“自動控制原理”教學改革探究

凡時財 張季陽

[摘 要] 該文認為，“自動控制原理”是國內自動化相關專業的核心課程，提高教學質量、提升學生學業水平可以極大促進學科發展。針對目前在教學過程中存在的教學手段單一、學生參與度不高、學生高分低能的現象，該文提出了更新教學理念，完善教學目標，建立立體化教材體系，優化課程內容，構建多元化課堂教學方法，優化評價模式等改革策略。

[關鍵詞] 自動控制原理;課程;教學改革

[基金項目] 2019年度電子科技大學第一批研究生精品課程建設項目（[2019]271-26）

[作者簡介] 凡時財（1980—），男，重慶永川人，博士，電子科技大學自動化工程學院教授，博士研究生導師，主要從事智能信息處理與控制研究;張季陽（1997—），男，河南信陽人，電子科技大學自動化工程學院博士研究生，研究方向：智能控制。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）17-0166-02 ? ?[收稿日期] 2019-12-18

針對新時代高等教育提出的“把一流本科教育建設作為雙一流建設的基礎任務”的要求，作為一名一線教學工作者，我們需要以社會需求和喚起學生興趣為驅動，激發學生的學習動力和創新潛力，培養研究型人才[1]。“自動控制原理”作為自動化專業的核心專業課程，肩負著引領自動化專業的本科生了解專業背景、打牢基石、開啟自動化專業大門的重要責任[2-3]。

經過與兄弟院校從事自動控制教學及研究的同行交流，目前的“自動控制原理”教學還存在著以下不足：

1.課程大綱亟待優化。現有教學大綱大多從“自動控制原理”課程本身的教學目標出發，制定相應的教學內容和教學重點。但由于自動化專業課程較多，比如現代控制理論、計算機控制、過程控制等課程，它們相互之間存在著教學內容方面的交叉且不同專業課程的教學內容具有時序關聯性，亟需從自動化專業的角度統籌教學重點和教學內容。

2.教學手段單一。在很多高校，除了自控原理教材之外，一本參考書或者習題集就是全部的教學資料。這種單一、傳統的教學手段無法充分調動學生的積極性，學生在自動控制領域的視野也較為狹窄。

3.課堂翻轉不夠，學生參與度不高[4]。由于“自動控制原理”課程內容較多，任課教師需要在有限的課時內完成教授內容，主要精力放在了知識點的灌輸上，整個教學過程表現為教師采用ppt課件或者板書的形式不斷灌輸，學生在課堂上努力進行課堂筆記、記錄課程的重點難點，沒有與學生形成有效互動。教學過程缺乏學生的效果反饋，任課教師無法快速有效地了解學生的學習情況，學生在課堂上的積極性也無法得到體現。

4.學生高分低能現象明顯。在期末答疑階段，即便是成績優秀的學生，在課程復習時都是將精力放在每道習題的解答上，專注于公式的推導、數字的演算、結果是否與答案一致，忽視了題目本身蘊含的實際含義，以及工程應用中如何使用。這就造成了在指導學生的本科畢業設計時，老師們經常會遇到此類情形：自控原理高分段的學生面對實際控制類問題時茫然無措，無法完成對實際問題的建模，無法跨越從問題描述到數學模型描述的鴻溝，即解決實際工程問題的能力較差。

針對培養計劃、教學大綱、教學內容不斷修訂，學生可利用的教學資源、教學手段越來越豐富的教學現狀，與時俱進地開展課程教學方法、教學手段的優化顯得尤為必要。基于十余年的一線教學經驗與體會，筆者總結提出了以下教學改革策略與思路。

一、更新教學理念，完善教學目標

大學教學不是以灌輸知識點為目的，不是以學生會做習題為目標。我們的任務是在教學過程中，通過喚起好奇、激發潛能，讓學生對自己正在學的課、正在做的事感到興奮，著力培養學生解決復雜工程問題的能力。

因此，在制定各個學科的教學體系、各門課程的教學大綱時，我們應著眼于大局，從培養學生的立體化素質出發，合理設置課程之間的前后時序關系，課程內容的互補互促關系。例如，離散系統分析在自動控制原理與計算機控制中均會涉及，在大綱制定過程中應該明確兩門課程的教學重點，避免出現知識點重復講解或者知識遺漏的情況。多課程大綱的聯合制定，還可讓學生體會到課程內容的鋪墊關系，也讓他們對后續的課程產生期待與設想。

