新工科背景下自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革

石建平 劉鵬

摘要：經(jīng)濟(jì)新常態(tài)對(duì)傳統(tǒng)工科專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才是對(duì)新時(shí)代下工科學(xué)生的基本要求。為適應(yīng)和達(dá)到這一培養(yǎng)要求，以自動(dòng)控制原理為例，分析了課程特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀，針對(duì)學(xué)生特征，從講授內(nèi)容、方法、手段和考核方式等方面進(jìn)行了其課程教學(xué)改革，為新時(shí)代地方應(yīng)用型本科普通高校新工科人才培養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：新工科；應(yīng)用型人才；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）08-0138-02

具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才成為新時(shí)代高校工科學(xué)生人才培養(yǎng)的基本要求；作為地方普通綜合性院校，把握好新時(shí)代工科人才培養(yǎng)的內(nèi)涵，積極進(jìn)行應(yīng)用型新工科人才培養(yǎng)探索具有重要意義[1-3]。一方面，可以改善高校畢業(yè)生嚴(yán)峻的就業(yè)形勢(shì)，提高高校畢業(yè)生質(zhì)量；另一方面，可以發(fā)揮工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的主體作用，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供人才支撐。故本文以電子類、機(jī)械類專業(yè)的重要課程——自動(dòng)控制原理為例，從新理念、新模式、新方法、新技術(shù)等方面進(jìn)行了自動(dòng)控制原理教學(xué)改革，進(jìn)行地方應(yīng)用型本科普通高校新工科人才培養(yǎng)探索，為新時(shí)代應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供參考。

一、課程特點(diǎn)

本課程是電子類、機(jī)械類專業(yè)的一門重要專業(yè)課，主要學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括線性控制系統(tǒng)的建模，時(shí)域分析法（系統(tǒng)穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性），根軌跡分析法，頻率分析法等分析方法。其內(nèi)容具有以下特點(diǎn)：

（一）涉及學(xué)科知識(shí)廣泛

其主要學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的一般規(guī)律：系統(tǒng)模型建立、分析及設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，要求學(xué)生先修電路原理、模擬電子技術(shù)、復(fù)變函數(shù)、線性代數(shù)、微積分、大學(xué)物理等，具備數(shù)學(xué)、物理及電工學(xué)、力學(xué)等基礎(chǔ)。

（二）內(nèi)容理論性強(qiáng)、比較抽象

課程要求學(xué)生具備較強(qiáng)數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)的原因就在于其理論性強(qiáng)，很難理解其過(guò)程、原理。雖然自動(dòng)控制原理中包含大量圖形幫助學(xué)習(xí)，化抽象為具體，但這些圖形的理解是建立在數(shù)理基礎(chǔ)上的。

（三）工程性強(qiáng)、更新速度快

課程通過(guò)數(shù)學(xué)化手段理解其工程物理意義，但其最終目的是將基本原理和方法應(yīng)用到工程實(shí)際中去，因此其需理論知識(shí)與工程聯(lián)系緊密。此外，控制學(xué)科，尤其是人工智能作為新興產(chǎn)業(yè)備受關(guān)注，其知識(shí)更新速度很快。

二、教學(xué)現(xiàn)狀

目前本課程內(nèi)容多，且僅36學(xué)時(shí)，加之比較難學(xué)，故學(xué)生積極性不高，教學(xué)過(guò)程中存在以下突出問(wèn)題：

（一）理論與實(shí)際聯(lián)系不緊密、教學(xué)過(guò)程容易枯燥無(wú)味

對(duì)選定教材進(jìn)行調(diào)整，利用PPT進(jìn)行教學(xué)的課堂教學(xué)難以激發(fā)學(xué)生的興趣，加上本課程內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、比較抽象難理解等特點(diǎn)，很容易使課堂教學(xué)變得單調(diào)乏味。目前教學(xué)過(guò)程中，雖然也有與實(shí)際結(jié)合的案例，但基本知識(shí)和案例的融合還不是特別緊密，尤其表現(xiàn)形式還有待加強(qiáng)。

（二）方法和手段有待改進(jìn)、考核方式單一

“教師—電子教案—學(xué)生”的課堂教學(xué)模式雖然較傳統(tǒng)板書推導(dǎo)過(guò)程、手工畫圖有很大進(jìn)步，但難以難以滿足新時(shí)代對(duì)高等教育教學(xué)的要求。通常考核方式采用學(xué)生平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末閉卷考試成績(jī)進(jìn)行綜合，這種考核方式不受學(xué)生歡迎，也很難訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和思維，學(xué)生較為被動(dòng)。

三、學(xué)生特征

（一）基礎(chǔ)相對(duì)較弱、常有畏難心理

課程授課對(duì)象為電子類、機(jī)械類專業(yè)本科生，眾所周知西部教育水平整體落后于中東部，學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、電路等基礎(chǔ)普遍較弱，在學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)理化基礎(chǔ)要求較高的課程時(shí)，難免產(chǎn)生畏難情緒和心理，對(duì)學(xué)習(xí)失去信心和興趣。

