曹軼然，吳軍，郭艷捷

（1.中國(guó)民航大學(xué) 航空工程學(xué)院，天津；2.西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安）

一 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，對(duì)于生活的方方面面，都有了更高的要求。高等教育作為影響社會(huì)發(fā)展水平、人口素質(zhì)、國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要部分，需要超前識(shí)變，把握科學(xué)前沿和國(guó)家市場(chǎng)需求，培養(yǎng)符合社會(huì)要求的接班人才。我國(guó)目前處在“世界百年未有之大變局”[1]，新科技和產(chǎn)業(yè)革命就在眼前，如何合理調(diào)整教育教學(xué)內(nèi)容和方法，培養(yǎng)適應(yīng)未來需求的新一代人才，成為各高校的重要議題。自2017年起，經(jīng)復(fù)旦共識(shí)、天大行動(dòng)、北京指南，正式開啟了我國(guó)新工科建設(shè)。鐘登華院士提出了“以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來為理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越人才”的新工科內(nèi)涵[2]。各高校[3-5]均結(jié)合自身的特點(diǎn)和情況，積極響應(yīng)、創(chuàng)新推進(jìn)，更新教學(xué)培養(yǎng)方案，改變教與學(xué)的行為。其中課程思政是目前高校落實(shí)思想政治教育工作的必然手段和方法之一。將思政教育融入專業(yè)課教育，充分挖掘?qū)I(yè)課程內(nèi)容和專業(yè)思想的精神，使學(xué)生掌握控制工程專業(yè)知識(shí)的同時(shí)提升思想素質(zhì)和道德品質(zhì)，構(gòu)建起全員、全程、全方位育人的一流課程。本文在新工科建設(shè)的背景下，考慮基于OBE理念的一流課程建設(shè)要求，分析《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》課程的問題和現(xiàn)狀，提出相應(yīng)的建設(shè)方案。

二 機(jī)械控制工程課程分析

《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》課程是機(jī)械類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)能力、綜合創(chuàng)新能力,運(yùn)用包括數(shù)學(xué)、自動(dòng)控制理論等知識(shí)、科學(xué)方法和工具解決機(jī)械工程基本問題。該課程有較強(qiáng)的理論和實(shí)踐性，涉及較多的數(shù)理知識(shí)，有較強(qiáng)的學(xué)科交叉性質(zhì)，且理論性較強(qiáng)，概念較為抽象。

《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》是中國(guó)民航大學(xué)機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，主要授課內(nèi)容是運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)知識(shí)、自動(dòng)控制理論和信息技術(shù)來分析、設(shè)計(jì)典型機(jī)電控制系統(tǒng)。旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法和工具來解決機(jī)械工程基本問題的系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)能力、綜合創(chuàng)新能力。該課程主要面向機(jī)械電子工程、飛行器動(dòng)力工程和飛行器制造工程的大三年級(jí)進(jìn)行授課。課程后續(xù)課程包括《機(jī)電一體化技術(shù)》《航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制》等專業(yè)課程。

通過對(duì)機(jī)械控制工程的課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)過程和教學(xué)效果分析、討論及思考，課程教學(xué)中主要存在幾點(diǎn)問題。首先，對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握較為局限，難以在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際中應(yīng)用理論知識(shí)。該課程通過安排包括MATLAB和電機(jī)轉(zhuǎn)角控制的實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解所學(xué)，但在實(shí)驗(yàn)中可以看出，絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)于所學(xué)不熟悉，在實(shí)驗(yàn)中常出現(xiàn)捉襟見肘，需要臨時(shí)閱讀書上概念的現(xiàn)象。不過多數(shù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后可以對(duì)理論所學(xué)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。由此可知，與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合更有利于引起學(xué)生的興趣，加深印象，理解所學(xué)。其次，學(xué)習(xí)目的集中于應(yīng)試，學(xué)習(xí)熱情不足。由于該課程應(yīng)用了較多的數(shù)理理論知識(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)掌握不扎實(shí)的學(xué)生來說，較難結(jié)合理論理解和應(yīng)用，對(duì)于控制知識(shí)的學(xué)習(xí)浮于表面的公式和記憶，導(dǎo)致了應(yīng)試型學(xué)習(xí)，同時(shí)限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。最后，本課程安排了MATLAB軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，并在課程中介紹和展示了使用MATLAB軟件進(jìn)行控制理論分析的基本方法，要求學(xué)生參考課本自主學(xué)習(xí)該軟件。但根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果來看，學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)該工具類軟件興趣不足，愿意嘗試使用的人并不多。在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展下，使用計(jì)算機(jī)軟件作為理論分析工具或者仿真工具，已成為必備技能，編程甚至成為中小學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。因此，提升學(xué)生對(duì)于工具軟件的掌握應(yīng)用非常重要。

