專業(yè)基礎課在工科應用型人才培養(yǎng)上的教學方法探索

丁肇紅　陳嵐　葉銀忠　蔣文萍

摘 要 本文結合電氣類專業(yè)特點和應用型本科人才培養(yǎng)的要求，對專業(yè)基礎課如何提高教學效果、培養(yǎng)學生的應用性能力，提出了一些切實可行的教學方法。

關鍵詞 專業(yè)基礎課 工程案例教學法 開放性實踐教學法

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.02.042

Abstract In this paper， combined with specialty requirements for electrical characteristics and application-oriented personnel training， basic course on how to improve teaching effectiveness， students of applied sexuality， made a number of practical teaching methods.

Key words basic professional course； engineering case teaching methods； open practice teaching methods

針對我校適應新的高等工程教育發(fā)展形勢，提高應用型本科教育，怎樣培養(yǎng)創(chuàng)新應用型人才就顯得特別重要。當今理論與實踐相脫節(jié)的情況還比較嚴重，在應用型人才培養(yǎng)過程中必須強調理論與實踐相結合，學生綜合運用所學專業(yè)基礎知識解決工程中的實際問題能力還有待提高。在基礎專業(yè)教學過程中，為了培養(yǎng)適合社會和企業(yè)需求的應用型人才，應該緊密結合專業(yè)應用行業(yè)的特色，注重學生的工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)。本文結合我校電氣類專業(yè)特點和人才培養(yǎng)的要求，把電氣類應用型本科人才培養(yǎng)重點放在“應用”，如何解決專業(yè)基礎課在培養(yǎng)工科應用型技術創(chuàng)新人才上的教學研究起著關鍵的作用。

1 專業(yè)基礎課教學的現(xiàn)狀

電路、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、自動控制原理等專業(yè)基礎課既是電類專業(yè)大平臺課程又是電氣工程及其自動化專業(yè)卓越計劃的核心課程。一是專業(yè)基礎課的本科大學傳統(tǒng)教學方法過于強調理論知識而忽視了實踐性知識，現(xiàn)有的理論教材上也缺少時代工程實例與理論的結合。二是學生對專業(yè)理論課程的掌握往往只停留在單個知識點上，綜合應用能力得不到鍛煉。三是教學的時效性不強。

針對上述問題，本文研究適合新時代的工程教學案例教學方法和開放性實踐教學方法，真正把工程案例教學貫穿于整個教學中，在授課過程中，把工程案例與理論知識結合起來，把開放性實踐與理論知識點相結合，作為專業(yè)基礎課教學改革的新方向，實現(xiàn)教育部和學校提出的應用技術類本科高校的教學改革培養(yǎng)計劃。

2 工程應用案例教學法研究

2.1 工程案例教學方法內涵

專業(yè)基礎課的知識點內容繁雜，很多學生學起來茫無頭緒。工程案例教學的內涵就是：在教學中從實際的工程例子入手，結合課程內容再把工程應用上升到理論知識點。例如在自動控制原課程，其在工科基礎課中屬于理論性很強的專業(yè)基礎課。它是用抽象的數(shù)學語言描述、分析控制系統(tǒng)和控制過程，涉及到一些理論推導，相對比較抽象，是一門既有理論深度和實踐難度的課程。大部分學生在學習自控理論時，雖然學習了自控原理的思想，但不能用這些理論去解決實際的問題。自動控制原理授課之初先提出一個實際控制系統(tǒng)的工程項目實例，任課教師到自動化企業(yè)獲取實際控制系統(tǒng)有關圖紙，設計說明書等或教師的科研項目，以實際控制系統(tǒng)應用案例為主線，貫穿課程的數(shù)學模型、系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設計等所有內容，使學生對自動控制系統(tǒng)有一個整體的概念，授課過程中始終圍繞這個工程實例展開理論知識點。

2.2 工程案例教學的內容探索

所謂工程案例教學的內容探索就是從淺入深的方式，結合工程中遇到問題實例，討論挖掘專業(yè)基礎課的各種原理在工程中的實際應用。對這些實際應用可以采用問答式和啟發(fā)式結合教學，正面啟發(fā)引導學生思考問題，鍛煉學生分析實際問題能力，從而培養(yǎng)學生探索專業(yè)知識在工科領域的創(chuàng)新點，而對于學生們不熟悉的專業(yè)知識內容，還是以常規(guī)教學方法教師講解為主。下面以自動控制原理專業(yè)基礎課展開。

