新工科背景下 “自動(dòng)控制原理” 教學(xué)改革研究與實(shí)踐

金紅嬌，羅時(shí)光，齊 峰

（1.吉林化工學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.吉林化工學(xué)院 理學(xué)院，吉林 吉林 132022）

0 引言

新工科建設(shè)注重人才培養(yǎng)，課程是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。 “自動(dòng)控制原理” 作為自動(dòng)化專業(yè)主干課，從新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，以結(jié)合成果導(dǎo)向、學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)的工程教育理念，對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行改革。針對(duì)目前社會(huì)對(duì)人才的需求，結(jié)合以學(xué)生為中心的工程教育理念，設(shè)計(jì)了新工科背景下的教學(xué)模式，以培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求的自動(dòng)化專業(yè)人才［1］。

1 “自動(dòng)控制原理” 課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 “自動(dòng)控制原理” 課程教學(xué)存在的問題

“自動(dòng)控制原理” 課程由于內(nèi)容多、理論性強(qiáng)等問題，在新的教學(xué)模式發(fā)展及對(duì)人才培養(yǎng)的新要求形勢(shì)下，傳統(tǒng)的教學(xué)模式凸顯出其弊端。普遍存在的問題有：(1）專業(yè)學(xué)習(xí)注重知識(shí)傳授，忽視學(xué)生專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)；(2）教學(xué)內(nèi)容和工程實(shí)際聯(lián)系不緊密。在新經(jīng)濟(jì)背景下，被控對(duì)象復(fù)雜，控制過程網(wǎng)絡(luò)化和智能化，教材知識(shí)和實(shí)際案例融合不緊密；(3）授課方式主要是多媒體結(jié)合板書，以教師講授為主，忽視學(xué)生主體地位。考核方式采用平時(shí)考核和期末考試綜合，很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維；(4）新工科知識(shí)儲(chǔ)備不足。授課教師專業(yè)背景都是傳統(tǒng)自動(dòng)化控制學(xué)科，結(jié)合其他專業(yè)開展課程建設(shè)，存在知識(shí)面、實(shí)踐能力等不足的問題；實(shí)踐教學(xué)側(cè)重驗(yàn)證、分析能力，對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及較少，不利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

1.2 “自動(dòng)控制原理” 專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)

從新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)、技能及素質(zhì)等綜合能力［2］。通過課程教學(xué)改革措施的實(shí)施，期望學(xué)生得到以下提升：(1）提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、生態(tài)意識(shí)、國(guó)際視野等思想修養(yǎng)；(2）提高學(xué)生的知識(shí)融合貫通能力、復(fù)雜工程問題的分析設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力；(3）掌握課程理論的前沿性，并拓寬視野，了解本學(xué)科的發(fā)展動(dòng)向；(4）培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，體現(xiàn)出自身主體地位，提升個(gè)性創(chuàng)造力和自主實(shí)踐能力；(5）為相關(guān)專業(yè)研發(fā)和創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

2 新工科背景下 “自動(dòng)控制原理” 教學(xué)模式創(chuàng)新探究

本文研究在新工科背景下結(jié)合先進(jìn)工程教育理念，參考 “金課” 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本校自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)定位及課程在專業(yè)培養(yǎng)中的重要作用，探索新的教學(xué)模式，具體研究?jī)?nèi)容如下。

(1）知識(shí)體系重塑：課程內(nèi)容多而且工程實(shí)踐應(yīng)用多，學(xué)生又欠缺工程背景，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。課程建設(shè)要與時(shí)俱進(jìn)，不斷更新。所以在課程內(nèi)容選擇上做出調(diào)整，比如陳舊性的知識(shí)點(diǎn)及應(yīng)用不多的知識(shí)，授課教師可以選擇講或者不講，教師可以盡量從工程應(yīng)用、實(shí)際應(yīng)用的角度選擇課程內(nèi)容。

(2）以學(xué)生為中心的教學(xué)模式：建設(shè)在線開放課程，提供自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)，形成以教師為引導(dǎo)，學(xué)生為主體的線上線下混合式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)對(duì)課時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。教師應(yīng)采用多元化的教學(xué)方式和靈活的考核方式。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行梳理，使學(xué)生系統(tǒng)完整地把握理論教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)注重工程背景及應(yīng)用［3］。

(3）工程能力培養(yǎng)：通過課程設(shè)計(jì)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基本概念和理論的認(rèn)識(shí)，將理論知識(shí)與應(yīng)用相結(jié)合。通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可以提高課程的教學(xué)質(zhì)量，也為學(xué)生參加科技創(chuàng)新活動(dòng)創(chuàng)造了條件。此外，以課程為基礎(chǔ)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐產(chǎn)生系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

