林異鳳 任家智 徐善智

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?自動控制原理課程是控制理論與控制工程學(xué)科的基礎(chǔ)和核心課程。為滿足新工科和應(yīng)用型本科建設(shè)要求，我們在教學(xué)中創(chuàng)新工程教育方式與手段，對該課程試行教學(xué)改革與創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生專業(yè)知識的掌握和創(chuàng)新能力的提升，在課程建設(shè)的各環(huán)節(jié)進(jìn)行了探索與總結(jié)，取得了不錯的效果。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?自動控制原理;新工科;教學(xué)改革

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號] ?2096-0603（2022）03-0061-03

山西能源學(xué)院是一所“以工為主，能源見長”的應(yīng)用型本科院校。為了培養(yǎng)滿足國家和地方發(fā)展需要的高素質(zhì)人才，學(xué)院鼓勵教師樹立教育新理念、創(chuàng)新教學(xué)新方式、提高課程教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和跨界整合能力的新工科人才。自動控制原理課程教學(xué)組在教學(xué)過程中針對課程進(jìn)行教學(xué)改革和創(chuàng)新以及課程建設(shè)的實踐和探索，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。在課程教學(xué)改革與實踐探索中，依據(jù)社會需求修訂人才培養(yǎng)方案，根據(jù)技術(shù)發(fā)展改進(jìn)課程內(nèi)容，遵從學(xué)生愛好改變教學(xué)方法，課程教學(xué)效果大幅提高，學(xué)生的理論水平和實踐能力得到較大提升。

一、教學(xué)改革的必要性

（一）課程性質(zhì)及特點

自動控制原理是電氣類、自動化類以及智能控制類等本科專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，該課程側(cè)重從理論角度闡述自動控制領(lǐng)域的基本概念和基本規(guī)律，理論性較強，計算量大，對學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)知識要求較高，且內(nèi)容比較抽象，學(xué)生理解比較困難。

（二）課程改革前教學(xué)狀況

自動控制原理課程以往的教學(xué)方式是以教師講授為主，教師講，學(xué)生聽，教師作為教學(xué)主體，依據(jù)教學(xué)大綱機械式完成教學(xué)，不能結(jié)合本校學(xué)生的基礎(chǔ)知識水平和差異，導(dǎo)致學(xué)生由興趣較高到聽課困難再到學(xué)不會直至完全失去學(xué)習(xí)興趣;教師也因為教不會而失去信心，教學(xué)陷入“學(xué)生難學(xué)、教師難教”的死胡同。由于課時量少，理論講解深度和寬度有限，學(xué)生幾乎沒有實踐機會，也沒有實踐的興趣，導(dǎo)致教學(xué)效果很不理想。

（三）教學(xué)改革的主導(dǎo)思想和目標(biāo)

2017年，教育部提出新工科建設(shè)的愿景與行動，倡導(dǎo)高校運用新工科建設(shè)模式，主動適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建成工程教育強國，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢奠定堅實的基礎(chǔ)。為此，自動控制原理課程組致力于課程教學(xué)改革，并進(jìn)行大膽的實踐探索。

在課程教學(xué)改革實踐中，我們以實際工程應(yīng)用需求為導(dǎo)向，以建設(shè)精品課程為目標(biāo)，以學(xué)生為中心，改變教學(xué)理念，將學(xué)生作為主體開展教學(xué)工作。在理論教學(xué)基礎(chǔ)上加大工程應(yīng)用案例講解，加強實踐能力訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理論知識與實踐能力并重、創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力共同發(fā)展，通過課程思政、雙語教學(xué)等方式，實現(xiàn)“立德樹人”總引領(lǐng)，樹立學(xué)生的家國情懷、民族自豪感和自信心，培養(yǎng)思想導(dǎo)向正確、致力于國家建設(shè)與國際交流的應(yīng)用型人才。

