者利用学生下厂实习的机会给学生讲解。

六、结束语

教师根据课程内容的特点，采取不同的教学方法，通过不同手段引导学生进入相应的教学内容，可以使学生容易理解课程内容；培养学生对学科的兴趣，能欣赏并感受学科的魅力；培养并发展学生的思维能力。当然，要很好地达到上述目的，需要教师的精心设计，教师对于教学内容知识的掌握情况在很大程度上决定了相应的教学效果。

参考文献：

[1]C.W.F.Everitt.麦克斯韦[M].上海：上海翻译出版公司，1987.

[2]王鸿生.世界科学技术史[M].北京：中国人民大学出版社，1996.

[3]钱临照，许良英.世界著名科学家传记[M].北京：科学出版社，1992.

[4]杨庆旺.科技上下五千年[M].哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1994.

[5]丁轲轲，林青.热工自动调节[M].北京：中国电力出版社，2012.