面向應用型人才培養的自控原理課程教學改革研究

王海泉+王東云+溫盛軍+歐陽玲+王璦琿

摘 要 本文從二本院校學生和就業的實際情況出發，以培養工程應用型人才為目標，改進傳統理論教學為主的自動控制原理課程教學和考核模式，提出了以CDIO理論為基礎的遞階式雙語教學模式并結合答辯式考試的改革思路，并對存在的問題進行了討論。

關鍵詞 自動控制原理 CDIO教育模式 遞階式雙語教學 答辯式考試

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.12.047

Abstract Based on the quality of undergraduates and the direction of employment of our university， according to the aim of training talent with engineering technology， inspired by CDIO educational framework， a reform strategy with hierarchical teaching method and defending based exam has been proposed and the existing problems have been discussed.

Keywords Automatic control theory； CDIO educational framework； hierarchical bilingual teaching method； defending based exam

1 教學改革必要性

“自動控制原理”課程是我校自動化專業、電氣工程及其自動化專業、測控技術與儀器專業等電類專業的核心基礎課程，通過對經典控制理論和現代控制理論的講述，使學生掌握利用自動控制技術的基本理論解決工程實際問題的思維方式和初步能力[1]。

在之前的教學過程中，以自動控制原理為代表的自動化專業核心課程（計算機控制系統、過程控制與儀表、系統辨識、計算機仿真等），考慮到傳統考核方式（期末閉卷筆試）等對學生的要求，幾乎把85%的時間都花費在復雜的理論講述當中，造成學生無法很好地將理論與實際相結合，陷入了聽課、作業、筆試的怪圈。但事實上自動化專業屬于應用型較強學科專業，且二本院校大部分畢業生將走向對實踐能力要求更高的工作崗位，[2]這種傳統的“重理論輕實踐的應試性學霸”的控制類課程教學方式和考核方式，顯然無法滿足以培養與國際接軌的應用型工程技術人才的培養目標。在這樣的現實下，從2012年開始我團隊吸收先進的CDIO教學理念，推進理論教學與實驗教學相結合的“做中學”的教學方式[3]和雙語授課模式，[4]團隊進行的改革被學生、學校和上級部門認可。

通過多年的教改研究，團隊發現在基于CDIO的雙語教學過程中，由于學生英語、高數、電路、等先修基礎課程水平和學習能力、學習需求的差異，出現部分同學因基礎較好感覺教學進度慢而部分同學反映上課聽不懂的情況，導致學生喪失學習信心，曠課、抄作業、上課睡覺等情況時有發生；雖說采用了做中學的教學方式，但期末考試仍采用傳統的筆試考核，不僅無法系統地檢驗所采用的CDIO教學模式的效果，還進一步導致學生對英文敘述的知識點死記硬背、臨陣磨槍，等到在實習和畢業論文當中用到相關知識時，已經忘得一干二凈，更遑論靈活運用了。在這樣的現實和“互聯網+”快速發展的新形勢下，我們提出了結合具體被控對象的遞階式雙語教學模式并結合答辯式考試的改革思路，保證學生在掌握控制系統基本概念、原理的基礎上，進一步提高學生自主學習能力、實踐創新能力和團隊協作能力。

2 教學改革思路

2.1 遞階式雙語教學模式

團隊首先更新了沿用多年教材，采用Katsuhiko Ogata編寫的《modern control engineering》第五版，[5]新版教材結合詳實的工業應用實例對復雜的控制理論進行深入淺出的闡述，通過豐富的工程應用實例，理論聯系實際，有利于學員理解知識點的同時掌握英文的專業詞匯；

在教學方面，在開課初期，作為自控課程的基礎，盡可能多地采用中文口述加英文教材和PPT的形式講述基礎理論，同時強調關于控制理論專業詞匯的把握（如開環/閉環系統、前向/反饋通道等），在學生適應雙語授課環境和方式之后，在課程中后期，淡化復雜的根軌跡繪制等過程分析，增加具體的工程實例，逐步加大英語授課的比重，但根據后半部分教材難點較多的情況，在關鍵內容和難點內容處仍輔以中文講解，并鼓勵學生使用英語進行提問和課堂討論，要求學生使用英語完成課后作業。更進一步，課程組開發“Modeling and Analysis of DC Position Control System”等一系列設計性實驗替代傳統的基于電路的驗證性實驗內容，按照CDIO教育模式的要求，由學生按照自控原理教材的建模、分析、校正這一主線自主完成直流電機的位置/速度控制系統設計。

2.2 考核方式改革

筆者在2015年曾赴英國伯恩茅斯大學訪問一年，受到國外課程需要查閱大量書籍資料才能完成的大作業、每名學生都須接受老師面對面質詢的考試等與國內截然不同的考核方式的啟發，我們從克服傳統筆試考核造成的考前突擊、考完就忘的弊端，更真實地檢驗學生學習效果，督促學生更深入理解復雜控制理論并熟練應用的角度出發，提出了答辯式期末考試的新思路。

