基于工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的《自動控制原理》課程教學(xué)改革研究

賴強(qiáng)

摘要：本文在著重闡述《自動控制原理》教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，順應(yīng)當(dāng)今工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的大趨勢，從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核方式三個方面提出了《自動控制原理》課程的教學(xué)改革措施，并簡要說明了其實(shí)施效果。

關(guān)鍵詞：《自動控制原理》；工程應(yīng)用型；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）40-0104-02

一、引言

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的迅猛推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)更新升級，工程應(yīng)用型人才的需求愈加迫切。2010年教育部提出“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，其目的就有緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的工程應(yīng)用型人才緊缺的問題。工程應(yīng)用型人才通常工作在生產(chǎn)的第一線，有一定的實(shí)踐積累，能夠指導(dǎo)并解決生產(chǎn)過程中的重要技術(shù)問題，同時具備設(shè)計(jì)和研制新產(chǎn)品、新工藝、新設(shè)備的綜合性能力。高等院校在培養(yǎng)人才的過程中應(yīng)與企業(yè)進(jìn)行有效對接，培養(yǎng)更多具備專業(yè)化知識結(jié)構(gòu)和實(shí)踐背景的工業(yè)化發(fā)展急需的應(yīng)用型人才。

自動控制技術(shù)作為21世紀(jì)最重要的工程技術(shù)之一，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、軍事及管理等領(lǐng)域具有極普遍的應(yīng)用。國內(nèi)目前已有200多所高校開設(shè)了自動化專業(yè)，培養(yǎng)了大量的專業(yè)人才，但自動控制領(lǐng)域中能夠應(yīng)對重要技術(shù)難題且富有創(chuàng)新性的工程應(yīng)用型人才仍然緊缺[1，2]，其原因在于現(xiàn)行的自動化人才培養(yǎng)機(jī)制比較單一，往往更注重理論知識的傳授，而忽視了工程物理背景和實(shí)踐積累，因此很有必要深入地探討自動化專業(yè)課程的教學(xué)改革，以順應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展需求。

《自動控制原理》作為自動化專業(yè)的核心課程，其教學(xué)過程和實(shí)踐將直接關(guān)系到學(xué)生對自動控制技術(shù)的認(rèn)知及能否掌握應(yīng)用更多先進(jìn)的控制技術(shù)，因此如何教授好該課程使學(xué)生對自動控制真正產(chǎn)生興趣并學(xué)有所得具有重要意義。本文將在工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的大背景下，通過綜合分析《自動控制原理》教學(xué)現(xiàn)狀，從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核方式這三個方面探索其改革舉措。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

《自動控制原理》旨在傳授自動控制系統(tǒng)建模（傳遞函數(shù)模型）、性能分析（動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能）、控制設(shè)計(jì)（PID控制、PD控制等）的基本原理和方法，使學(xué)生能夠深刻地認(rèn)識和理解自動控制的內(nèi)在機(jī)制，培養(yǎng)綜合性分析和解決問題的能力。該課程涵蓋內(nèi)容較廣，理論性極強(qiáng)，要求具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，因此教學(xué)具有一定的難度，盡管多年來國內(nèi)高校在該課程的教學(xué)上有不少有效的改革和嘗試[3-5]，但仍然存在一些較為突出的問題。

1.課堂教學(xué)太過強(qiáng)調(diào)以教師講解為主的知識傳授，方式比較單一。目前自動化專業(yè)開設(shè)的《自動控制原理》的計(jì)劃學(xué)時設(shè)置為72學(xué)時（其中8學(xué)時為實(shí)驗(yàn)），因此要在64學(xué)時之內(nèi)將該課程如此多的理論性極強(qiáng)的知識內(nèi)容有效地傳遞給學(xué)生，值得深入地思考和探究。簡單地使用以教師講解為主的教學(xué)模式，顯然無法達(dá)到理想的教學(xué)效果。一方面，不能很好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀學(xué)習(xí)動力，影響學(xué)生對知識的掌握和理解，綜合歷年的考試成績可見其弊；另一方面，教師的講解容易流于程式化，使課堂氛圍缺乏活力，難以在授課的過程中真正鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力。

2.現(xiàn)行開設(shè)的實(shí)驗(yàn)均為傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力略有不足?！蹲詣涌刂圃怼穼?shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備為模擬電路工具箱，其內(nèi)包含各種封裝好的模擬器件，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中只需要連接相應(yīng)器件即可搭建模型，經(jīng)由示波器觀察實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包含典型環(huán)節(jié)模擬、二階系統(tǒng)時域響應(yīng)、典型環(huán)節(jié)頻率特性及采樣控制系統(tǒng)分析，這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均以驗(yàn)證性為主，不具有拓展性，也無法真正鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動手能力，對于加深理解控制系統(tǒng)及其典型環(huán)節(jié)收效甚微。