第一階段即是對緒論的闡述。自控課堂教學的第一課緒論部分，對工科學生學習自控知識在工程興趣上的培養(yǎng)具有不可低估的作用。讓學生首先從日常生活中去尋找它們，如家里的洗衣機、電飯煲、冰箱、高樓水箱、商場里的電梯控制等。老師可以利用多媒體技術形象直觀地展示本課程在當今科技發(fā)展中的巨大作用，播放視頻及圖片，如磁懸浮列車，機器人控制、宇宙航行、導航控制、無人機自主飛行控制等，通過生動的實例，將本課程的發(fā)展方向和現(xiàn)實存在的難點及瓶頸展示給學生，從而引導學生渴望探求新知識新想法的欲望。

第二階段即為針對上述緒論中的工程案例中引出控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立，給學生們布置幾個實例分析的作業(yè)。如讓學生分組查找水箱系統(tǒng)、磁懸浮系統(tǒng)和移動機器人控制系統(tǒng)的案例，通過建立水箱、磁懸浮系統(tǒng)和移動機器人的數(shù)學模型，學生們不僅學會了應用微分方程和傳遞函數(shù)的知識，而且概括了將具體的物理系統(tǒng)如何通過定量的換算總結為一般規(guī)律的數(shù)學描述，充分體現(xiàn)了學生分析實際物理對象，建立實際物理對象數(shù)學模型的一種方法。這種分析能力的建立，對工科應用型的能力培養(yǎng)具有重要的作用。

第三階段針對第二階段工程案例的數(shù)學模型建立，引入控制系統(tǒng)性能分析的案例教學，從時域法、根軌跡法和頻域法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性和快速性。第三階段是自控分析方法的三大分析方法，是一個很重要的階段，一方面注意引導學生掌握幾個基本組成的典型環(huán)節(jié)特性，另一方面啟發(fā)學生們對控制系統(tǒng)進行時域、根軌跡、頻域的分析，使系統(tǒng)達到大多數(shù)品質指標的要求。在單位階躍信號的激勵下，分別驗證前面水箱、磁懸浮系統(tǒng)和移動機器人的三個工程案例穩(wěn)定性的性能，分組討論，性能指標達不到要求，為下一階段的課程學習做鋪墊。

第四階段是在控制系統(tǒng)三大分析講授完畢后，對系統(tǒng)的工程案例分析進行綜合，性能指標達不到要求，進行重新設計控制器，這樣訓練學生系統(tǒng)綜合應用的能力。為了完成一個控制系統(tǒng)的綜合設計最重要的一步便是對系統(tǒng)性能指標進行分析。首先要對控制系統(tǒng)的組成做一個比較全面的分析和判斷，理解這些系統(tǒng)的每個部件的作用和組成環(huán)節(jié)的必要性。例如上述在系統(tǒng)物理建模這一部分已經得到了磁懸浮系統(tǒng)的模型，利用MATLAB工具對已經得到的系統(tǒng)模型進行一些特性分析，為設計控制器提供理論指導。通過磁懸浮系統(tǒng)性能分析，可以知道系統(tǒng)本身開環(huán)是不穩(wěn)定的，因此添加控制器使系統(tǒng)穩(wěn)定且滿足快速性和穩(wěn)態(tài)誤差的性能指標。其次對于涉及磁懸浮控制系統(tǒng)中的部分部件、執(zhí)行機構或測量機構及控制環(huán)節(jié)可能學生們并不清楚，老師應進行介紹，給出相關環(huán)節(jié)的功能介紹及導出其傳遞函數(shù)，目的對系統(tǒng)進行全面分析。最好的案例分析是將學生帶入工程的現(xiàn)場，通過現(xiàn)場講解和分析討論，將工程實例分析由淺入深、由概念到工程、由知識到能力，逐步加深對自動控制原理數(shù)學建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合的理解和案例逐步應用。