（二）自我管理能力不強(qiáng)、學(xué)習(xí)動(dòng)力不足

現(xiàn)在學(xué)生多為95后，受成長(zhǎng)環(huán)境、家庭教育等影響，嬌生慣養(yǎng)，個(gè)性較強(qiáng)，但自我管理和控制能力較差，做事往往缺乏毅力。部分學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，專業(yè)思想不牢固，加上現(xiàn)代社會(huì)的各種誘惑，尤其是網(wǎng)絡(luò)影響，而智能手機(jī)的普及使得很多學(xué)生成為課堂低頭族；教育引導(dǎo)不到位，造成學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。

四、教學(xué)改革措施

針對(duì)自動(dòng)控制原理教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，基于課程特點(diǎn)和學(xué)生特征，結(jié)合新時(shí)代對(duì)工科專業(yè)學(xué)生素養(yǎng)和能力要求，從應(yīng)用型人才培養(yǎng)出發(fā)，圍繞更新課程理念、簡(jiǎn)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、采用新興教學(xué)手段、改變考核方式等方面進(jìn)行了初步探索。

（一）更新課程理念、簡(jiǎn)化內(nèi)容

本課程涉及內(nèi)容多，作為電子類、機(jī)械專業(yè)的一門重要專業(yè)課，應(yīng)根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)、課程性質(zhì)及課程體系，對(duì)其知識(shí)內(nèi)容講授選取整合、難度深淺及應(yīng)用程度等需要再次調(diào)整梳理、充實(shí)更新，為此將各基本概念、原理及方法等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行具體化、形象化、實(shí)用化、簡(jiǎn)單化處理，并應(yīng)用到實(shí)際案例中。將工程實(shí)際案例融入教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，重視與工程實(shí)際的結(jié)合和聯(lián)系，進(jìn)行創(chuàng)新思維和綜合分析能力的培養(yǎng)；同時(shí)將實(shí)驗(yàn)課程一并考慮，并適當(dāng)增加學(xué)生實(shí)際動(dòng)手的設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)基礎(chǔ)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維意識(shí)。

（二）優(yōu)化課程教學(xué)方法

改“教師—電子教案—學(xué)生”的課堂教學(xué)為“學(xué)生—案例/討論/知識(shí)點(diǎn)講授/案例/討論—教師”的課堂教學(xué)，綜合運(yùn)用案例教學(xué)法、討論教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法和五步（連接、呈現(xiàn)、體驗(yàn)、反思、應(yīng)用）優(yōu)化教學(xué)法等多種方法進(jìn)行創(chuàng)新思維訓(xùn)練和培養(yǎng)。尤其是積極采用基于創(chuàng)新思維的五步優(yōu)化教學(xué)法在自動(dòng)控制原理中的應(yīng)用，效果良好。

（三）改建課程教學(xué)手段

手段是實(shí)現(xiàn)良好教學(xué)效果的利器，為此，充分發(fā)揮現(xiàn)代教學(xué)手段解決抽象和理論性課程學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題，將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的基本概念及原理進(jìn)行教學(xué)手段的革新，利用Flash動(dòng)畫、語(yǔ)音圖像等視頻化手段，發(fā)揮Matlab在自動(dòng)控制原理講授中圖形化和動(dòng)態(tài)化的獨(dú)特作用，同時(shí)采用微課、慕課等新形式，利用智能手機(jī)的普及、學(xué)生低頭族的特點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（四）完善課程考核方式

將一兩個(gè)小時(shí)的閉卷考試改為綜合考試考察，成績(jī)構(gòu)成由三大部分組成：1）平時(shí)成績(jī)，這部分考核包括課堂出勤、課后作業(yè)及課堂表現(xiàn)等；2）學(xué)期考試成績(jī)：在出題時(shí)基于基本知識(shí)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，將基本概念、原理及分析方法與最新實(shí)際案例融合作為試題的形式，將新時(shí)代對(duì)工科專業(yè)的能力要求貫穿到試題之中，訓(xùn)練學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等；3）實(shí)驗(yàn)實(shí)踐成績(jī)：由實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、一篇課程相關(guān)的實(shí)踐報(bào)告及答辯等組成，強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力和工程意識(shí)。三者比例按照學(xué)校相關(guān)要求執(zhí)行。

五、結(jié)束語(yǔ)

課程教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的課題，本文僅針對(duì)實(shí)際教學(xué)情況，從講授內(nèi)容、方法、手段和考核方式等方面對(duì)自動(dòng)控制原理的教學(xué)改革進(jìn)行了初步探索，期望為新時(shí)代地方應(yīng)用型本科普通高校新工科人才培養(yǎng)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]周福娜，王娟.面向工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革[J].課程教育研究，2017，（15）：109-110.