新工科背景下“自動控制原理”課程改革與實踐

摘"要：在新工科背景下，對大學生解決復雜工程問題的能力要求越來越高，因此對測控技術與儀器專業的“自動控制原理”課程開展教學改革勢在必行。在分析課程現狀的前提下，以專業培養目標為導向，針對課程教學中存在的問題，依據專業背景進行課程改革，構建了注重知識外延和工程思維能力培養的課程體系，以便更好地適應新工科背景下人才培育的需求。通過本研究，希望能夠推動“自動控制原理”課程的更新與進步，為新工科背景下的教育教學提供有益的借鑒和啟示。

關鍵詞：新工科；自動控制原理；教學改革

中圖分類號：G642.0""文獻標識碼：A

隨著我國產業結構的不斷升級以及人工智能的飛速發展，新興工科領域對高等教育提出新的挑戰和需求。為適應在新工科背景下人才培養的需求，教育領域對于培養學生的實踐能力、創新意識和綜合素質提出了更高的要求，這也給測控技術與儀器、自動化和電氣工程及其自動化等專業的基礎課——“自動控制原理”課程的教學帶來了新的挑戰和機遇。國內高校及教師在分析目前人才培養迫切需求的情況下，一致認為有必要對課程進行深入改革和調整。根據以上要求，本研究旨在以學習“自動控制原理”的學生為研究對象，探討如何在“自動控制原理”課程中融合新工科理念，以提升學生的綜合能力和實踐應用能力。研究過程中，首先，對“自動控制原理”課程的教學現狀進行全面的梳理和分析，明確存在的問題和不足。其次，將結合專業培養目標，針對這些問題提出相應的改革措施和建議，著重培養學生解決復雜工程的思維能力和創新能力，并且注重將理論知識與實際應用相結合，以期能夠為提升課程的教學質量和培養學生的綜合能力做出積極的貢獻，從而使學生更好地適應未來工業領域的發展需求。

1"“自動控制原理”課程教學現狀

隨著人工智能的快速發展，新質生產力內涵對勞動者的素質提出新要求，這為高等院校培養人才帶來新的機遇與挑戰。在新工科背景下，測控技術與儀器專業的“自動控制原理”課程面臨諸多挑戰和改革的迫切需求。

首先，“自動控制原理”課程在測控技術與儀器專業中的核心地位沒有改變，但是存在內容陳舊滯后的弊端。隨著科技的飛速發展，新的測控技術和儀器不斷涌現，但“自動控制原理”課程的內容往往無法及時反映這些新進展，尤其是經典控制理論部分，目前國內教材的內容幾十年都沒有改變，這導致課程內容與實際應用之間存在一定的脫節，影響學生掌握最新的知識和技能。

其次，“自動控制原理”課程涉及的知識領域較廣，包括數學、物理、電路等多門先修課程。在學習過程中，對先修課程掌握不理想的學生，往往會在學習過程中感到內容繁雜、難以理解，表現出綜合知識能力相對薄弱，嚴重影響對“自動控制原理”課程的深入理解和掌握。

再次，目前的“自動控制原理”課程內容建立在抽象的數學模型基礎上，無法充分反映各個行業的最新動態。而學生原本與實際工程接觸不足，不能充分理解實際工程的原理和需要，無法建立工程的數學模型，更不能利用工程思維解決工程問題，也就無法實現培養創新思維和解決復雜工程的能力。

從次，由于部分學生的學習是以考試為主要目的，加之目前實踐教學中反映最新研究成果的案例較少，導致這部分學生缺乏對“自動控制原理”課程的學習興趣和主動思考，影響教學效果，無法培養學生的綜合素養。

最后，教師授課形式需要適應新工科的需要，課程的考核方式和評價方法也需要進一步改進和完善，以便更好地適應學生的學習需求，提高學生的專業素養。

綜上所述，測控技術與儀器專業的“自動控制原理”課程需要針對存在的問題進行深入研究和改革，以提高教學質量，培養學生的綜合能力，適應新工科發展背景下的教育需求和行業要求。

2"“自動控制原理”課程改革內容與措施

針對本校測控技術與儀器專業“自動控制原理”課程的現狀，為適應新工科和新質生產力建設的需求，課程從以下幾個方面進行了改革，從而確保了教學質量和學生能力的提升。

2.1"修訂符合新工科背景下適應測控技術與儀器專業需求的課程大綱

由于不同專業對“自動控制原理”課程所需的知識、能力和素養水平存在差異，因此在課程設計中需要統籌考慮內容的深度和廣度，確保教學內容與專業需求的契合度。針對測控技術與儀器專業的特點，梳理并明確定義課程教學目標，確保教學內容涵蓋所需的技能、知識和素質培養，構建符合專業特點的課程體系。在修訂大綱時著重考慮了以下幾個方面。

分析專業特點和行業需求：在修訂個性化的課程大綱之前，深入了解測控技術與儀器專業的特點和行業發展趨勢，考慮該專業所涉及的核心技術、應用領域、行業標準以及未來發展方向，以此為基礎確定課程目標。