二、課程改革實踐

（一）建設(shè)控制理論課程體系

自動控制原理是控制理論的基礎(chǔ)課程，它的研究對象是過程控制系統(tǒng)中被控對象的輸出模擬信號的實時檢測與控制，課程涉及的學(xué)科內(nèi)容多、知識面廣，我們通過厘清各專業(yè)課程同自動控制原理課程的關(guān)系，以服務(wù)專業(yè)課程為目標(biāo)，建立應(yīng)用任務(wù)模塊，做到課程高度服務(wù)于專業(yè)建設(shè)。結(jié)合學(xué)生就業(yè)及升學(xué)需求，在人才培養(yǎng)方案中完善先修及后續(xù)課程，增加了傳感器與檢測技術(shù)、信號與系統(tǒng)等課程，建立了完整的控制理論課程體系，并且合理規(guī)劃課時，做到教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)程符合新工科培養(yǎng)目標(biāo)。

（二）完善教學(xué)資源

1.編寫教改課程大綱，制作教改課件。編寫教改的課程大綱，充分體現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)特色需求。制作滿足課程特色要求的理論和實驗教學(xué)課件，建立線上教學(xué)資源庫，收集課程知識的應(yīng)用科普視頻及趣味鏈接，讓學(xué)生充分享受趣用結(jié)合的翻轉(zhuǎn)體驗。

2.設(shè)立應(yīng)用任務(wù)目標(biāo)，編寫實驗教學(xué)大綱和實驗指導(dǎo)書。編寫與各類專業(yè)相關(guān)的設(shè)計性、綜合性和探索性實驗大綱和教學(xué)指導(dǎo)書，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。在保留一些傳統(tǒng)實驗的基礎(chǔ)上，增加MATLAB軟件仿真實驗，加強學(xué)生對課程理論知識的掌握，提高學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力。

3.充實與完善試題庫，完善考核模式。建立章節(jié)練習(xí)題和試題庫，庫內(nèi)資料滿足教學(xué)大綱及研究生入學(xué)考試水平要求，開發(fā)試題庫管理及試卷生成系統(tǒng)?？己酥胁晃荚嚦煽冋?，綜合考查學(xué)生的教學(xué)參與程度、實驗動手能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

4.建設(shè)教師團(tuán)隊。課程負(fù)責(zé)人牽頭建立教學(xué)團(tuán)隊，承擔(dān)教師的培養(yǎng)和考核任務(wù)。鼓勵教師參加各種形式的教學(xué)交流活動，課程組經(jīng)常進(jìn)行教學(xué)研討，通過定期聽課促進(jìn)教師業(yè)務(wù)水平提高。教學(xué)團(tuán)隊實行出入制度，對于不能滿足教學(xué)目標(biāo)的教師實行淘汰制。

（三）革新教學(xué)方式

1.學(xué)生成為教學(xué)主體。自動控制原理課程知識覆蓋面廣、內(nèi)容多、更新發(fā)展快，理論性和應(yīng)用性都很強，具有相當(dāng)?shù)纳疃群碗y度，且內(nèi)容比較抽象、邏輯性強、概念多、概念間的差別小，導(dǎo)致學(xué)生理解比較困難、概念容易混淆。因此，我們在教學(xué)中要求學(xué)生必須在課前參加網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)，在課堂上的任務(wù)主要是交流和討論，提出問題并得到教師的解答。教師的任務(wù)是幫助學(xué)生理清課程的脈絡(luò)，講解課程的重點和難點，鼓勵學(xué)生參與到教學(xué)活動中，讓學(xué)生認(rèn)識到課堂的主角是自己。這個過程有別于目前盛行的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，每堂課都要求全員參與課程討論，學(xué)生的參與度作為平時成績考核的依據(jù)并且有較大占比。

2.教師成為知識的引路人，而不是灌輸者。本課程的顯著特點是脈絡(luò)清晰、邏輯緊密，課程教學(xué)設(shè)計緊緊圍繞這一特點開展，從課程整體框架、章節(jié)之間的銜接，直至每一次課堂內(nèi)容設(shè)計。教師在首次課程概述講解中要帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行課程知識“骨架”搭建、脈絡(luò)梳理，在每個章節(jié)的學(xué)習(xí)中都要緊緊圍繞這個脈絡(luò)進(jìn)行闡述，讓學(xué)生明確為什么學(xué)、學(xué)什么、如何學(xué)。教師是學(xué)生思路的引領(lǐng)人，學(xué)生是思考的主體。教師的職責(zé)是讓學(xué)生參與到教學(xué)中，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生通過獨立思考、團(tuán)隊討論來自主解決問題。