綜合以上分析，可知該課程開展中有諸多問題亟待解決。在新工科建設(shè)中，對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行了更加詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)。新版大綱中，本課程不僅要求學(xué)生掌握概念理論，同時(shí)要求學(xué)生具有基本的機(jī)電和復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的控制問題的分析、求解和論證能力。從新大綱的課程任務(wù)可以看出，本課程需要進(jìn)一步改革建設(shè)，以滿足新的課程大綱和新工科建設(shè)要求。根據(jù)課程現(xiàn)狀和分析，參考各高校針對(duì)控制類課程的改革方案[6-8]，構(gòu)思課程改革的基本方案和思路。

三 基于OBE理念的《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》課程改進(jìn)探索

根據(jù)以上對(duì)于課程中存在問題的分析，根據(jù)新工科要求，結(jié)合OBE的教學(xué)理念，融入思政教學(xué)內(nèi)容，采用以學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的思想，結(jié)合討論式、案例式[6]及問題引導(dǎo)式教學(xué)模式，對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)形式提出了新的體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)體系結(jié)構(gòu)

（一） 結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)工具，適當(dāng)安排自學(xué)內(nèi)容

OBE教學(xué)理念要求為目標(biāo)產(chǎn)出導(dǎo)向，需結(jié)合學(xué)生需求，制定培養(yǎng)目標(biāo)、課程目標(biāo)，再分解至每節(jié)課的授課內(nèi)容，完成目標(biāo)需求。根據(jù)大綱要求，并根據(jù)學(xué)生反饋意見，考慮調(diào)整全線下授課方式，將學(xué)生反饋可自學(xué)的第2、3章的部分內(nèi)容調(diào)整為線上學(xué)習(xí)。本課程在疫情期間已建立起基于智慧樹的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，提供包括課程大綱、課件、教學(xué)視頻、習(xí)題等資源，具備一定的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能力。通過線上線下混合式教學(xué)，采用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的自學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)，并可進(jìn)行線上討論。

實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，可采用問題引導(dǎo)式的教學(xué)方式，通過智慧樹、雨課堂等線上工具，提出課程內(nèi)容相關(guān)的分析論述和計(jì)算思考題目，由淺至深引導(dǎo)學(xué)生通過線上視頻，自學(xué)第2、3章內(nèi)容，并完成相應(yīng)的練習(xí)和作業(yè)。練習(xí)可考慮將計(jì)算題目同分析論述題目交叉安排，根據(jù)課程內(nèi)容，對(duì)應(yīng)每節(jié)部分。題目可由簡(jiǎn)單的概念解釋，基礎(chǔ)計(jì)算到復(fù)雜的綜合應(yīng)用問題。要求學(xué)生自學(xué)完成后以報(bào)告的形式提交word文檔完成作業(yè)。該部分內(nèi)容主要以線上學(xué)習(xí)的形式進(jìn)行，可適當(dāng)?shù)陌才抛鳂I(yè)的線上或線下交流，以學(xué)生提出問題的形式，討論課程內(nèi)容，加深學(xué)生理解。該部分教學(xué)提升學(xué)生的自學(xué)能力，并可通過作業(yè)、討論等方式，提升學(xué)生的表達(dá)能力和應(yīng)用軟件工具的能力。

（二） 結(jié)合案例式教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用知識(shí)、分析解決復(fù)雜問題能力