(4）創(chuàng)新能力培養(yǎng)：教學(xué)過程中注意培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和自學(xué)習(xí)能力。鼓勵(lì)學(xué)生參加各類學(xué)科競(jìng)賽，參與教師科研項(xiàng)目，提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力。

課程改革以培養(yǎng)新工科背景下對(duì)大學(xué)生的綜合專業(yè)能力要求，塑造學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)品格，同時(shí)為學(xué)生提供豐富教學(xué)資源，拓展專業(yè)視野。以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)的線上線下混合教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；注意培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)新工科背景下學(xué)生解決實(shí)際工程問題的思維及能力。

3 “自動(dòng)控制原理” 教學(xué)模式改革實(shí)施方案

針對(duì)課程教學(xué)存在的問題，設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式的具體方案。

(1）課程知識(shí)體系：授課過程中不再依賴傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)過程控制，而是選擇能代表技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)控制系統(tǒng)、生活中的實(shí)際應(yīng)用作為案例進(jìn)行講解，能更好地理解理論知識(shí)，同時(shí)能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面，從工程應(yīng)用的角度建立知識(shí)體系，例如控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計(jì)綜合是課程的主線。講授每個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)，要注意比較不同的方法及概念。在講授三大分析方法時(shí)，每種方法都可以按照建模、分析和綜合的思路講授。分析系統(tǒng)系統(tǒng)性能時(shí)，按照判別穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)性能及動(dòng)態(tài)性能3個(gè)方面，以此形成立體的教學(xué)模式，便于學(xué)生掌握課程的知識(shí)體系［4］。

(2）線上線下混合教學(xué)：線上為學(xué)生自主學(xué)習(xí)，線下為教師補(bǔ)充講解。通過學(xué)生作業(yè)、課上探討等，了解知識(shí)掌握情況，教師調(diào)控授課方式，形成閉環(huán)反饋的教學(xué)模式，如圖1所示。

圖1 反饋教學(xué)模式

授課過程由兩部分組成：一部分是線下以教師講授為主。針對(duì)內(nèi)容重點(diǎn)和難點(diǎn)，教師課堂講授幫助學(xué)生理解和加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)的掌握，對(duì)于學(xué)生的線上學(xué)習(xí)，組織現(xiàn)場(chǎng)答疑、互動(dòng)，對(duì)線上學(xué)習(xí)進(jìn)行補(bǔ)充。另外一部分是學(xué)生利用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)，且不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制。學(xué)生通過自測(cè)、線上和教師互動(dòng)掌握個(gè)人的學(xué)習(xí)情況。最后，授課教師通過學(xué)生的課堂提問、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)及考試等環(huán)節(jié)，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的整體情況，并且隨時(shí)對(duì)教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。授課過程將線上自學(xué)與線下講授有機(jī)的結(jié)合，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

(3）案例教學(xué)：帶實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)課堂觀摩，講解相關(guān)知識(shí)使抽象問題形象化，理論與實(shí)際應(yīng)用相接軌；同時(shí)注意將工程實(shí)例融入課堂教學(xué)，穿插工程案例以吸引學(xué)生注意力，例如在講解控制系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，將神州十二號(hào)宇宙飛船的發(fā)射及進(jìn)入預(yù)定軌道過程的教學(xué)視頻提供給學(xué)生，使學(xué)生直觀地了解到穩(wěn)定性的實(shí)際應(yīng)用。

(4）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)：課程實(shí)驗(yàn)增加設(shè)計(jì)和綜合性實(shí)驗(yàn)，并著手虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，打破時(shí)間地點(diǎn)的限制，隨時(shí)完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐環(huán)節(jié)如專業(yè)綜合設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐及工程實(shí)踐能力。另外，課程組教師鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，根據(jù)學(xué)生興趣成立學(xué)科競(jìng)賽小組，參加各組學(xué)科競(jìng)賽并取得優(yōu)異成績(jī)，例如自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、西門子杯PLC競(jìng)賽等。

4 結(jié)語

本文從新工科建設(shè)及社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求，從知識(shí)、技能、素質(zhì)3個(gè)方面出發(fā)，結(jié)合工程教育理念對(duì) “自動(dòng)控制原理” 課程的教學(xué)改革進(jìn)行研究，通過改革措施的實(shí)施，提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新實(shí)踐能力等綜合能力。教學(xué)過程中注意教師的引導(dǎo)作用，尊重學(xué)生的中心地位，以 “兩性一度” 為標(biāo)準(zhǔn)提高課程的建設(shè)水平，培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代需求的新工科應(yīng)用型人才。新工科的建設(shè)是不斷發(fā)展的課題，課程組也將秉承持續(xù)改進(jìn)的理念，不斷學(xué)習(xí)新理念、新技術(shù)以提高授課水平。