基于“兩性一度”的自動控制原理課程教學改革研究

摘要：新工科背景下，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，首要任務是提高課程教學質(zhì)量。文章對自動控制原理課程教學中存在的典型問題進行梳理，以“兩性一度”為標準設計教學改革思路并重建教學改革實踐路徑。文章以學生為中心，從教學內(nèi)容、教學方式、考核評價方式等方面進行改革，構建線上線下混合式教學模式，實現(xiàn)了高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度建設。

關鍵詞：新工科；自動控制原理；兩性一度；混合式教學；以學生為中心

中圖分類號：TP13 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）09-0149-03 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

2019年教育部印發(fā)《關于一流本科課程建設的實施意見》，進一步提出了高校要大力建設“金課”，杜絕“水課”，在“金課”建設過程中要始終遵循提升高階性、突出創(chuàng)新性、增加挑戰(zhàn)度的原則，即“兩性一度”的建設標準，體現(xiàn)了新工科背景下課程教學改革的重要性。隨著科技的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)在國防、航空、航天、工業(yè)和通信等各個方面都已成為不可或缺的重要組成部分，自動控制技術正逐漸融入人工智能、機器學習等先進技術，極大地提高了社會勞動生產(chǎn)率，改善了人們的生活水平。自動控制原理是電氣工程及其自動化、電子信息工程等諸多新工科的專業(yè)基礎核心課程，涉及的知識面范圍較廣，涵蓋了“高等數(shù)學”“復變函數(shù)”和“信號與系統(tǒng)”等較為深奧的課程內(nèi)容，知識概念抽象且紛繁復雜、公式較多、邏輯性比較強、不易理解，從而導致學生學習興趣不高，讓眾多學生望而卻步，還沒有入門就放棄了相關內(nèi)容學習，從而影響后續(xù)專業(yè)課程的開展。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將線上線下的教學相結合，加入思想政治元素，提高學生的學習興趣，加深學生對所學知識的理解與掌握。以“立德樹人”為根本任務，以“學生中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”教育理念為引導，以“兩性一度”特征為標準，通過線上線下混合式教學對自動控制原理課程進行教學改革探索。本文首先分析了自動控制原理課程教學現(xiàn)狀，然后提出了基于“兩性一度”的課程改革設計思路，最后介紹了具體的改革實踐和取得的成果。

1 自動控制原理教學現(xiàn)狀

自動控制原理是面向電氣工程及其自動化專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎課，是研究自動控制系統(tǒng)普遍規(guī)律的科學。該課程側(cè)重理論分析，使學生樹立正確的社會主義核心價值觀，旨在培養(yǎng)學生自動控制系統(tǒng)的設計與維護能力。然而在實際教學過程中，仍存在以下問題。

1.1 教學資源豐富度不足，具有明顯時滯性

教學資源主要依靠參考教材、教學講義、相關練習題等教學資源不豐富，且教學內(nèi)容多集中于一些傳統(tǒng)的基礎知識和研究方法，內(nèi)容實時性不強。隨著數(shù)學、計算機等技術的快速發(fā)展，已出現(xiàn)了很多更加先進、使用范圍更廣泛的控制理論，如與神經(jīng)網(wǎng)絡、機器學習、人工智能等相結合的智能控制理論等，這些先進理論與傳統(tǒng)控制領域融合日漸密切[1]，然而傳統(tǒng)教學資源并沒有與現(xiàn)有研究熱點和前瞻性領域結合，整體內(nèi)容時滯性明顯。

1.2 教學方法創(chuàng)新性不足，具有明顯

課程主要采用以教師講授為主的“填鴨式”教學，每節(jié)課通過PPT加以適當板書按章節(jié)依次講解各章節(jié)，學生則以聽講、記筆記方式被動接受知識。在傳統(tǒng)教與學的過程中，學生缺乏主動性思考、缺乏與理論相聯(lián)系的實踐過程、缺乏與教師學生之間的良性互動與交流，且學生被動聽講，會出現(xiàn)注意力難以維持、課程活躍度不高等特點。

1.3 教學考核方法多樣性不足，具有明顯單一性

目前，關于自動控制原理課程的考核方式以期末考試成績占主導（80% 以上） ，平時成績占較少比重（20%以內(nèi)） ，且平時成績也主要以到課率和回答問題為依據(jù)判定，較為單一，不能較準確地反映整學期學生對課程的學習態(tài)度、學習參與度以及學習成效等，也缺乏對學生平時思考能力、創(chuàng)新理念的培養(yǎng)。

