摘" 要" 針對目前自動控制原理課程教學(xué)中存在的問題和不足，從課程內(nèi)容、教學(xué)方式、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考核方式、課程思政、課程自主學(xué)習(xí)資源等方面進(jìn)行改革，采取相應(yīng)的措施，經(jīng)過近幾年教學(xué)實(shí)踐，取得一定的成效，學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力得以提高，畢業(yè)生普遍受到就業(yè)單位好評。

關(guān)鍵詞" 新工科；自動控制原理；教學(xué)改革；課程思政；工程實(shí)踐能力；混合式教學(xué)

中圖分類號：G642.0" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）14-0089-03

0" 引言

2017年以來，教育部提出新工科建設(shè)的“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，旨在應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革所面臨的新機(jī)遇、新挑戰(zhàn)，促進(jìn)我國從工程教育大國走向工程教育強(qiáng)國，在世界新一輪工程教育改革中發(fā)揮全球影響力，由此形成的新工科理念開始廣為人知。新工科建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急在于培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力和人才支撐，這使得新興工科專業(yè)的建設(shè)和傳統(tǒng)工科專業(yè)的更新升級紛紛被提上日程。新興工科專業(yè)目前普遍著眼于人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和智能制造等前沿技術(shù)進(jìn)行課程設(shè)置，而傳統(tǒng)工科專業(yè)的更新升級除了引入部分新工科課程外，對傳統(tǒng)工科課程的全面改革是無法回避的核心問題。這種改革不是對課程的簡單調(diào)整或擴(kuò)容，而是要打造具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度（“兩性一度”），能體現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)需要的精品工科課程，并采取校企合作、多元協(xié)同的方式進(jìn)行課程建設(shè)。

本文以自動控制原理課程為切入點(diǎn)，該課程是傳統(tǒng)電氣信息類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是智能制造工程、機(jī)器人工程等新興工科專業(yè)的核心課程之一。該課程理論性較強(qiáng)，抽象概念多，公式推導(dǎo)和計(jì)算過程相對復(fù)雜，難以理解和掌握，在傳統(tǒng)課堂中普遍存在教學(xué)手段單調(diào)、教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐脫鉤等問題。因此，按照新工科理念對人才培養(yǎng)的需求，工程教育認(rèn)證的要求以及一流課程“兩性一度”的標(biāo)準(zhǔn)，對該課程開展教學(xué)改革與實(shí)踐勢在必行。

1" 課程教學(xué)中存在的主要問題

1.1" 教學(xué)內(nèi)容理論性強(qiáng)，與工程實(shí)際結(jié)合不夠緊密

傳統(tǒng)課程教材普遍存在重理論、輕實(shí)踐的問題，即為了學(xué)生清晰理解自動控制的基本理論和解題方法，強(qiáng)調(diào)自控理論中的數(shù)學(xué)推導(dǎo)而弱化實(shí)際控制問題的建模分析。在如今物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能制造等高新技術(shù)快速發(fā)展的形勢下，被控對象具備更高的復(fù)雜度和綜合性，控制過程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和智能化，難以直接獲取傳遞函數(shù)形式的系統(tǒng)模型，這使得課程教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際的結(jié)合不夠緊密，存在一定的滯后性[1]。

1.2" 教學(xué)方式以教師為中心

大多數(shù)課程教師仍然采用以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方式，這種教學(xué)方式固然有其易于開展的優(yōu)越性，但本質(zhì)上仍屬于單方面的信息復(fù)制與傳輸，不易調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而影響課堂教學(xué)效果。另外，多數(shù)采用此種教學(xué)方式的教師教學(xué)內(nèi)容固定化、模式化，從而減少學(xué)生對課程內(nèi)容主動提出問題、進(jìn)行發(fā)散思維和互動討論的機(jī)會，在一定程度上影響學(xué)生對課程知識的深入理解。