2.3 工程案例教學法特色

案例教學法主要是提高學生對理論知識的理解和應用能力，提高和培養(yǎng)學生對案例的分析、總結、概括的能力。工程案例教學法首先是一種以案例為基礎，對案例進行討論、批判的過程。在討論和批判的過程中，引出學生的思考，并吸引學生自助查閱相關文獻、資料，學生在學習的過程中既培養(yǎng)了自主分析問題的能力，也提高了學習的積極性、提高了學習的自信心，并且能對理論知識有一個更加具體的認識。在學習的過程中，學生不可避免地會產生一些錯誤，而學習的本質在于形成一定的關聯(lián)，而一定的關聯(lián)要通過反復地嘗試和出錯中建立，并通過老師的引導，實現(xiàn)實踐與理論知識的相互聯(lián)系。

3 開放性實踐教學方法研究

3.1 強化“應用型”的教育理念

開放性實踐教學環(huán)節(jié)是課堂理論教學如何應用和鞏固的重要環(huán)節(jié)和必須手段之一，也是發(fā)揮學生創(chuàng)造性思維的重要途徑之一，是在認知性和理論性上進行更高層層次的實踐活動，目的在吸收課堂理論教學內容，提高學生動手能力。開放式實踐教學必須調整專業(yè)基礎課程方向、專業(yè)知識結構分布、更新理論教學內容、提高實踐教學環(huán)節(jié)、改革教學方法和教學手段。開放式實踐教學要突出體現(xiàn)學生的主觀能動性。為了強化“應用型”的教育理念，必須合理調整實踐教學內容，提升大學生創(chuàng)新能力。要求轉變教師上課的角色，把老師從常規(guī)實驗教學以講解實驗知識點，課堂驗證實驗為主，轉變成以策劃、引導、管理、監(jiān)控和評估開放式實踐內容為主，把教師“從課上的主角轉變?yōu)檎n下的導師”；倡導學生主動性學習，通過逐漸開放專業(yè)實驗室和課程網(wǎng)絡教學資源，吸引學生利用課外時間進入實驗室開展案例工程實踐活動，使學生熱愛進入創(chuàng)新實踐基地，在與同學參與實踐的過程中不斷挖掘學習潛能和同學們合作精神，通過這樣的 “應用型”教學，也提高教師的教學效率和實踐教學指導效果。

3.2 開放性實踐教學內容實施

重視以學生為主體的“理論與實踐的緊密結合”，研究如何指引學生邊學邊動手，以“做”促“學”，在“學和做”交替循環(huán)的氛圍中進行。以自動控制原理為例展開，在前面的工程案例教學中，提出了磁浮列車這個工程案例，通過案例的教學，學生查找了資料，建立了數(shù)學模型，利用MATLAB軟件分析了系統(tǒng)的性能，同時也設計了控制器。然而學生如何操作完成整個工程案例，靠課堂的教學是無法完美完成的，這樣就要求同時開放學校的實驗室，讓學生課外時間以小組的形式進入實驗室，老師有時間再加以指導，學生有問題隨時和教師見面或在網(wǎng)絡上溝通。從第一節(jié)課緒論開始，學生就自主地參與到案例教學和開放式實踐教學中，而不是完全的理論教學內容。這種理論和實踐的結合在教學的大部分內容中都參雜在其中，有利于激發(fā)學生的學習興趣。因此構建由“工程案例訓練到實踐能力訓練再到綜合創(chuàng)新能力訓練”的理論教學與實踐教學緊密結合的開放式實踐教學體系和案例教學體系顯得很有必要。

4 總結

本教學模式的探索形成了以“基本理論、基礎實踐為基礎，課堂案例教學為支撐，開放式實踐為依托，科技訓練為為拓展”的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，以培養(yǎng)具有理論基礎扎實和較強應用技能為目標的工程應用型創(chuàng)新人才。解決了常規(guī)實踐教學的層面轉變到開放式實踐教學中的關鍵問題，大大提高了學生的實際動手能力。

論文項目資助號：10110T151026上海應用技術學院教學改革項目

參考文獻

[1] 劉文文，張輝.自動控制原理教學改革進程的實踐[J].中國教育導刊，2006（5）.

[2] 吳曉蓓.“自動控制原理”課程講授的幾個要點[J].中國大學教育，2005（9）.

[3] 張志剛，殷科生.加強應用型高校大學生科研能力培養(yǎng)的探索[J].當代教育論壇（上半月刊），2011（1）：50-51.