胡月明，周 鵬，柳 飛，張 龍，張大斌

（貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴陽 550025）

立德樹人是教育的根本任務(wù)。同時(shí)教育部在2018年的新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上提出了“金課”建設(shè)思想。由此為建設(shè)符合新時(shí)代要求的一流專業(yè)下的一流本科課程，全國高校紛紛積極響應(yīng)，開展了關(guān)于“立德樹人”和“金課”（一流課程）的課程改革和建設(shè)。而作為國家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、中國工程教育認(rèn)證專業(yè)和卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃專業(yè)的貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，自然亦對(duì)該專業(yè)下重要的專業(yè)必修課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)核心課——機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程提出了相應(yīng)的改革和建設(shè)要求。

一 課程目標(biāo)

機(jī)械工程學(xué)院（以下簡稱“我院”）機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程共2.5 學(xué)分，40 學(xué)時(shí)（含8 學(xué)時(shí)課帶實(shí)驗(yàn)），開設(shè)在大學(xué)本科三年級(jí)上學(xué)期，正好位于基礎(chǔ)課和專業(yè)課交叉銜接時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，是一門典型的專業(yè)基礎(chǔ)課，其知識(shí)特點(diǎn)在于以控制理論為核心，掌握科學(xué)的思維和方法將數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理及電學(xué)等基礎(chǔ)理論知識(shí)與工程實(shí)際聯(lián)系起來，進(jìn)而達(dá)到對(duì)工程實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和校正的目的。由此，課程秉承貴州大學(xué)“興學(xué)育人”的辦學(xué)理念，基于機(jī)械工程學(xué)院“培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才”的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，順應(yīng)國家工程教育認(rèn)證、新工科、立德樹人和“金課”（一流課程）的新教育思想和理念，圍繞知識(shí)、能力和素質(zhì)制定了本課程目標(biāo)。

知識(shí)目標(biāo)：重在掌握經(jīng)典控制理論相關(guān)知識(shí)，理解控制論的核心控制思想，深刻認(rèn)識(shí)“穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性”三大中心要素，掌握系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和校正的方法與原理，最終建立起一個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)典控制理論知識(shí)體系和知識(shí)架構(gòu)，為后續(xù)相關(guān)課程打下堅(jiān)實(shí)的控制論基礎(chǔ)。

能力目標(biāo)：在課程實(shí)施過程中注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和持續(xù)學(xué)習(xí)的能力以及知識(shí)遷移轉(zhuǎn)化和初步解決工程實(shí)際問題的能力。具體來說要培養(yǎng)學(xué)生能以控制論的思想架起系統(tǒng)、信息和機(jī)械工程聯(lián)系的“橋梁”，用系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)分析機(jī)械工程系統(tǒng)；能以經(jīng)典控制論為指導(dǎo)完成從系統(tǒng)建模、性能分析到設(shè)計(jì)校正的一整套解決方法和流程，達(dá)到初步解決實(shí)際工程問題的能力。

素質(zhì)目標(biāo)：除專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)外，課程更加關(guān)注對(duì)學(xué)生高尚品德和優(yōu)良品質(zhì)的培養(yǎng)，著力培養(yǎng)學(xué)生崇高的愛國情懷、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神、良好的工程職業(yè)道德以及高尚的個(gè)人品質(zhì)等優(yōu)秀素養(yǎng)。以達(dá)到“鑄根培魂、立德樹人”的素質(zhì)教育目標(biāo)。

二 教學(xué)環(huán)境與教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)環(huán)境

由于機(jī)械工程控制基礎(chǔ)的課程知識(shí)體系及知識(shí)架構(gòu)都是從理論分析引申而出的，課程內(nèi)容具有抽象晦澀、理論性強(qiáng)和難學(xué)難懂的特點(diǎn)，且學(xué)生基本來自貴州省各地州，受限于區(qū)域教育特點(diǎn)、除個(gè)別學(xué)生外，大部分學(xué)生普遍基礎(chǔ)相對(duì)偏弱，自主學(xué)習(xí)能力不是很強(qiáng)，學(xué)習(xí)行為還是偏重依賴教師引導(dǎo)，加之我院的機(jī)械工程控制基礎(chǔ)目前課程建設(shè)實(shí)際情況，現(xiàn)階段還是采取了以線下課程為定位，因此，課堂教室便是我們最主要的教學(xué)陣地，課程重要的理論知識(shí)都集中在課堂上進(jìn)行傳授，以達(dá)到準(zhǔn)確、高效。同時(shí)，為有效幫助學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)，重點(diǎn)依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將課程中抽象的理論知識(shí)進(jìn)行仿真和模擬，達(dá)到可視可操作化，最終實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)的實(shí)踐轉(zhuǎn)化和鞏固以及鍛煉學(xué)生初步動(dòng)手解決問題的能力。此外在學(xué)習(xí)過程中，教師有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，學(xué)生可依托學(xué)校圖書館以及國家精品課，MOOC 網(wǎng)、網(wǎng)易公開課等網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行課外學(xué)習(xí)輔助，同時(shí)為解決大班教學(xué)中學(xué)生人數(shù)眾多難以一一顧及的難題，借助了例如釘釘、雨課堂、學(xué)習(xí)通等APP 進(jìn)行教學(xué)輔助，有效提高課程的過程管理和效率，暢通了學(xué)習(xí)交流渠道，形成了良好的監(jiān)測與反饋。通過有效利用以上教學(xué)環(huán)境，將學(xué)習(xí)從課內(nèi)向課外延伸，將理論與實(shí)踐相聯(lián)系，將過程和結(jié)果并重。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)