線下教學(xué)部分，重視第一節(jié)課的課程引論和歷史發(fā)展介紹，可以通過實(shí)際演示實(shí)驗(yàn)、視頻等更加豐富有趣的形式引起學(xué)生注意力，提高興趣，加深理解。第4章到第6章內(nèi)容較為復(fù)雜抽象，根據(jù)學(xué)生反饋，概念內(nèi)涵較難理解，采用線下教學(xué)。

由于本課程中書本內(nèi)容理論分析為主，雖然結(jié)合了部分實(shí)際案例，但對(duì)于工程經(jīng)驗(yàn)缺乏、專業(yè)課程剛剛起步的學(xué)生而言，比較難以想象。尤其從第3章到第6章，內(nèi)容由時(shí)域轉(zhuǎn)為頻域分析，學(xué)生對(duì)于頻域的接受程度較低，難以理解其中含義，且其中采用的復(fù)變函數(shù)的分析方法較為難懂。為使學(xué)生可以更好地學(xué)習(xí)和應(yīng)用理論，并、串聯(lián)實(shí)驗(yàn)和后續(xù)課程內(nèi)容考慮選取直流電機(jī)、直線運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)等典型系統(tǒng)作為案例式教學(xué)，采用理論分析、MATLAB仿真分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)物實(shí)驗(yàn)，課程中進(jìn)行更加直觀的理論內(nèi)容的應(yīng)用和展示。

在作業(yè)中同樣可以加入少量綜合分析題目，采用小組學(xué)習(xí)討論形式進(jìn)行，鼓勵(lì)學(xué)生通過理論分析、MATLAB仿真等方式分析問題，并適當(dāng)給出課上報(bào)告分析時(shí)間、討論時(shí)間，應(yīng)用所學(xué)。

（三） 結(jié)合討論式教學(xué)，充分挖掘思政內(nèi)容，通過表達(dá)討論激發(fā)興趣

以學(xué)生為中心的教學(xué)中更重視學(xué)生的學(xué)習(xí)、理解和表達(dá)，目前由于課堂主要以教師教授為主，學(xué)生較少表達(dá)，作業(yè)完成情況各異，抄襲現(xiàn)象難以避免，教師難以掌握學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)情況。適當(dāng)縮短2、3章內(nèi)容占用的時(shí)間，分配1-2節(jié)課時(shí)間作為學(xué)生課程思政內(nèi)容討論，討論作業(yè)或綜合分析題目的時(shí)間。

以課程思政內(nèi)容舉例，通過討論控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引申學(xué)生如何面對(duì)挫折。從高中邁入大學(xué)，大學(xué)生初次獨(dú)自面對(duì)生活、社交、獨(dú)立學(xué)習(xí)、時(shí)間安排等復(fù)雜的問題，很容易在突然缺少父母幫助的環(huán)境中陷入焦慮和不安，導(dǎo)致身心健康問題。控制系統(tǒng)正常工作的首要條件是穩(wěn)定性。而實(shí)際系統(tǒng)在工作中容易受到外界和內(nèi)部因素的影響，就如我們的學(xué)習(xí)生活，很容易會(huì)偏離理想軌跡，我們的首要工作是保持自己的穩(wěn)定性，如何排除干擾項(xiàng)，可以考慮增強(qiáng)高頻濾波，即提升心態(tài)，學(xué)會(huì)區(qū)分主次問題，將次要的干擾項(xiàng)排除在外，同時(shí)提升增益和積分，使自己保持穩(wěn)定的同時(shí)提升自己的能力，可以更好地解決復(fù)雜問題的影響。可以在習(xí)題討論中將習(xí)題作為思政教學(xué)需要的挫折問題，通過提問、課堂練習(xí)，輔助以思政元素和價(jià)值觀的引導(dǎo)，幫助學(xué)生正確看待學(xué)習(xí)上的挫折和困難，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)正確分析問題和困難，久而久之可以提高學(xué)生的抗挫折能力和積極面對(duì)困難的精神。同時(shí)在習(xí)題分析計(jì)算過程中，還可以通過計(jì)算錯(cuò)誤和計(jì)算困難等問題，融入細(xì)致思考、認(rèn)真分析等思政內(nèi)容，避免粗心和得過且過的學(xué)習(xí)態(tài)度。