3.引入工程案例教學(xué)。教師在章節(jié)課程開始時設(shè)計工程應(yīng)用案例，提出設(shè)計要求，教學(xué)過程圍繞工程案例展開。教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)生動、具體、直觀，有身臨其境之感，易于學(xué)習(xí)和理解。課堂上，教師引導(dǎo)學(xué)生思考、組織討論研究，進(jìn)行總結(jié)、歸納，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。學(xué)生在課堂上再也不是忙于記筆記，而是共同探討問題。由于調(diào)動集體的智慧和力量，容易開闊思路，收到良好的效果。

4.建立線上線下共享課程。為解決學(xué)生課后學(xué)習(xí)中的困惑，課程組教師精心設(shè)計課程，錄制完整的教學(xué)視頻并建立網(wǎng)上課程與學(xué)生共享，學(xué)生可以根據(jù)需求反復(fù)聽課。課程組教師針對每個專業(yè)和年級建立課程學(xué)習(xí)討論微信群，學(xué)生可以在群內(nèi)提出問題、參與討論問題，教師隨時為學(xué)生答疑解惑，利用信息化手段將課堂延伸至任何時間和地點。

5.課程思政建設(shè)。立足“立德樹人”根本任務(wù)，將德育元素融入專業(yè)課程教學(xué)中，實現(xiàn)全課程育人。教師在教學(xué)中提煉專業(yè)課程蘊含的文化基因和價值范式，將其轉(zhuǎn)化為社會主義核心價值觀具體化、生動化的有效教學(xué)載體，在“潤物細(xì)無聲”的知識學(xué)習(xí)中融入理想信念層面的精神指引。課程加入“中國元素”，以“科技強國”“軍事強國”為課程改革重要內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)歸屬感、民族自豪感，使學(xué)生成為熱愛祖國、甘愿為祖國奉獻(xiàn)的新時代社會主義建設(shè)者[1]。

（四）創(chuàng)新實驗實踐

建立實驗教學(xué)資源庫，優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容。依據(jù)自動控制原理課程教學(xué)內(nèi)容，從改革和完善實驗教學(xué)大綱入手，在實驗設(shè)計中綜合考慮知識的難點和重點，在傳統(tǒng)的模擬實驗的基礎(chǔ)上增加軟件仿真實驗，在驗證性實驗的基礎(chǔ)上，增加設(shè)計性實驗和綜合性實驗，以促進(jìn)學(xué)生對課程知識的理解和應(yīng)用[2]。

例如，在根軌跡分析法驗證實驗中，通過增加零極點引起的根軌跡變化，理解零點和極點的介入對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響以及零點和極點的位置不同，導(dǎo)致對系統(tǒng)性能影響的大小不同，由此加深學(xué)生對PID控制器的理解。在此基礎(chǔ)上，教師提出設(shè)計性要求（例如，設(shè)計一個超調(diào)量不大于10%的蓄水箱控制系統(tǒng)），學(xué)生依據(jù)要求進(jìn)行實驗方案設(shè)計并通過實驗結(jié)果完成校驗。通過驗證型實驗到設(shè)計型實驗的訓(xùn)練，提升了學(xué)生的綜合思維能力和創(chuàng)新能力，并由此引導(dǎo)學(xué)生開展綜合型實驗。學(xué)生利用涉及本課程的綜合知識或與本課程相關(guān)的課程知識，獨立思考和完成課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計，或參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等國家級競賽，調(diào)動學(xué)生勇于探索、勇于創(chuàng)新的積極性，最大限度地滿足學(xué)生的求知欲和不斷創(chuàng)新的精神，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

三、課程教學(xué)改革特色及效果

自動控制原理課程教學(xué)改革試行三年來，形成了“學(xué)、驗、用、研”各環(huán)節(jié)均具創(chuàng)新特色的課程。

（一）與專業(yè)課程相結(jié)合

構(gòu)建與專業(yè)課程相結(jié)合的課程理論和實踐教學(xué)案例，實現(xiàn)自動控制原理課程與其他專業(yè)課程的緊密結(jié)合，使課程教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生專業(yè)知識結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，不僅能夠降低課程學(xué)習(xí)難度、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能加強各專業(yè)課程間的聯(lián)系，有利于學(xué)生專業(yè)知識體系的構(gòu)建和知識綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