課題組將自控原理的重要知識點進行歸納總結和提煉，準備了分為基本（基本定義）、中等（綜合題）、提高（工程應用）三個等級的各10個英文問答題，在參加答辯的課題組3位老師的監督下，由參加答辯的學生從三個難度等級的題庫中隨機各抽取一個題目，準備10分鐘之后參加答辯，答辯由簡單的基本題開始，避免學生因緊張而發揮失常，整個過程要求采用英語表述論點。答辯成績為綜合三位答辯教師針對學生英語表達、觀點陳述、板書、現場提問等方面給出評價，如學生對答辯過程發揮不滿意，可以申請進行復答辯。endprint

在整個答辯式考核執行過程中，關鍵是如何設計能覆蓋大部分知識點、難易適度且結合工程實際的答辯題目。對于基本題，以定義、定理和判據等基礎知識的考核為主，如系統穩定的充分必要條件、根軌跡的定義等等；中等難度題以課程難點考核為主，如系統時域下和頻域下的穩定性、穩態特性、動態特性的判斷方法等；而提高題的設計將控制理論與工程實際應用結合，考察學生綜合運用所學知識的能力，如怎么去除反饋環節經常出現的高頻噪聲干擾、如何從記錄的系統頻域特性曲線出發建立對象數學模型等。通過對上述問題的闡述，老師能夠更從專業知識的理解能力、表達能力、文獻查詢以及閱讀歸納能力等方面對學生進行綜合考核，同時也能夠通過答辯準備過程，督促學生深入理解基本概念、原理，提高綜合運用能力。

在此基礎上，課程組還建設了自控原理雙語教學網站，不僅上傳了教師講課視頻并錄制了45個課時的自控原理慕課視頻，[6]便于學生課下復習，而且設置了在線答疑和作業提交系統及時發現學生學習中的問題。

3 成果與反思

在課題組教師的共同努力下，上述開始改革內容已經在我校自動化、電氣自動化、兄弟院校黃淮學院的機械電子工程專業的自動控制原理課程以及我校控制理論與控制工程專業的研究生課程控制工程實踐當中推行，學生反映良好。相關改革內容得到上級部分的充分支持，教學團隊于2013年被評為河南省高等學校教學團隊，自控原理課程于2014年獲評河南省高校雙語教學示范課程，研究生課程“控制工程實踐”的教學改革研究受到我校2015年研究生教育優質課程建設項目資助。團隊教學通過走出去引進來的方式提高自身水平，兩名教師完成博士后科研工作，兩名教師在英國伯恩茅斯大學攻讀博士學位，同時團隊與英國伯恩茅斯大學、日本東京農工大學等國際知名高校定期互訪并召開研討會，建立了良好合作關系。

雖說課程改革進展順利，但還存在以下兩方面的問題需要進一步探索：

（1）與其他課程打通：控制類核心課程還包括系統辨識、計算機控制、過程控制、計算機仿真等，且也是強調實際工程應用的重要課程，能否將這些課程與自動控制原理這一核心基礎課程打通，形成逐步加深、反復理解、遞階式的學習模式，同時設計更有針對性的實驗內容和考核內容，保證學生全面、系統掌握三、四年級所學的專業課程內容，強化學生對知識的掌握能力。

（2）減少答辯過程主考官主觀因素影響：對于答辯式考試，避免由考官的喜好決定成績高低的主觀因素影響是迫切需要解決的。這就要求我們考慮如何對考核標準和內容進行細化，從答辯題庫、細化評分標準、規范申訴程序等方面進行進一步細致研討，確保答辯過程和結果的公平公正。

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河南省高校雙語教學示范課程 （河南省教育廳教高〔2015〕34號）

河南省高校課程教學團隊 （河南省教育廳 教高〔2013〕645號）

中原工學院研究生教育優質課程建設項目

參考文獻

[1] 胡壽松.自動控制原理（第六版）[M].北京：科學出版社，2013.

[2] 黃晶.深化《自動控制原理》課程教學改革探析[J].時代教育，2015.25（3）：229.

[3] 王海泉，王東云等.基于CDIO的自控原理實驗教學平臺研究[J].中國電力教育，2011（20）：123-124.

[4] 王東云，范為福.自動控制原理雙語教學改革的實踐與探索[J].北京大學學報（哲學社會科學版），2007.5（1）：222-223.

[5] Katsuhiko Ogata， Modern Control Engineering（第五版）[M].北京：電子工業出版社，2011.

[6] 李榮芹.信息技術促進高校教學改革的幾點思考[J].教育現代化，2016.20（7）：82-85.endprint