基于工程教育和新工科理念的“教法”與“學法”
——以自動控制原理課程為例

徐穎秦 劉艷君 陶洪峰 熊偉麗

（1.輕工過程先進控制教育部重點實驗室，無錫 214122；2.江南大學物聯網工程學院，無錫 214122）

隨著新時代教學改革的不斷推進，以學生為本，注重工程應用的工程教育模式已全面推廣，同時新經濟催生以提升實踐創新和國際競爭能力為目標的新工科理念也為廣大教育工作者所接受。為充分挖掘學生學習的主動性，實踐的積極性和創新的能動性。江南大學結合自身特色，傳承“精品-卓越-至善”理念，相繼啟動了精品課程、卓越課程[1-2]和至善課程[3]的建設工程，自動控制原理課程就是其中之一。實踐證明，這種基于工程教育和新工科理念的“教法”與“學法”深受師生歡迎，能夠同時調動起教師“教”和學生“學”的積極主動性，教學效果較好。

一、課程特色

江南大學自動控制原理是電氣工程及其自動化和自動化兩大專業的專業基礎課、核心課和研究生初試必考課，是先修電類基礎課程和后續三大控制系統專業課程（過程控制、運動控制和計算機控制）的必要橋梁。課程計劃內安排72學時，其中理論課60學時，實驗課12學時；同時計劃外配套72學時，其中課外輔導28學時，仿真實訓16學時，答疑解惑28學時。

本課程突出特色是：內容覆蓋面廣、知識更新快；理論性強，既基礎，又前沿；實驗定性多，定量少；作業量大，計算、繪圖復雜。

由此帶來的問題就是學生覺得難學，教師認為難教。因此對本課程的教學從課程內容、教法學法、教材等各方面一直在進行不斷的研究、探索和改革。

二、教學特色

本課程教學特色主要有以下5個特色：

1.理念目標

自動控制原理課程的教學理念是以生為本，追求卓越；問題驅動，個性發展；引入互動，促進主動；挖掘優勢，增強魅力；自我展示，激發興趣；持續改進，實現跨越。教學目標是培養學生健全人格和良好品格，增強合作、競爭、工程和責任意識，提升自主、探究和創新能力，探索“更適合人才培養”的教學方法。

2.“教+學”方法

自動控制原理課程教學的基本原則是貫穿“兩條主線”，即理論上重點透，難點清；應用上注重工程背景和實例分析。

教學方法采用“精講+討論+翻轉+練習”相結合；“線上線下+課內課外”相配合。教學模式采用“專題式+討論式+啟發式+開放式+問題驅動式”相融合。

學習方面創造條件要求學生做到 “七結合”，即課前充分預習，一般會有上節課留下來的問題或課堂作業，需本節課提問或檢查；課上認真聽課，并積極主動參與課堂討論、完成課堂作業；課后認真復習，完成課后作業和章節的小結；課外積極參加和完成晚上的仿真實訓；注冊在線課程號，在線自學，按時提交在線課程作業。

3.內容設計

教學內容采用模塊化設計，如圖1所示，設計成五大模塊進行教學，包括課程內容和課時分配。

圖1 自動控制原理課程模塊化設計示意圖

教學過程突出重點和難點。課程重點是反饋控制的基本原理和思想，控制系統基本分析和設計方法；課程難點是控制系統數學模型的建立與推導，以及復雜系統的分析與設計。

4.實施過程

自動控制原理課程教學過程遵循“四原則”[4-5]，即多閉環，全動態，模塊化，持續性。實施過程如圖2所示。

圖2 自動控制原理課程實施過程示意圖

根據教學目標，按課內課外分別設計了三個模塊，課內包括教師精講、討論探究和基本實驗，課外主要有分組討論、輔導答疑和實踐活動（仿真實訓、項目實驗、科技活動等）。對于教學效果采取各種不同措施進行檢驗，主要有：期末綜合考核，與本課程相關的科研業績，包括獲得的各種獎勵、相關論文和專利、參加科技活動等，向教學督導和往屆畢業生進行抽樣意見征詢和調查等。檢驗出的問題在下次模塊設計時進行修正，因此，實施過程是一個多閉環、全動態、持續改進的過程，最終達到實施效果與教學目標趨于一致。

首先，根據培養計劃和教學目標要求，對教學內容進行模塊化設計，包括制定模塊化的教學大綱、教學任務書和教學日歷；然后由師生共同完成課程的教學和學習任務；根據學生反饋、督導評價、綜合考核、后續課程反應等情況對教學效果進行評估，并對照目標查找問題，對模塊設計和執行過程不斷進行修改和完善。

理論精講課分為三個環節：前3-5分鐘，通過提問-討論-點評，達到承上啟下；中間25-30分鐘精講新內容；最后5-10分鐘，小結鞏固。

討論課分四步完成：課前，教師布置任務；課下，學生分組討論，提出問題，研究答案，制作課件；課上，集中討論辯論，方法是一組同學提出問題并解答，其他組同學提出質疑，全班自由討論；最后，教師點評歸納。