（二）與仿真技術(shù)相結(jié)合

隨著多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，為MATLAB仿真技術(shù)進(jìn)入自動控制原理理論課堂教學(xué)創(chuàng)造了條件，通過MATLAB仿真技術(shù)對自動控制原理教學(xué)內(nèi)容的圖形、圖像化展示，增強學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的直觀理解，不僅能提升教學(xué)效果，而且能讓學(xué)生掌握計算機仿真分析軟件的使用方法[3]。

（三）與學(xué)生競賽相結(jié)合

自動控制原理課程是電氣類學(xué)科競賽的核心課程，在全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生智能車競賽等都有重要的應(yīng)用。我們將各類大學(xué)生競賽項目中的自動控制案例滲透在課程教學(xué)各環(huán)節(jié)中，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極參加各類學(xué)科競賽，增強理論知識綜合應(yīng)用能力。系部專門為學(xué)生開辟了學(xué)生創(chuàng)新實踐實驗室，配備了實驗儀器和設(shè)備，為學(xué)生課外實踐提供支持，同時，專業(yè)教師在課題選擇、方案確認(rèn)、實現(xiàn)路徑等各方面與學(xué)生研討，學(xué)生解決問題的積極性得到提高，業(yè)余時間在實驗室做科研項目的人越來越多，在國家級和省級學(xué)科競賽中取得了多項成果。

（四）與教師科研相結(jié)合

教學(xué)和科研相輔相成，將教師科研相關(guān)內(nèi)容納入自動控制原理課程教學(xué)過程中，讓學(xué)生了解控制理論的應(yīng)用。例如，在某逆變器LCL濾波器設(shè)計課題研究中，由于LCL濾波器具有三階特性，易引起系統(tǒng)諧振，我們采用雙環(huán)或多環(huán)負(fù)反饋對控制系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，對控制系統(tǒng)降低階次，從而避免了諧振，同時提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度[4]。通過這個項目的研究，拓寬學(xué)生的科學(xué)視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的求知欲望。

通過自動控制原理課程教學(xué)改革，學(xué)生對該課程的興趣大增，在學(xué)習(xí)中善溝通、會協(xié)作，具備了自主學(xué)習(xí)的信心和積極性，開拓了創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力，學(xué)生在教務(wù)系統(tǒng)中對課程和教師的評價優(yōu)秀率達(dá)93%以上。在近幾年的全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生智能車競賽、大學(xué)生“互聯(lián)網(wǎng)+”、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等都有獎項斬獲。同時學(xué)生在考研專業(yè)課自動控制原理考試中成績突出，2016級15名考研學(xué)生專業(yè)課平均成績達(dá)116分，2017級23名考研學(xué)生專業(yè)課平均成績達(dá)118分。

在自動控制原理課程教學(xué)改革實踐中，課程組教師的專業(yè)知識水平和授課能力得到顯著提高，在參加省級和校內(nèi)中青年教師賽講、全國教師創(chuàng)新教學(xué)大賽及教科研工作中都有許多收獲。2020年，課程組成員共發(fā)表論文10篇，省級和院級科研項目2項，同時自動控制原理課程被評為院級教改項目和精品課程。

四、結(jié)語

自動控制原理課程教學(xué)改革取得了一定的成績，得到了學(xué)校及學(xué)生的認(rèn)可，但是距離國家對新工科教育理念的要求還有距離，尤其對催生新技術(shù)和孕育新產(chǎn)業(yè)的研究還未深入涉及。因此，課程組將繼續(xù)積極嘗試通過課程教學(xué)改革與實踐，培養(yǎng)和造就引領(lǐng)未來技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力支持和人才保障，為增強學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力做出積極的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]戚靜.高校課程思政協(xié)同創(chuàng)新研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2020.

[2]王建輝，徐林，顧樹生.自動控制原理實驗教學(xué)的改革[J].實驗室研究與探索，2005（S1）：192-195.

[3]趙靜.基于自動控制原理的教學(xué)改革實踐探究[J].中國成人教育，2011（17）：147-148.

[4]趙晉斌，張元吉，屈克慶，等.單相LCL并網(wǎng)逆變器控制策略綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報，2013，28（10）：134-142.

◎編輯 鄭曉燕