二、建立立體化教材體系，優化課程內容

隨著現代化教學方式的發展，立體化教材體系對于提高學生的學習興趣以及擴展學習途徑具有重要意義。在“自動控制原理”的教學過程中，可通過“一本教材、一個網站、多本教參、若干文章”的結合形成立體化的教材體系，便于學生按照自己的學習進度和習慣進行課前預習、課后復習、拓展練習以及溝通答疑。此外，在總體課時不變、重難點分配均衡的前提下，增加一些與工程應用密切聯系的實際案例，以及學生特別感興趣或者正在參與的各種科技類競賽，如飛思卡爾智能車大賽、機器人大賽等，豐富課程內容。提供部分難度適中的相關中英文學術文章，讓學生對自控原理相關技術的最新發展動態、最前沿技術有相關了解，并最終啟發一小部分學有余力且有科研潛力的學生參與到前沿技術研究中，為將來的學術研究打下堅實的基礎。

三、構建多元化的課堂教學方法

“教師善教、學生樂學”是保證教學效果的必要條件，而教師是否善于調動學生的積極性，是否能夠采用學生喜愛的方式引導學生尤為重要。教師“一言堂”式的講解會導致學生跟不上節奏，處于被動接受的狀態。因此，教師在課前認真備課的基礎上，應首先將上次課的內容進行簡要的復習，然后通過實際案例引出當次課的教學內容，讓學生了解本次課程的應用場景。在調動起學習興趣以后，逐漸引出知識點。當學生的注意力有所下降時，則通過更多的師生互動、小測試等方式再次打開學生的學習閘門，從而使課程在張弛有度的教學中逐步完成。

在對同一問題進行多方法講解時，例如在講解用以判斷系統穩定性的時域法、復域法和頻域法時，可通過對比教學法讓學生掌握各種方法的基本原理，自行歸納不同方法的優缺點以及適用范圍，讓學生真正成為課堂的主體。

四、優化學生成績的評價模式

僅僅以期末考試的分數作為是否掌握好課程知識的依據，是很多學生甚至包括一些優等生在學習中的誤區。為了從根本上改變這種認識，教師需要在課程成績的構成上進行優化，使課程成績能夠真正反映學生的學習能力和對于知識點的掌握以及應用能力。為此，課程組將從兩個方面開展工作，一方面是在期末考試的題目中適當增加應用型及綜合型題目的比例，另一方面是通過平時作業進行針對性的督促和引導。平時成績應體現學生在課堂上的學習能力以及對課后習題中知識點的掌握情況，教師可通過學生在習題課上的講解思路了解學生對于知識的應用能力。此外，對學有余力的學生，通過推送與知識點密切相關的學術文章，引導他們進行學術探索，讓他們在學習專業課時具有更高的眼界與目標。

總之，“自動控制原理”課程是一門理論與實踐并重、教與學難度都相對較大的課程。為提高學生的專業素養，將他們培養為自動化領域的未來棟梁，我們需要建設具有“高階性、創新性和挑戰度”的體系化、系統化教學手段，將學生能力的培養作為課程考核的主要目標，并在教學路上潛心鉆研，努力打造學生及同行專家都能認可的“金課”。

參考文獻

[1]姜曉坤，朱泓，李志義，新工科人才培養新模式[J].高教發展與評估，2018，34（2）：17-24.

[2]楊光儀，李然，于樂，周永勤.工程教育專業認證背景下的“自動控制原理”課程教學改革研究[J].高教學刊，2019，（15）：113-115.

[3]趙肖宇，田芳明，譚峰.新工科背景下自動控制原理課程的分層次教學模式研究[J].高師理科學刊，2019，39（5）：83-90.

[4]李鵬華，胡向東，趙芬.基于翻轉課堂的“自動控制原理”教學改革設計[J].課程教育研究，2019，23：250-252.

Abstract：The course of principle of automatic control is one of the key courses of the majors related to automation in China，and it is an efficient way to promote the major development by improving the teaching quality and academic ability.There are many disadvantages in the current teaching process，for example，the teaching method is quite limited，most of the students do not participate in the class closely，and some of the students who gets high score do not understand the major of automation well.Therefore，we propose some strategies to improve the teaching results，such as，updating the teaching philosophy and teaching goal，constructing the diversified teaching materials，optimizing the course content，teaching method and evaluation mode.

Key words：principles of automatic control;courses; teaching reform