可以采用分組討論、小組擂臺(tái)等形式，請(qǐng)各組學(xué)生分析作業(yè)，講解自己的思路，進(jìn)一步活躍課堂氛圍，通過討論了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，反饋學(xué)習(xí)效果，同時(shí)訓(xùn)練了學(xué)生獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、表達(dá)和寫作等能力。

該部分內(nèi)容實(shí)踐較為困難，如何分組及每組人數(shù)、如何把握課堂時(shí)間、如何調(diào)動(dòng)每位學(xué)生參與、如何選取綜合題目及課程中學(xué)生人數(shù)等均會(huì)影響課堂實(shí)踐效果。該部分需要多年調(diào)整建設(shè)，通過實(shí)踐效果反饋來持續(xù)調(diào)整。

（四） 考核方式比例分配調(diào)整

新大綱要求考核分為三個(gè)部分，分別為實(shí)驗(yàn)20%，平時(shí)成績(jī)20%及考試60%，可以看出，相對(duì)于舊版考試成績(jī)占70%，提高了平時(shí)成績(jī)及實(shí)驗(yàn)在考核中所占比例。傳統(tǒng)的平時(shí)成績(jī)以到課率及作業(yè)提交為標(biāo)準(zhǔn)?？紤]目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)思路，為使學(xué)生達(dá)到課程目標(biāo)，需要將課程目標(biāo)所考查的內(nèi)容在考核中體現(xiàn)。在新的課程目標(biāo)中，學(xué)生分析復(fù)雜問題的能力較難體現(xiàn)，可以通過將課程討論、綜合分析題目等部分加入平時(shí)分?jǐn)?shù)，來體現(xiàn)分析能力的評(píng)估。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、軟件能力等可以采用?shí)驗(yàn)成績(jī)來進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在實(shí)踐中，平時(shí)成績(jī)及實(shí)驗(yàn)成績(jī)的量化考核通常較為困難，根據(jù)目標(biāo)為導(dǎo)向的思路，可以通過將評(píng)級(jí)量化指標(biāo)表格化，讓學(xué)生依據(jù)每條指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)及分組討論中完成指標(biāo)要求，以互相評(píng)分的方式作為平時(shí)成績(jī)及實(shí)驗(yàn)成績(jī)的一部分。這樣學(xué)生比較有參與感的同時(shí)，可以讓學(xué)生實(shí)事求是，面對(duì)自己的問題，并且可以有目的地提升個(gè)人能力。

同時(shí)學(xué)生的課程考核評(píng)估成績(jī)亦可作為課程持續(xù)改進(jìn)的評(píng)估內(nèi)容，通過分析學(xué)生課程考核中的三項(xiàng)成績(jī)和綜合成績(jī)，可以判斷課程內(nèi)容選擇、作業(yè)安排、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等部分是否合理，并不斷調(diào)整具體的實(shí)施內(nèi)容和方案，形成課程的持續(xù)改進(jìn)。

四 結(jié)語

本文從筆者角度對(duì)于中國(guó)民航大學(xué)《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》課程現(xiàn)狀及問題進(jìn)行了分析總結(jié)，結(jié)合新工科建設(shè)要求及新版教學(xué)大綱，采用基于OBE教學(xué)理念，考慮了課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式的改革建設(shè)方案。針對(duì)該課程理論難度大、交叉學(xué)科多、數(shù)理知識(shí)要求高、學(xué)生學(xué)習(xí)較為困難，較難理解、想象和應(yīng)用，學(xué)習(xí)熱情難以激發(fā)等問題，提出了相應(yīng)的改革方案。通過探索增加課程思政內(nèi)容，綜合分析作業(yè)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)、案例式教學(xué)、討論式教學(xué)等課程教學(xué)方式，調(diào)整課程考核比例分配，以期提升學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動(dòng)性，修正學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、知識(shí)應(yīng)用能力、分析復(fù)雜問題能力、寫作表達(dá)能力和思想道德水平的共同進(jìn)步。