2 自動控制原理課程改革設計思路

2.1 高階性設計

課程高階性設計是指在課堂教學過程中將傳統(tǒng)知識講解、學生主動性培養(yǎng)與素質(zhì)能力培養(yǎng)較好的融合。以達成學生在學習過程中不僅學習基礎知識，還學習對知識的理解、運用以及解決實踐問題的能力。自動控制原理內(nèi)容理論強，知識點復雜繁多，在常規(guī)教學環(huán)境下，很難培養(yǎng)學生的高階思維能力。主要體現(xiàn)在圖1 中的教學設計環(huán)節(jié)，因此，從以下三方面進行高階性建設：第一，增加教學內(nèi)容的深度和廣度：授課教師依托智慧平臺搜集教學資源，結合學校教學情況，將每一章節(jié)的知識點的概念、綜述、學科前沿的教學資源等傳入學習通供學生自主學習，課堂上著重進行知識點的理論分析（如二階系統(tǒng)的性能指標分析、根軌跡繪制等內(nèi)容） ，提高學生對高階知識的掌握；第二，教學內(nèi)容需要理論聯(lián)系實際：在教學過程中，多引入實際工程案例（如直流電機、磁盤驅(qū)動器、倒立擺控制系統(tǒng)） ，將理論知識與實際相結合，提升學生的學習興趣和創(chuàng)新思維；第三，教學內(nèi)容中融入課程思政元素：深入挖掘課程內(nèi)容中所蘊含的思政元素資源，如在時域數(shù)學模型建立中，引入倒立擺控制系統(tǒng)案例，培養(yǎng)學生在分析、解決問題時要追本溯源，抓住關鍵問題并處理復雜工程案例的能力，不僅使學生實現(xiàn)對課程內(nèi)容的透徹領悟，還可以將理論知識提升到情感價值觀方面[2]。

2.2 創(chuàng)新性設計

課程創(chuàng)新性設計主要是指課程教學中對學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，和教學方法、教學手段的創(chuàng)新，同時注重教學內(nèi)容的前瞻性，引入案例的實時性。主要體現(xiàn)在圖1中的教學內(nèi)容、教學方法與教學形式環(huán)節(jié)，針對自動控制原理課程，從以下三方面進行創(chuàng)新性建設：第一，在學科基礎上，多增加智能控制的工程案例等高新技術知識內(nèi)容，適應新工科發(fā)展的需要；第二，在教學上引入混合式教學方式，線上自主學習+線下探究式學習，實現(xiàn)“老師教為中心”向“學生學為中心”的轉(zhuǎn)變；第三，依托“實驗+學科競賽+課程設計”，提升學生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力。

2.3 挑戰(zhàn)度設計

挑戰(zhàn)度從課程內(nèi)容來看，是否根據(jù)學生的特點增補教學內(nèi)容，需要跳一跳才能夠得著，從評價機制上看，是否綜合采取形成性評價與終結性評價。主要體現(xiàn)在圖1中教學內(nèi)容和教學評價環(huán)節(jié)，針對自動控制原理課程，從以下兩方面進行挑戰(zhàn)度建設：第一，以問題和薄弱點為導向，重新設計教學各環(huán)節(jié)安排和教學內(nèi)容，以啟發(fā)學生進行自主式學習；并在講授時增加知識點最新應用案例或最新研究動向，以引導學生課后根據(jù)興趣繼續(xù)衍生學習和思考，最終提高學生整體能力和素質(zhì)。第二，重新建立多元化考核方式，在以往期末考試的基礎上，結合平時作業(yè)情況、實驗情況、考勤、課堂討論、學習通平臺學習表現(xiàn)等多項綜合標準進行考核，對學生進行知識、能力和素質(zhì)全方位評價。

3 自動控制原理課程教學改革與實踐

3.1 教學理念轉(zhuǎn)變：以學生為中心、以“兩性一度”為標準

為深入貫徹落實以“兩性一度”為標準的教學改革與實踐，以“學生為中心”的教學理念落實在自動控制原理教學過程中，主要進行以下三種舉措：第一，轉(zhuǎn)變教師教學理念，摒棄傳統(tǒng)教師“填鴨式”教學方法。課前，教師在學習通中發(fā)布相關學習視頻等資料，讓學生提前預習并對相關知識要點開展討論；課中，教師主要通過拋出問題，引導學生主動思考；通過主題小組討論，引導學生積極討論與交流；課后，教師注重教學反思，同時注重對學生衍生知識興趣的培養(yǎng)。第二，轉(zhuǎn)變學生學習理念，線上線下混合式教學過程中，學生參與每個環(huán)節(jié)過程中主動學習、回答問題、參與討論、主題匯報等，這讓傳統(tǒng)死板的課堂活躍了起來；讓學生做回課堂的主人，發(fā)揮學習主觀能動性。第三，樹立高階思維能力的培養(yǎng)目標。以“兩性一度”為標準，更多地強調(diào)培養(yǎng)學生的高階思維能力，凸顯學生應用基礎知識解決復雜問題的綜合能力[3]。在完成教師和學生理念的轉(zhuǎn)變之下，學生主動積極地參與課堂中來，在教師引導之下完成創(chuàng)新性思維能力的培養(yǎng)。完成自動控制原理課程傳統(tǒng)教學的轉(zhuǎn)變，具體過程如圖1所示，以思政教學為基礎，理論與實踐相結合，線上線下混合式教學為手段深入落實“以學生為中心”的教學理念。