3.考核基本以筆試來定，不利于學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)。《自動控制原理》考核筆試成績占比極大約為70%—90%（平時成績占比約為10%—30%），略顯僵化和片面，容易使教學(xué)模式和學(xué)習(xí)模式流于“應(yīng)試”。對一門工程背景極強(qiáng)的課程而言，該考核方式顯然不夠合理。

三、課程教學(xué)改革措施

鑒于現(xiàn)階段《自動控制原理》教學(xué)中存在的問題，本文將以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為出發(fā)點(diǎn)，提出以下幾點(diǎn)改革舉措，以便更好地鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力。

1.引入問題驅(qū)動式“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)環(huán)節(jié)。翻轉(zhuǎn)課堂本意在于靈活調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，將部分學(xué)習(xí)的決定權(quán)交付于學(xué)生，以增強(qiáng)學(xué)生的參與度，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，弱化教師的課堂教學(xué)比重。現(xiàn)階段國內(nèi)高校對“翻轉(zhuǎn)課堂”已有不少嘗試，但收效甚微，究其原因在于缺乏針對性，因此本文提出問題驅(qū)動式“翻轉(zhuǎn)課堂”，由教師提供與課程內(nèi)容相關(guān)的實(shí)際工程問題并做合理引導(dǎo)，學(xué)生進(jìn)行分組討論，指定一名學(xué)生主講討論結(jié)果，其余學(xué)生輔助講解，提交書面報(bào)告，這有助于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識分析解決問題的能力。

2.增設(shè)有針對性的“方案主導(dǎo)型”實(shí)驗(yàn)。鑒于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)太過程式化，因此本文提出增設(shè)“方案主導(dǎo)型”實(shí)驗(yàn)，即實(shí)驗(yàn)步驟、方法未知，在給定實(shí)驗(yàn)設(shè)備、要求及評價準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，學(xué)生自行構(gòu)建實(shí)驗(yàn)方案，基于所學(xué)知識合理選擇實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程。教師對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行審核、質(zhì)詢，并對實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行評估，方案的合理性直接關(guān)系實(shí)驗(yàn)效果。該方法對鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力提供了極大助力。

3.合理運(yùn)用“筆試+面試”的考核方式。運(yùn)用“筆試+面試”的雙重考核機(jī)制，能夠充分檢驗(yàn)學(xué)生的綜合能力。筆試和面試各占比50%，筆試題型可為基礎(chǔ)理論題型，亦可為結(jié)合實(shí)際背景的綜合性題型，面試內(nèi)容可以多樣化，如工程問題分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作等。筆試經(jīng)由統(tǒng)一考核，面試可有針對性的分組進(jìn)行。面試過程中教師需預(yù)先設(shè)置或征集考題，并制定詳細(xì)的評分細(xì)則。可以多人同時面試，針對同一考題在規(guī)定的時間內(nèi)自由發(fā)表觀點(diǎn)，借鑒企業(yè)“群面”經(jīng)驗(yàn)，對學(xué)生綜合考量。

四、結(jié)語

本文所提的《自動控制原理》教學(xué)改革意見已經(jīng)在實(shí)際課堂教學(xué)中有所體現(xiàn)，并取得了良好的教學(xué)效果。經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計(jì)反饋，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有了顯著提升，課堂氛圍有了明顯改善，整體教學(xué)過程得以優(yōu)化，解放了傳統(tǒng)課堂教學(xué)對學(xué)生思維的束縛，大部分學(xué)生反映這些教學(xué)嘗試更有助于啟發(fā)創(chuàng)新能力，鍛煉實(shí)踐能力及解決問題的能力，提升綜合素養(yǎng)，幫助學(xué)生在今后能夠更好地?fù)駱I(yè)、就業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔桂梅，賈玉瑛.自動化專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的改革和實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（11）：114-116.

[2]賀廉云.自動化專業(yè)本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（7）：142-144.

[3]夏靜萍，王瑛.工程專業(yè)認(rèn)證背景下的自動控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016，33（2）：159-161.

[4]劉惠敏.基于MATLAB的自動控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016，19（3）：48-52.

[5]姜素霞，鄭安平，丁莉芬.面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的自動控制原理實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016，19（1）：128-130.endprint