在教學(xué)設(shè)計(jì)中，將課前、課中及課后的學(xué)習(xí)整合為一體。課前將教案PPT 等材料以及輔助資源通過釘釘?shù)确职l(fā)和推送給學(xué)生，要求學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，根據(jù)自身學(xué)情查漏補(bǔ)缺，從而促使學(xué)生帶著想法和問題來到課堂；課中教師會(huì)積極傳授和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程目標(biāo)學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生獲取新知進(jìn)而解惑；課后還要安排一定的復(fù)習(xí)任務(wù)讓學(xué)生去消化和體會(huì)，進(jìn)而將知識(shí)掌握于心。

具體教學(xué)中，為啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)熱情，采取以問題為導(dǎo)向、適當(dāng)?shù)那榫盀殇亯|，通過教師對(duì)知識(shí)體系的梳理，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)討論和應(yīng)用，并給予點(diǎn)撥，最后再由教師進(jìn)行總結(jié)歸納教學(xué)脈絡(luò)。例如，在系統(tǒng)穩(wěn)定性知識(shí)模塊教學(xué)中，教師會(huì)采取“2W1H”（Why、What、How）的教學(xué)形式，教師會(huì)預(yù)先設(shè)置問題“Why”——系統(tǒng)為什么需要穩(wěn)定，進(jìn)而采取工程案例情景展示不穩(wěn)定系統(tǒng)的危害，進(jìn)而拋出“What”——什么樣的系統(tǒng)才是穩(wěn)定的，什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性？進(jìn)而引出“How”——如何才能使得系統(tǒng)穩(wěn)定？其間教師在講授時(shí)會(huì)穿插和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃伎己陀懻?，?shí)踐證明這種形式可以有效地提升學(xué)生學(xué)習(xí)注意力和參與度。同時(shí)在教學(xué)中也注意引入視頻資源、網(wǎng)絡(luò)資源、先進(jìn)工程軟件MATLAB 等信息化手段結(jié)合課程內(nèi)容進(jìn)行多媒介的融合教學(xué)，把先進(jìn)技術(shù)和工程實(shí)際處理方法帶入課堂，做到與時(shí)俱進(jìn)。為激發(fā)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如引入網(wǎng)上無人機(jī)設(shè)計(jì)流程短視頻，其視頻特點(diǎn)是充分展示了控制理論以及Matlab 的應(yīng)用，在講授校正知識(shí)模塊時(shí)，引入Matlab 進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)等。為充分激活學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)性，著力培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，教學(xué)中結(jié)合學(xué)情安排了一些適合的知識(shí)點(diǎn)作為自學(xué)內(nèi)容，例如梅森公式、動(dòng)態(tài)誤差等。在動(dòng)態(tài)誤差的自學(xué)內(nèi)容其中之一是要求學(xué)生舉例說明動(dòng)態(tài)誤差與靜態(tài)誤差的區(qū)別，學(xué)生可以說是奇思妙想，腦洞大開，所舉例子涉及到工程、社會(huì)、生活、經(jīng)濟(jì)等，應(yīng)該說取得了很好的自主學(xué)習(xí)和知識(shí)融會(huì)貫通效果。此外，為提高課程學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度，除了傳統(tǒng)課后作業(yè)外，還設(shè)計(jì)了課外拓展任務(wù)，課外拓展任務(wù)不是簡單的課程知識(shí)的敘述和重復(fù)，而是課程知識(shí)的延續(xù)和應(yīng)用，有探索型、工程問題型、理論型和應(yīng)用型等，可以說是圍繞著課程的重難點(diǎn)所展開。

基于前述本課程的特點(diǎn)和線下課程的屬性，總的來說我們的教學(xué)方法是以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的探究式、問題式和自主式學(xué)習(xí)的復(fù)合型教學(xué)方法，多樣化的教學(xué)方法使課堂成為學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和積極思考的課堂，從而建立起知識(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)同高效培養(yǎng)的課堂。新的教學(xué)形態(tài)更加強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果。