課外仿真實訓是利用晚上時間，在開放的實驗室完成，每周一次（3學時/次）。在助教或教師的指導下，學生利用所學知識完成一些課外科技活動，包括助教設計課題、作業仿真驗證、學生自主設計題目、大學生創新項目、各種競賽項目和其他自己感興趣的內容和課題，進行分析、研究、制作和調試。

課外輔導模塊是由助教或教師利用答疑時間對每一位學生進行面對面有針對性的輔導，在給學生答疑解惑的同時，幫助其提高學習能力，擴充知識面。

5.考核評價

自動控制原理課程的考核注重過程，主要由課堂考核、實驗實訓、作業答疑、期末考試等4種形式組成[6-8]，以全面評價學生的學習過程、對知識的掌握程度和運用能力。

其中，課堂考核占20分，包括：討論課表現10分和隨堂作業10分。討論課表現主要考核學生參加討論的積極主動性和參與討論的質量 （認真程度），隨堂作業主要考核隨堂作業的完成情況和正確程度。這兩部分成績由主講教師和聽課助教隨時記錄。實驗實訓占20分，包括基本實驗10分和課外實訓10分。基本實驗由實驗指導教師負責，考核學生預習情況、實驗操作過程表現、實驗結果（數據、曲線、圖形）及對實驗結果的分析情況等；課外實訓由助教負責，通過現場表現和最后完成的電子作業進行考核。作業答疑占20分，由主講教師和助教共同負責，課后作業15分，考核作業完成的次數和質量，課外答疑5分，通過參與答疑的次數和所提問題的質量來考核。期末考試占40分，采用閉卷筆試的形式，試卷由課題組統一命制，所有任課教師一起流水線批閱，最后統一進行試卷分析和總結。

本課程評價方式，能夠體現教學培養目標及畢業要求，對應的8個畢業要求指標點達成度平均為0.85，為我校自動化專業順利通過工程認證奠定了基礎。

三、資源特色

本課程在資源建設方面除基本的教學文件建設和動態管理外，還有立體化教材體系建設、網絡平臺建設和基本實驗軟硬件資源建設[6-7]，如圖3所示。

圖3 自動控制原理課程資源

教學任務書把教學大綱內容細化，詳細部署了教學任務和目標的實施細則。立體化教材體系包括自動控制原理主教材 （第1版被評為江蘇省精品教材，獲中國輕工業優秀教材獎，第2版入選江蘇省“十二五”重點教材將），輔導教材，即自動控制原理學習輔導與習題解答（第1、2版），實驗和操作指導書，電子教案和多媒體課件等。網絡平臺建設是本課程資源建設的突出特色，主要有學生協同學習平臺、師生交互式學習網站、試題庫管理系統、虛擬實驗平臺、貫穿全課程和集知識點精講、在線測試和習題同步、考核評價于一體的在線課程平臺（江蘇省）[7-8]。江蘇省在線課程在中國大學 MOOC網，網址是 http：//www.icourse163.org/course/JIANGNAN-1001754300。實驗資源包括試驗箱驗證性實驗、實驗室仿真實驗、實物研究性實驗和網絡虛擬實驗。

四、改革成果和特色

江南大學自動控制原理課程改革從2003年起步，2005年入選江南大學精品課程，2008年入選江蘇省質量建設工程，2012年入選江南大學首批卓越課程（全校共12課程入選），2017年成功入選江蘇省在線課程。在整個改革過程中，本著“精品—卓越—至善”的發展理念，將課程內容、教材、教法、學法等同步并行，2018年獲得江南大學至善課程獎。進一步改革的目標是國家級精品在線課程（申請中）、視頻公開課和國家級規劃（精品）教材，通過課程的持續改進，最終達到快樂高效的教學效果。

五、結束語

“教”與“學”是構成整體教學活動的基本單元，“教法”與“學法”是教學改革的突破口，也是提高教育質量的關鍵環節[7]。新工科理念下自動控制原理課程“教法”與“學法”的改革與實施，是高等學校教學改革的一種新嘗試。3年的實施效果表明，將“教法”與“學法”多角度同步并行，能同時使教師和學生充分發揮自我，大大激發和提高其主動學習和研究的興趣和能力，解決了教師怎么教、學生學什么和為什么而學的問題[8]，有著較強的示范性和實用性。目前，隨著“互聯網+”和教育教學技術的迅速發展，國內外推崇的各種現代化新型教學模式很多，如微課、慕課等，都取得了較好的效果，但這些新模式的實施，取決于學生主動學習的意識和興趣。江南大學自動控制原理課程的建設，其核心就是通過 “教法”與“學法”的多角度改革與實施，達到以問題為驅動，激發學生學習興趣，提高其學習主動性和創新意識與能力，使學生能夠真正“活”起來，為逐步向新型現代化模式邁進奠定了必要基礎。