1.3" 實(shí)踐環(huán)節(jié)對學(xué)生能力的培養(yǎng)有限

目前開展的課程實(shí)驗(yàn)以基于專用實(shí)驗(yàn)箱的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，對MATLAB等系統(tǒng)仿真軟件的教學(xué)與應(yīng)用的重視程度不夠。學(xué)生往往只是機(jī)械地根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書對所學(xué)的部分理論知識進(jìn)行簡單驗(yàn)證，缺乏對相關(guān)問題的比較分析和深入思考，對系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)有限，且不利于創(chuàng)新性和發(fā)散性思維的培養(yǎng)。

1.4" 考核方式考查能力過于單一

本課程的考核方式一般以筆試為主，普遍側(cè)重考核學(xué)生對基礎(chǔ)理論和控制系統(tǒng)分析能力的掌握程度，較少涉及實(shí)際工程案例中系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容。這就往往會導(dǎo)致學(xué)生采用刷題的方法應(yīng)對考核，偏向解題思路的歸納和強(qiáng)化記憶，無法有效考查學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力，與新工科理念不相符。

1.5" 缺乏有效的課程思政融入

作為傳統(tǒng)工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，自動控制原理的課程內(nèi)容僅包含自然科學(xué)理論知識，不包含人文社會知識，給課程思政的融入帶來挑戰(zhàn)。由于部分教師對課程思政缺乏足夠的重視，實(shí)際課程教學(xué)中往往缺乏思政內(nèi)容或只有較少的案例、時政層面的思政內(nèi)容，難以承擔(dān)起育人育德、激勵學(xué)生踐行社會主義核心價值觀的重要任務(wù)。

1.6" 課程自主學(xué)習(xí)資源不夠契合

在當(dāng)前形勢下，由“線上自主學(xué)習(xí)+線下課堂教學(xué)”組成的線上線下混合式教學(xué)模式已經(jīng)是一種新常態(tài)。除課程直播外，課程教師一般會給學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)上已有的慕課、微課等教學(xué)資源用于線上自主學(xué)習(xí)，未能提供基于線下教學(xué)內(nèi)容深度定制的課程自主學(xué)習(xí)資源?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源雖然方便獲取，但是無法保證教學(xué)內(nèi)容和思路與線下課程教學(xué)的契合度，不利于學(xué)生結(jié)合線下課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)[2]。

2" 課程教學(xué)改革與實(shí)踐

2.1" 課程教學(xué)改革與實(shí)踐核心思路

依托工程教育理念，貼合新工科發(fā)展方向，以培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用復(fù)合型人才為目標(biāo)，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容及課程目標(biāo)，改進(jìn)傳統(tǒng)課程教學(xué)方式，拓寬實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，完善以過程性考核為主的考核方式，深度融入課程思政內(nèi)容，建設(shè)課程自主學(xué)習(xí)資源，從而提高自動控制原理課程的系統(tǒng)性、工程性、實(shí)踐性、高階性、創(chuàng)新性與挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維和發(fā)散思維能力、分析解決復(fù)雜問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等各方面能力。

2.2" 課程教學(xué)改革與實(shí)踐措施

針對目前課程教學(xué)中存在的主要問題，提出以下六大改革措施。

2.2.1" 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)

對課程教學(xué)知識體系進(jìn)行模塊化整合，適當(dāng)?shù)茖?dǎo)和證明，著重講述與控制領(lǐng)域?qū)W科前沿密切相關(guān)的方法、理論和示例；增加來自實(shí)際工程項(xiàng)目的案例，將案例的各個重要環(huán)節(jié)對應(yīng)每個章節(jié)知識點(diǎn)，與相應(yīng)理論結(jié)合進(jìn)行分析。例如，通過“神舟十五號宇宙飛船發(fā)射”教學(xué)視頻講解控制系統(tǒng)穩(wěn)定性[3]，通過“工業(yè)機(jī)器人控制”教學(xué)視頻講解控制系統(tǒng)的開環(huán)與閉環(huán)控制方式。教學(xué)內(nèi)容在基礎(chǔ)知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上加入智能控制、智能制造等新興技術(shù)的討論與學(xué)習(xí)，并及時進(jìn)行充實(shí)更新，以適應(yīng)新工科發(fā)展的需要。