明確定義課程教學目標：在梳理課程目標時，明確定義教學目標，包括知識、技能和素質方面的要求。例如，除了傳授基礎的自動控制原理知識，還應該強調學生在測控領域的實際應用能力和創新能力的培養。

細化教學大綱：在修訂教學大綱時，將課程目標具體化為教學內容和教學活動。細化教學大綱，明確每個章節或單元所涵蓋的知識點、實踐操作要求，以及與行業最新發展相關的內容。確保教學大綱與課程目標緊密對應，能夠全面覆蓋學生所需的知識和能力。

融入行業最新發展動態：隨著科技的不斷進步，測控技術與儀器領域也在不斷發展和演變。因此，在修訂教學大綱時，及時融入行業內最新的發展動態和技術趨勢，如自動控制原理在測控領域的最新應用案例和技術創新，以保持課程的前沿性和實用性。

2.2"基于專業差異，重構教學內容，以適應學生的專業背景和需求

根據學生專業背景整合優勢資源，與課程理論知識點深度融合，制定具有專業特色的教學案例，幫助學生更好地理解和應用自動控制原理。例如，為測控技術與儀器專業的學生提供與實際工作相關的案例分析，幫助他們更好地理解自動控制原理在實際測控系統中的應用。

在教學過程中，根據教學內容結合測控技術與儀器專業的需求，引入相關專業案例來加強課程的實際應用性。通過結合該專業的實際案例，如傳感器控制、數據采集處理等，在課程內容中融入實際案例討論和分析，以增強學生的實際操作能力和解決問題的能力。以下是一些具體的步驟和方法。

選擇專業化教學案例：在引入專業化教學案例時，需要選擇與測控技術與儀器專業相關的案例，這些案例可以涉及傳感器控制、數據采集處理、儀器設計與調試等方面。案例應該具有一定的代表性和挑戰性，能夠激發學生的學習興趣和動力。

融入案例討論和分析：將選定的專業化教學案例融入課程內容中，通過案例討論和分析的方式引導學生深入思考和解決問題。可以組織小組討論或課堂互動，讓學生積極參與到案例分析中，培養學生應用知識和解決實際問題的能力。

引導學生實際操作：除了討論和分析案例，還可以通過實際操作來加強學生的實踐能力。例如，在實驗課或實訓課程中，安排相關專業案例的實際操作任務，讓學生親自動手完成傳感器的控制調試、數據采集處理等實驗，提升他們的實際操作技能。

激發學生的創新思維：通過引入專業化教學案例，不僅可以提高學生的實際操作能力，還可以激發他們的創新思維。通過對案例的深入分析和思考，鼓勵學生提出新的解決方案和創意設計，培養他們解決實際問題的能力和創新意識。

2.3"改革教學方法和教學手段，采用多元化教學模式提升教學質量

“自動控制原理”課程的理論性較強、內容抽象，對學生的抽象思維能力要求較高，傳統的教學方式可能存在局限性，難以激發學生的主動學習興趣，因此需要創新教學模式。在實際的教學過程中采用多元化的方式，如線上線下混合式教學模式，利用在線資源進行預習和課后復習，同時在課堂上進行案例分析、實驗操作等互動式教學，以提升學生學習的主動性和參與度。同時，可以引入虛擬仿真實驗、實際操作實驗等形式，為學生提供更多的實踐機會，提高學生的學習積極性，增強他們的動手能力和實際操作能力，培養學生的獨立思考能力和工程實踐能力。具體的方法和步驟有以下方面。

線上線下混合式教學：線上教學是利用在線教育平臺和資源，提供課前預習資料、視頻講解、在線練習等內容，幫助學生在課堂上有更好的準備。線下教學是在課堂上進行案例分析、討論和實驗操作，促進師生互動和學生之間的合作交流，激發學生的學習興趣。

引入虛擬仿真實驗：利用虛擬仿真實驗軟件或平臺，為學生提供模擬實驗的機會，讓他們在虛擬環境中進行實驗操作和數據分析。這種形式的實驗可以幫助學生理解實驗原理和操作流程，同時減少實驗設備的限制和成本。

實際操作實驗：在實驗室或工作坊中安排實際操作實驗，讓學生親自動手完成傳感器控制、數據采集處理等實驗任務。通過實際操作，學生可以更好地掌握操作技能，并將理論知識應用到實際情境中，提升他們的動手能力和實際操作能力。

個性化學習：結合線上教學平臺的個性化學習功能，根據學生的學習情況和需求，提供定制化的學習資源和輔導服務。通過個性化學習，激發學生學習的主動性和自主性，幫助他們更有效地掌握知識。

2.4"改進和完善考核方式和評價方法也是課程改革的重要環節

在教學過程中堅持“以學生為中心，以產出為導向”，做到持續改進。“自動控制原理”課程為了更好地檢驗教學目標的達成和衡量學生的學習成果，制定了科學合理的考核和評價方法，設置多樣化的評估方式，將線上學習成績、平時作業、課堂測驗、實驗報告等納入期末總評成績。此外，還可以設計針對性的學習報告要求，要求學生結合專業實際案例進行分析和解決問題，提高學生的分析和綜合能力。通過綜合考核，全面評價學生的學習情況，促進學生的全面發展。采用的具體步驟和方法有以下方面。