三 教學(xué)創(chuàng)新

（一）“課課”有思政

本著“立德樹人，育人為先”的教育理念，課程結(jié)合時(shí)代發(fā)展結(jié)合課程專業(yè)知識(shí)內(nèi)容和體系共梳理了18項(xiàng)經(jīng)典思政教育橋段，基本做到了每個(gè)章節(jié)都至少有一個(gè)思政教育的融入，貫穿整個(gè)授課期間，其間既涉及國家集體利益、大政方針，又涉及到科學(xué)精神、道德品質(zhì)和個(gè)人價(jià)值素養(yǎng)；既涉及到生活又涉及到學(xué)習(xí)；既涉及到古代又涉及到當(dāng)下；既涉及到國內(nèi)又涉及到國外?？芍^是將思政教育全方位多角度地結(jié)合了課程知識(shí)體系，使每次課不僅僅是學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握技能的課堂，更是培養(yǎng)愛國情懷、科學(xué)精神、職業(yè)道德和健全人格的課堂。例如，介紹我國科學(xué)家錢學(xué)森所著的《工程控制論》的地位和作用時(shí)，除了強(qiáng)調(diào)錢學(xué)森在現(xiàn)代控制領(lǐng)域內(nèi)的巨大成績和貢獻(xiàn)，還設(shè)計(jì)講述了其當(dāng)時(shí)著書的時(shí)代歷史背景，以及為國奉獻(xiàn)一生的事跡，從而將思政教育潛移默化地融入到課堂，以此激發(fā)學(xué)生的愛國主義熱情和艱苦奮斗、執(zhí)著探索的科學(xué)精神。值得一提的是在講述本知識(shí)點(diǎn)時(shí)，在新中國成立70 周年國慶大閱兵中出現(xiàn)的滑翔可變彈道式DF-17 近程彈道導(dǎo)彈讓世人驚嘆不已，紛紛稱贊國之強(qiáng)大，學(xué)生也是對(duì)之傾倒不已，這正是錢學(xué)森于上世紀(jì)中期所提出來的助推—滑翔式彈道。如此在課堂上靈活將知識(shí)體系和當(dāng)下熱點(diǎn)結(jié)合的方式，使學(xué)生對(duì)錢學(xué)森景仰不已，更是對(duì)控制論倍感興趣，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，更是通過錢學(xué)森的事跡思政于學(xué)生，當(dāng)時(shí)可以說是起到了妙不可言的效果。

（二）全過程考核

此外，還完善了課程考核評(píng)價(jià)機(jī)制，見表1 和表2，使考核貫穿課程始終，從而很好地引導(dǎo)了學(xué)生重視學(xué)習(xí)的全過程，將過程與結(jié)果并重。

表1 課程考核成績構(gòu)成

表2 課程過程性考核計(jì)劃

（三）多媒介教學(xué)

同時(shí)嘗試將國家精品課、MOOC 網(wǎng)資源、公開課、網(wǎng)絡(luò)視頻、多媒體、Matlab 及釘釘?shù)荣Y源推薦和引入課程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)多媒介融合教學(xué)，例如，我們推薦東北大學(xué)國家精品課（國家線上一流課程）機(jī)械工程控制基礎(chǔ)進(jìn)行學(xué)習(xí)輔助，又如在學(xué)習(xí)拉普拉斯變換時(shí)，學(xué)生最多的疑問就是拉普拉斯變換究竟是怎么來的？為什么要用e-st對(duì)其積分？由此我們引入麻省理工學(xué)院數(shù)學(xué)系主任Arthur Mattuck 的公開課18.03——微分方程中拉普拉斯變換章節(jié)推薦給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，廣博名師。再如，PID校正的分析和設(shè)計(jì)，教材中的原理講述和工程實(shí)例設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)化嚴(yán)重，許多參數(shù)手工計(jì)算十分困難，且處理過程中充斥了簡化和忽略，學(xué)生理解接受和應(yīng)用都很困難，為此采取先引導(dǎo)同學(xué)重點(diǎn)分析PID 校正的基本原理，深入理解掌握其校正思路，然后借由Matlab 將校正思路進(jìn)行計(jì)算仿真實(shí)施，再讓同學(xué)仔細(xì)觀察對(duì)比教材例題的處理方法，要求學(xué)生倒過來討論總結(jié)書本方法與Matlab處理方法間的異同，這樣學(xué)生即掌握了PID 校正知識(shí)點(diǎn)，又有效地將先進(jìn)工程實(shí)際設(shè)計(jì)方法與理論相結(jié)合起來。實(shí)踐證明采用多媒介融合的教學(xué)形式，極大地提升了課程先進(jìn)性和教學(xué)效率、擴(kuò)大了學(xué)習(xí)視野以及與工程實(shí)際處理方法和手段的聯(lián)系，有效保障了課程教學(xué)的創(chuàng)新性和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（四）高階與挑戰(zhàn)