課程目標(biāo)是整個教學(xué)大綱的核心，是衡量課程教學(xué)產(chǎn)出的具體指標(biāo)，支撐著畢業(yè)要求的達(dá)成，應(yīng)該緊密圍繞課程目標(biāo)進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動和考核方式的設(shè)計(jì)[4]。自動控制原理課程經(jīng)過優(yōu)化的總體課程目標(biāo)為：通過自動控制理論的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對待專業(yè)知識的科學(xué)態(tài)度，提高科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神，能以科學(xué)的方式使用自動控制領(lǐng)域的概念、理論和方法對該領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究與分析，并能應(yīng)用問題分析的結(jié)論進(jìn)行自動控制系統(tǒng)的初步建模、仿真、求解。可以劃分為若干具體可衡量的分目標(biāo)，對應(yīng)不同的課程章節(jié)、實(shí)驗(yàn)及考核方式。

2.2.2" 改進(jìn)課程教學(xué)方式

改變以教師為中心、以灌輸為主的單一授課方式，綜合運(yùn)用以學(xué)生為中心的線上線下混合式教學(xué)模式。例如，研討課可將學(xué)生分為6～8人一組，基于教師提供的討論話題，使用學(xué)習(xí)通、雨課堂等智慧教學(xué)手段，在課堂上進(jìn)行自由討論，最后每組派出一名成員進(jìn)行討論結(jié)果匯報，并由教師點(diǎn)評。或者采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，課前要求學(xué)生通過教師提供的課程自主學(xué)習(xí)資源進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)；課中讓學(xué)生以自由提問、互動討論等形式進(jìn)行學(xué)生之間、師生之間的積極交流與溝通，注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和利用所學(xué)知識解決問題的能力；課后要求學(xué)生對知識及時復(fù)習(xí)，完成鞏固練習(xí)，通過線上或集中答疑方式及時解決疑難問題。這樣的教學(xué)方式有助于充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2.3" 拓寬實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為若干層次：基于自控基礎(chǔ)理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合運(yùn)用相關(guān)理論知識的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、基于實(shí)際系統(tǒng)或科研成果轉(zhuǎn)化的綜合研究性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的不同層次，可將實(shí)驗(yàn)類型分為必修性、選修性和開放性三種類型[5]。對于必修的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，采用現(xiàn)有的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱結(jié)合MATLAB Simulink仿真軟件完成。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可采用必修和選修結(jié)合的方式，核心內(nèi)容為必修，拓展內(nèi)容為選修，二者都可采用硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)結(jié)合的方式完成。開放性的綜合研究性實(shí)驗(yàn)由合作企業(yè)參與命題，學(xué)生自由組隊(duì)、自主選題，并積極合作完成實(shí)踐課題，從而培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力。

2.2.4" 完善課程考核方式

強(qiáng)調(diào)過程性考核，課程最終成績由過程性考核成績與筆試成績組成，且過程性考核成績占比不低于50%。過程性考核成績包括平時成績、實(shí)驗(yàn)成績和課外研學(xué)成績?nèi)糠郑?/p>

1）平時成績主要包括課堂互動、線上MOOC平臺學(xué)習(xí)情況和課后作業(yè)成績等，主要考查學(xué)生對課程知識點(diǎn)的掌握情況和自主學(xué)習(xí)效果；

2）實(shí)驗(yàn)成績需考慮必修和選修實(shí)驗(yàn)的完成情況，基于實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報告給出成績，主要考查學(xué)生控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)能力及工程實(shí)踐能力；

3）課外研學(xué)活動與企業(yè)合作完成，學(xué)生需要對合作企業(yè)給出的工程實(shí)際問題設(shè)計(jì)方案，并分組提交報告，根據(jù)設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性和創(chuàng)新性進(jìn)行評分，綜合考查學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等多種能力。