3.2 高階性建設：確定教學目標，優(yōu)化教學內(nèi)容

課程目標是整個教學大綱的核心，是課程教學的產(chǎn)出，支撐著畢業(yè)要求的達成。按照工程認證“產(chǎn)出導向”的理念，以“兩性一度”為標準，修訂自動控制原理教學大綱，明確課程目標，突出教學重難點。現(xiàn)有的教材和課堂教學內(nèi)容側(cè)重理論分析，公式推導，弱化了工程實際中的控制應用問題。為了體現(xiàn)教學內(nèi)容的高階性與創(chuàng)新性，圍繞新的課程目標，對其知識內(nèi)容重新進行篩選整合，適當?shù)茖Ш妥C明，在傳統(tǒng)的經(jīng)典教學內(nèi)容上巧妙地引入更高階的工程技術綜合案例和學科前沿，以拓寬學生的知識面，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新思維。以“立德樹人”為根本，基于課程目標，將思想政治教育與自動控制原理專業(yè)知識相結合，深入挖掘與自動控制原理課程專業(yè)知識相關的思政元素。而通過思政教育的融入，可以提高學生的學習興趣，將課程教學變得更加生動有趣，學生不僅學習了相關的理論專業(yè)知識，同時通過思想政治教育的融入，對學生正確的世界觀、人生觀、價值觀的形成具有重要的作用，培養(yǎng)學生的求實精神、家國情懷和創(chuàng)新意識，使學生成為“新工科”要求下的工程應用型人才。

3.3 創(chuàng)新性建設：線上線下混合教學的方式方法

在“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下，改變傳統(tǒng)的教師“滿堂灌”教學模式，利用超星學習通等互聯(lián)網(wǎng)平臺，給學生提供充足的、優(yōu)秀的教學資源，對課程知識點的討論題、作業(yè)、測驗和課外導讀材料等進行了完善，提升了課程內(nèi)容的高階性。借助于“學習通”等智慧教學手段，進行講授、答疑、投票、互評、討論、匯報等多種教學設計，還可以開展討論式教學、探究式教學、案例式教學等教學活動，充分調(diào)動學生的學習積極性，激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量與教學效果。課前：教師借助學習通平臺發(fā)布課件、視頻、學習目標、學習任務與考核標準，讓學生在講授之前預習和提前完成自主學習任務和測試題，教師根據(jù)結果分析學生預期學習成效，并針對學生薄弱知識點，重新調(diào)整課堂教學內(nèi)容，完成學生“低階+高階”思考能力的培養(yǎng)。課中：課前十分鐘學習通簽到；選擇學生弱點和章節(jié)重難點展開講解，并將與這些知識相融合的最新案例、實踐應用融合理論講解中；通過案例分析引導學生思考、開展小組討論。學生與教師成為課堂兩位主導者，使學生完成“高階+創(chuàng)新”的知識內(nèi)化。課后：針對各知識點布置練習題，提供相關熱點拓展信息讓學生課后繼續(xù)思考，學生根據(jù)自己的個性化興趣自主完成知識拓展與延伸，完成學生“高階+挑戰(zhàn)”的素質(zhì)培養(yǎng)[4]。

3.4 挑戰(zhàn)度建設：完善多元化、全方位的課程考核評價方式

有效的考核方法可以更好為學生學習的主動性和課堂互動討論過程進行評價。為了檢驗課程教學目標是否達成以及衡量學生的學習成果，須改變傳統(tǒng)以期末考試為主的考核方式。將線上學習通教學平臺中的學習統(tǒng)計數(shù)據(jù)（如課前瀏覽預習資料時長、練習題得分、主題討論情況等） 與線下課堂上的參與度、活躍度、小組討論發(fā)言度、回答問題準確度等充分結合，并設計相對合理的分數(shù)占比。使基于“兩性一度”標準下重新設計的教學內(nèi)容、教學環(huán)節(jié)中學生的各項表現(xiàn)都在課程成績中充分體現(xiàn)[5]，這樣也反向促進學生更加注重過程性學習內(nèi)容和成效，一改傳統(tǒng)考試中“死記硬背”式方法。老師也可以從學生的學習成果分析每個課程目標的達成情況，用于課程的持續(xù)改進。針對改革前后的學生成績進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果如表1所示。通過表1可以看出，學生的學生成績、學生自我學習興趣等方面均有所提高。

4 結束語

在新工科背景下，基于“兩性一度”建設標準的混合式教學改革真正體現(xiàn)了以學生為中心的教育理念，本文從教學設計、教學內(nèi)容、教學方法、評價方式等方面分層次闡述高階性、創(chuàng)新性與挑戰(zhàn)度的設計思路，并應用于本科教學中，取得了良好的效果。教學理念的革新是培養(yǎng)目標的重塑，課程的改革要在立德樹人的基礎上不斷優(yōu)化教學手段、多樣化教學方法，并不斷改進，持續(xù)優(yōu)化。