課程教學(xué)中，充分重視學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備與實(shí)際能力，不僅安排有教材上適合的知識(shí)點(diǎn)（如最小相位系統(tǒng)模塊），更是設(shè)置有教材以外的課外學(xué)習(xí)拓展任務(wù)，例如在學(xué)習(xí)系統(tǒng)微分方程知識(shí)模塊時(shí)，要求學(xué)生課后調(diào)查TMD 調(diào)諧阻尼器的原理和應(yīng)用，并選擇臺(tái)灣101 大樓的風(fēng)阻尼器進(jìn)行分析和說明，具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性；再如，要求學(xué)生查閱學(xué)習(xí)工程實(shí)際中的動(dòng)剛度與靜剛度知識(shí)，并說明對(duì)工程實(shí)際的影響；以及Matlab 的學(xué)習(xí)與應(yīng)用等讓學(xué)生去主動(dòng)探索和學(xué)習(xí)。應(yīng)該說通過拓展任務(wù)訓(xùn)練，有效地引導(dǎo)了學(xué)生將所學(xué)知識(shí)遷移到工程實(shí)際問題的解決之中，鍛煉培養(yǎng)了學(xué)生初步解決工程問題的思維能力，有效保障了課程知識(shí)的高階性、與工程的結(jié)合性以及學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度。

四 教學(xué)反饋

根據(jù)最近一期教學(xué)質(zhì)量學(xué)生調(diào)查反饋統(tǒng)計(jì)，學(xué)生對(duì)課程的整體滿意度為9.59 分，對(duì)課程內(nèi)容質(zhì)量和課程教學(xué)模式的總滿意度均達(dá)到98.59%。在最近一期學(xué)校教學(xué)評(píng)教中，學(xué)生給教師的打分為98.207 和97.65 分，課程等級(jí)和教師等級(jí)分?jǐn)?shù)均獲得A 級(jí)，以上數(shù)據(jù)說明本課程的教學(xué)確實(shí)得到了學(xué)生的歡迎和學(xué)校的認(rèn)可。如圖1 所示，從最近兩期的學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)來看，成績分布比較合理，說明本課程的教學(xué)方法和教學(xué)模式確有成效，有力的支撐了課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。但及格和中等比例波動(dòng)相對(duì)較大，說明新的教學(xué)模式對(duì)于學(xué)生的基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)參與度和主動(dòng)性要求更高，后期對(duì)于中等及中等偏下基礎(chǔ)同學(xué)的學(xué)習(xí)情況需要進(jìn)一步地研究和關(guān)注。

圖1 最近兩期學(xué)生成績分布

此外，在課程團(tuán)隊(duì)老師的引導(dǎo)下，部分學(xué)生參與了一些與課程相關(guān)的競賽，例如，中國高校智能機(jī)器人創(chuàng)意大賽、中國大學(xué)生機(jī)械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽智能制造大賽等，并取得了一定的成績，這也從另一個(gè)角度間接證明了課程的教學(xué)成效。

五 展望

未來我們將繼續(xù)以“工程教育”“新工科”和“金課”（一流課程）的標(biāo)準(zhǔn)為課程建設(shè)指導(dǎo)，結(jié)合時(shí)代進(jìn)步、自身特點(diǎn)和學(xué)情對(duì)課程文件、授課內(nèi)容、課后作業(yè)及拓展任務(wù)等教學(xué)資源等持續(xù)研討和更新修訂，以更符合課程目標(biāo)的要求；同時(shí)為解決課程知識(shí)內(nèi)容抽象、難以理解的困難，也將嘗試引入和開發(fā)相關(guān)教具在課內(nèi)進(jìn)行演示教學(xué)，以配合理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和拉近與工程實(shí)際的聯(lián)系；此外為解決大班教學(xué)中學(xué)生基礎(chǔ)不一，尤其是中等偏下落后的同學(xué)學(xué)習(xí)，將課后作業(yè)微視頻講解制作納入建設(shè)之中，重點(diǎn)解決這部分同學(xué)的痛點(diǎn)問題，以提高整體課程目標(biāo)達(dá)成度；另外，也將結(jié)合教學(xué)內(nèi)容持續(xù)對(duì)思政元素進(jìn)行梳理和挖掘，堅(jiān)持對(duì)黨和國家的新方針、新政策以及時(shí)事熱點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，探索與課程內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合點(diǎn)，探索思政教育如何無痕化以及如何有效地評(píng)價(jià)思政教育的成效。