2.2.5" 深度融入課程思政內(nèi)容

打造符合新工科需要的融合思政知識反饋的教學(xué)模式，即在專業(yè)知識的教學(xué)環(huán)境中，以專業(yè)知識閉環(huán)為外環(huán)，嵌入思政知識反饋閉環(huán)[6]，從思想品德修養(yǎng)、愛黨愛國情懷、科學(xué)的“三觀”培育、職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)四個方面，將思政元素、思政案例有機(jī)融入教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在深入理解課程內(nèi)容的同時，激發(fā)學(xué)生主觀能動性，達(dá)成立德樹人的目標(biāo)。

2.2.6" 建設(shè)課程自主學(xué)習(xí)資源

采用線上線下混合式教學(xué)模式，圍繞線下課程內(nèi)容建設(shè)慕課、微課等課程線上自主學(xué)習(xí)資源，同時加入符合新工科要求的拓展內(nèi)容，如自動控制領(lǐng)域前沿技術(shù)介紹、雙語教學(xué)內(nèi)容等，并通過校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、中國大學(xué)MOOC平臺、bilibili等網(wǎng)絡(luò)視頻平臺發(fā)布，方便學(xué)生隨時隨地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。課程自主學(xué)習(xí)資源的建設(shè)應(yīng)與線下課程教學(xué)內(nèi)容高度契合，在保證準(zhǔn)確性、高效性的基礎(chǔ)上，兼顧趣味性與反饋機(jī)制，以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效率。

3" 課程教學(xué)改革與實(shí)踐成效

近年來，通過實(shí)施課程教學(xué)六個方面的改革舉措，取得以下成效。

1）根據(jù)基于工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的課程目標(biāo)達(dá)成度評價及問卷調(diào)查得知，通過自動控制原理課程學(xué)習(xí)，大多數(shù)學(xué)生可以扎實(shí)掌握自動控制理論的基礎(chǔ)知識，并能適當(dāng)了解智能制造等領(lǐng)域的前沿知識，拓展學(xué)習(xí)的深度和廣度，培養(yǎng)設(shè)計(jì)思維、工程思維、批判性思維和數(shù)字化思維，提升工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

2）電氣信息類專業(yè)結(jié)合本課程內(nèi)容申報的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目數(shù)目增多。在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學(xué)科競賽中，結(jié)合自動控制原理課程內(nèi)容的獲獎項(xiàng)目數(shù)量取得突破。

3）電氣信息類專業(yè)畢業(yè)生的綜合能力有所提升，考研上線率和就業(yè)率不斷攀升，畢業(yè)生的綜合素質(zhì)普遍受到就業(yè)單位好評。

4）對其他相關(guān)課程的改革與實(shí)踐有一定的可借鑒性，對以企業(yè)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求為目標(biāo)的人才知識體系以及創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式的建立起到一定的促進(jìn)作用。

4" 結(jié)束語

根據(jù)新工科背景下社會發(fā)展對人才的需求，傳統(tǒng)工科課程亟須開展創(chuàng)新性改革。本文以自動控制原理課程為切入點(diǎn)，分析課程現(xiàn)存的主要問題，提出課程改革的幾點(diǎn)措施，并通過課程實(shí)踐取得一定的成效，驗(yàn)證了提出措施的合理性和可行性。今后應(yīng)進(jìn)一步深化課程改革，持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，不斷提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)適應(yīng)新工科發(fā)展需求的創(chuàng)新應(yīng)用復(fù)合型人才。

5" 參考文獻(xiàn)

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[2] 鄧攀，魏瑋，何嘯峰，等.獨(dú)立學(xué)院自動控制原理課程的微課開發(fā)與應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017（9）：57-59.

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*項(xiàng)目來源：教育部2021年第二批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“面向新工科的《自動控制原理》課程改革與建設(shè)”（編號：202102211010）。

作者簡介：鄧攀，講師；盛義發(fā)，通信作者，博士，教授。