線上學習成績：根據線上學習平臺的記錄，綜合考慮學生在線學習的參與情況、作業完成情況以及在線考試成績等，作為總評成績的一部分。可以采用自動化評分系統對在線學習成績進行量化評估。

平時作業和課堂測驗：設計多樣化的作業和課堂小測驗，覆蓋課程重點知識和技能點，以檢測學生的理解程度和能力水平。將平時作業和課堂測驗成績計入期末總評成績，促進學生在日常學習中勤奮鉆研。

實驗報告：要求學生在實驗結束后提交實驗報告，報告內容應包括實驗目的、原理、步驟、結果分析及結論等部分。通過評價實驗報告的質量和完整度，評估學生的實驗設計能力和數據分析能力。

學習報告要求：設計一定數量的學習報告要求，要求學生結合專業實際案例進行分析和解決問題。學生需要在報告中系統性地描述案例背景、問題分析、解決方案和總結等內容，以展現其分析思維和解決問題的能力。

綜合考核方式：將線上學習成績、平時作業、課堂測驗、實驗報告和學習報告等各項成績納入期末總評成績計算。可以根據不同比重來加權計算各項成績，確保綜合性考核體系能全面、客觀地評價學生的學習情況和綜合能力。

評價與反饋：在考核結束后，及時給予學生綜合評價和反饋，幫助他們了解自己的學習狀態和提升空間。同時，根據評價結果為學生制訂個性化學習計劃，指導其在未來的學習中進一步提升綜合能力。

結語

在新工科背景下，“自動控制原理”課程的改革與實踐是教育創新的重要組成部分，不僅是對傳統教學模式的挑戰，更是對教育理念的深刻反思。本研究在分析目前“自動控制原理”課程教學中存在的問題基礎上，緊密結合行業需求與科學技術發展，立足專業人才培養目標和課程教學目標，從教學大綱、課程內容、教學方式和考核方式等方面進行了初步改革，提出基于專業案例的教學方法，強調理論與實踐的結合，有效提升了學生的學習興趣和實際操作能力。在實踐過程中，課程內容的更新與教學手段的多樣化是關鍵，通過引入前沿知識，結合實際案例分析，學生能夠更好地理解控制系統的設計與應用。同時，利用仿真軟件和實驗平臺，增強學生的實踐體驗，使其在真實的工程環境中鍛煉解決問題的能力。此外，教師的角色也發生了轉變，教師不僅是知識的傳授者，更是學生學習的引導者和支持者。通過團隊合作、討論交流等方式，教師能夠激發學生的思維，培養其批判性思維和團隊協作能力。

總之，“自動控制原理”課程的改革與實踐是一個系統工程，需要教育者、學生和行業的共同努力。只有通過多方不斷繼續探索更有效的教學方法，推動課程不斷優化，以適應快速發展的科技和日益變化的社會需求，才能培養出更多適應新工科要求的高素質人才，為國家的科技進步和經濟發展貢獻力量。

參考文獻：

［1］王艷嬌.新工科背景下“自動控制原理”課程教學改革與實踐［J］.科教導刊，2023（23）：7274.

［2］肖迪，楊世品，李麗偉.新工科與德育并重的自動控制原理教學設計［J］.中國建設教育，2022（04）：5254.

［3］吳家榮，文春明，廖義奎，等.新工科成果導向教育理念下的課程實驗教學改革：以自動控制原理課程為例［J］.中國現代教育裝備，2023（07）：99101.

［4］張允，胡議丹，李方竹，等.新工科背景下應用型本科《自動控制原理》課程改革與實踐［J］.長春工程學院學報（社會科學版），2023，24（01）：105110.

［5］黎萍，潘奇明.新工科背景下的自動控制原理課程教學改革［J］.中國現代教育裝備，2023（05）：9193+96.

［6］劉艷君，陶洪峰，劉成林，等.面向新工科的自動控制原理課程“金課”建設與實踐［J］.高教學刊，2023，9（01）：9496+101.

［7］郭海林.“新工科”背景下自動控制原理課程實驗教學模式改革［J］.造紙裝備及材料，2022，51（08）：219221.

［8］金紅嬌，羅時光，齊峰.新工科背景下“自動控制原理”教學改革研究與實踐［J］.無線互聯科技，2022，19（06）：163164.

［9］林異鳳，任家智，徐善智.新工科背景下雙語教學課程實踐探索：以自動控制原理課程為例［J］.創新創業理論研究與實踐，2022，5（03）：4446.

［10］姜曉偉.新工科背景下自動控制原理課程教學方法探索［J］.中國現代教育裝備，2022（01）：7880.

基金項目：2022年度廣東省本科高校教學質量與教學改革工程項目新工科背景下自動控制原理課程教學改革研究與實踐（752）；智能制造時代的多學科交叉新工科人才培養模式的研究與實踐（753）

作者簡介：李喜武（1971—"），男，漢族，吉林長春人，博士研究生，副教授，研究方向：載運工具智能監測與控制。