自動控制原理實驗全英文授課實踐與探索

楊婷婷 王長青 劉文泉 鄭新

摘要：本文探討了國際化合作辦學背景下自動控制原始實驗課程的全英文教學模式和方法，提出了針對國際班教學的教學體系，總結了目前采用的全英文教學方法和手段。實踐證明，該套模式已取得良好的效果，提高了學生的學習興趣和實驗創新能力。

關鍵詞：自動控制原理實驗；全英文授課；教學體系；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）17-0151-02

目前，西北工業大學自動化學院電氣工程及其自動化專業的國際班由中國學生和留學生共同組成，授課教學全部采用全英文模式。因此，任課教師除了具備扎實的自控原理專業知識、實驗技能及良好的英語功底外，還應能結合自動控制原理實驗（全英）課程特點，研究并采用合適的教學內容體系和方法講授該課程，實現該課程的預期成效，使學生受益。

一、教學體系

（一）課程教學體系

自控原理實驗（全英）課程是自控專業的專業核心課程，學生只有很好地理解和掌握控制原理的基礎知識和實驗技能，才能繼續學習好后續的其他專業課。因此，結合自控原理實驗室的實際情況，本著“夯實基礎，提高能力”的指導思想，提出了自控原理實驗（全英）課程教學體系結構。該課程教學體系由兩類模塊構成，一類是常規實驗，按照自控原理章節編排依次選定10個最具代表性的實驗內容培養學生的實踐能力，加深理解基礎理論知識；另一類是基于MATLAB的綜合實驗，所選的實驗內容不再停留在簡單的理論驗證上，而是培養學生具有設計、開發和綜合的實踐創新能力。

（二）教材體系

優秀的英文原版自控原理實驗教材較少且年份久遠，其內容多為驗證型實驗，較少涉及自控原理實驗背景知識的介紹及綜合設計實驗等內容。因此，面向中國學生和外國學生組成的國際班不能完全照搬國外的教材，應以優秀的英文原版教材為主要參考書，如Feedback Control of Dynamic Systems （6th Ed.）等，同時輔以自編的英文實驗講義Automation Control System Principle Experiment Guidebook，共同構筑自控原理實驗（全英）課程的教材體系。自編的英文實驗講義著重介紹實驗的背景知識、基本操作及實驗報告寫作規范等。對于課程伊始的驗證性質實驗，實驗講義中有配套的實驗模板供學生學習報告寫作，學生在完成實驗后填寫實驗報告模板中留空部分（如重要的實驗框圖、實驗數據記錄表格和實驗結論）即可；而隨著實驗課程的深入，學生將在教師的指導下最終完成設計綜合實驗，并撰寫出完整流暢的英文實驗報告。同時，在實驗指導書的附錄提供專業術語介紹和常用的數學公式表，如拉普拉斯變換表等，幫助學生對課程的理解和掌握。

二、教學方法與手段

（一）兼顧不同層次學生的學習要求

目前，國際班一般由中國學生和來自非洲、亞洲等不同地區的留學生組成。由于學生們的背景不同，學生的數學基礎、電路基礎、英語程度、接受能力、思維習慣和特點都具有一定的差異。一般來講，中國學生的數學基礎較好，分析能力較強，英語表達能力相對較弱，教學時的重點可放在綜合型實驗的設計、分析和完成以及實驗報告的規范書寫。留學生的數學基礎和電路基礎偏弱，對某些自控原理基礎知識的理解不夠深刻，教學時可以多強調常規實驗的分析與完成。另外，為保障實驗質量，應將中國學生與留學生搭配分組，加強留學生與中國學生的相互交流學習，幫助留學生融入陌生的學習環境，克服對環境的不熟悉造成的學習障礙，順利完成實驗任務。

（二）以問題為引導的自主學習教學方法

克服傳統實驗課程中老師與學生之間簡單的教與學的關系弊病，在原有教師授課、學生實驗驗證、實驗結果分析的基礎上，增加基于MATLAB的控制系統設計、結果分析、學生自主講課、結果研討與實驗意見反饋等環節。使所有學生在實驗課前，通過實驗原理課件了解實驗目的、方法，利用控制專業理論課學習到的知識，開展控制器設計與數字仿真，并對仿真結果進行分析。在課堂上，教師只需簡要介紹實驗環境，將更多的時間留給學生，以隨機的方式抽取學生進行實驗原理與方法的講課，對課前的仿真分析結果進行介紹，作為教師在該過程中更多地去引導與提問。利用現有實驗環境，由學生對課前設計的控制器結構與參數進行實驗驗證，對實驗中暴露的設計與實驗結果的不一致性等問題進行分組分析、討論。通過以上措施，使學生成為控制專業實驗課的中心與主體，主動地開展設計與實驗驗證，有助于提高學生獨立設計、分析與解決問題的能力，增強動手能力與興趣，并提升工具軟件的使用能力。

（三）開放式實驗室

實現開放式的實驗教學方式，鼓勵國際班學生多學、多想、多動手、多動腦，鼓勵學生依據理論教學的內容自主地設計實驗，指導教師將回答學生提出的所有問題并給予指導，但對設計中遇到的問題，不會提供一個詳細的解決方案，只是進行適當的指導。學生必須要通過自己的努力，完成方案設計并通過實驗進行驗證。實驗室提供了開放的實驗環境，不拘泥于課內與課外，只要學生有實驗需要，實驗室會給予鼓勵并提供實驗場所與設備。目前，實驗室可提供的控制對象有溫度控制、直流電機和步進電機，學生可在此基礎上完成相應的控制系統開發與設計。

（四）面向過程的考核方法

成績的最終判定一直是學生關注的焦點，具有“指揮棒”的作用。單純從實驗報告中的實驗結果來判定實驗能力忽略了實驗過程中設計與分析能力的因素。因此在實驗教學的全流程：控制系統設計綜合實驗、結果分析、自主講課、團隊實驗、實驗結果、意見反饋等環節均增加考評打分項，并將對學生實驗課的綜合評分劃分為如下方面：平時實驗報告成績（35%）、實驗操作（20%）、實驗講解與分析（20%）、綜合實驗（20%）、意見反饋（5%）。

三、教學成果

在教學過程中，以問題提出為導入，以互動指導為手段，輔以綜合實驗為加強，通過多元化授課平臺、立體式教學環境與面向過程的考核體系建設，激發各層次學生樂于思考、探索創新的意愿。目前這種教學模式和方法已經取得了良好的開端，促進了學生發現問題與解決問題能力的培養，驅動了自主式實驗驗證能力的形成。

本課程的10個基礎實驗和綜合實驗內容分別對應于自控原理課程基礎知識不同章節的重點和難點，知識涵蓋面較廣，基礎性和創造性兼而有之，內容難易適中。從過往3屆學生總成績統計可以看出，所有中國學生已經能夠較好地完成實驗任務，并對實驗結果做出正確的判斷和總結，中國學生普遍反映該課程難度適中，基礎實驗增強了他們獨立完成實驗任務的信心和能力，綜合實驗雖有難度，在教師的指導下通過查找資料也能順利完成。外國學生普遍能完成基礎實驗，但完成綜合實驗任務的比例不高，還有少部分學生需要在老師或同伴的指導下完成實驗任務和提交實驗報告。

四、結束語

全英文教學是一種全新的教學模式，主講任課教師會面臨很大的挑戰，還有很多方面值得我們進一步系統地學習、探究和完善，比如，如何進一步加強中國學生的創新能力的提升，外國學生的學習積極性不高，采用何種方法調動他們的學習興趣等。

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