“自動(dòng)控制原理”教學(xué)改革探究

凡時(shí)財(cái) 張季陽(yáng)

[摘 要] 該文認(rèn)為，“自動(dòng)控制原理”是國(guó)內(nèi)自動(dòng)化相關(guān)專(zhuān)業(yè)的核心課程，提高教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生學(xué)業(yè)水平可以極大促進(jìn)學(xué)科發(fā)展。針對(duì)目前在教學(xué)過(guò)程中存在的教學(xué)手段單一、學(xué)生參與度不高、學(xué)生高分低能的現(xiàn)象，該文提出了更新教學(xué)理念，完善教學(xué)目標(biāo)，建立立體化教材體系，優(yōu)化課程內(nèi)容，構(gòu)建多元化課堂教學(xué)方法，優(yōu)化評(píng)價(jià)模式等改革策略。

[關(guān)鍵詞] 自動(dòng)控制原理;課程;教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 2019年度電子科技大學(xué)第一批研究生精品課程建設(shè)項(xiàng)目（[2019]271-26）

[作者簡(jiǎn)介] 凡時(shí)財(cái)（1980—），男，重慶永川人，博士，電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事智能信息處理與控制研究;張季陽(yáng)（1997—），男，河南信陽(yáng)人，電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院博士研究生，研究方向：智能控制。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）17-0166-02 ? ?[收稿日期] 2019-12-18

針對(duì)新時(shí)代高等教育提出的“把一流本科教育建設(shè)作為雙一流建設(shè)的基礎(chǔ)任務(wù)”的要求，作為一名一線教學(xué)工作者，我們需要以社會(huì)需求和喚起學(xué)生興趣為驅(qū)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和創(chuàng)新潛力，培養(yǎng)研究型人才[1]?！白詣?dòng)控制原理”作為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課程，肩負(fù)著引領(lǐng)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的本科生了解專(zhuān)業(yè)背景、打牢基石、開(kāi)啟自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)大門(mén)的重要責(zé)任[2-3]。

經(jīng)過(guò)與兄弟院校從事自動(dòng)控制教學(xué)及研究的同行交流，目前的“自動(dòng)控制原理”教學(xué)還存在著以下不足：

1.課程大綱亟待優(yōu)化?，F(xiàn)有教學(xué)大綱大多從“自動(dòng)控制原理”課程本身的教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，制定相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)。但由于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程較多，比如現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)控制、過(guò)程控制等課程，它們相互之間存在著教學(xué)內(nèi)容方面的交叉且不同專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容具有時(shí)序關(guān)聯(lián)性，亟需從自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的角度統(tǒng)籌教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容。

2.教學(xué)手段單一。在很多高校，除了自控原理教材之外，一本參考書(shū)或者習(xí)題集就是全部的教學(xué)資料。這種單一、傳統(tǒng)的教學(xué)手段無(wú)法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，學(xué)生在自動(dòng)控制領(lǐng)域的視野也較為狹窄。

3.課堂翻轉(zhuǎn)不夠，學(xué)生參與度不高[4]。由于“自動(dòng)控制原理”課程內(nèi)容較多，任課教師需要在有限的課時(shí)內(nèi)完成教授內(nèi)容，主要精力放在了知識(shí)點(diǎn)的灌輸上，整個(gè)教學(xué)過(guò)程表現(xiàn)為教師采用ppt課件或者板書(shū)的形式不斷灌輸，學(xué)生在課堂上努力進(jìn)行課堂筆記、記錄課程的重點(diǎn)難點(diǎn)，沒(méi)有與學(xué)生形成有效互動(dòng)。教學(xué)過(guò)程缺乏學(xué)生的效果反饋，任課教師無(wú)法快速有效地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)生在課堂上的積極性也無(wú)法得到體現(xiàn)。

4.學(xué)生高分低能現(xiàn)象明顯。在期末答疑階段，即便是成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生，在課程復(fù)習(xí)時(shí)都是將精力放在每道習(xí)題的解答上，專(zhuān)注于公式的推導(dǎo)、數(shù)字的演算、結(jié)果是否與答案一致，忽視了題目本身蘊(yùn)含的實(shí)際含義，以及工程應(yīng)用中如何使用。這就造成了在指導(dǎo)學(xué)生的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，老師們經(jīng)常會(huì)遇到此類(lèi)情形：自控原理高分段的學(xué)生面對(duì)實(shí)際控制類(lèi)問(wèn)題時(shí)茫然無(wú)措，無(wú)法完成對(duì)實(shí)際問(wèn)題的建模，無(wú)法跨越從問(wèn)題描述到數(shù)學(xué)模型描述的鴻溝，即解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力較差。

針對(duì)培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容不斷修訂，學(xué)生可利用的教學(xué)資源、教學(xué)手段越來(lái)越豐富的教學(xué)現(xiàn)狀，與時(shí)俱進(jìn)地開(kāi)展課程教學(xué)方法、教學(xué)手段的優(yōu)化顯得尤為必要?；谑嗄甑囊痪€教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，筆者總結(jié)提出了以下教學(xué)改革策略與思路。

一、更新教學(xué)理念，完善教學(xué)目標(biāo)

大學(xué)教學(xué)不是以灌輸知識(shí)點(diǎn)為目的，不是以學(xué)生會(huì)做習(xí)題為目標(biāo)。我們的任務(wù)是在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)喚起好奇、激發(fā)潛能，讓學(xué)生對(duì)自己正在學(xué)的課、正在做的事感到興奮，著力培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

因此，在制定各個(gè)學(xué)科的教學(xué)體系、各門(mén)課程的教學(xué)大綱時(shí)，我們應(yīng)著眼于大局，從培養(yǎng)學(xué)生的立體化素質(zhì)出發(fā)，合理設(shè)置課程之間的前后時(shí)序關(guān)系，課程內(nèi)容的互補(bǔ)互促關(guān)系。例如，離散系統(tǒng)分析在自動(dòng)控制原理與計(jì)算機(jī)控制中均會(huì)涉及，在大綱制定過(guò)程中應(yīng)該明確兩門(mén)課程的教學(xué)重點(diǎn)，避免出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)重復(fù)講解或者知識(shí)遺漏的情況。多課程大綱的聯(lián)合制定，還可讓學(xué)生體會(huì)到課程內(nèi)容的鋪墊關(guān)系，也讓他們對(duì)后續(xù)的課程產(chǎn)生期待與設(shè)想。

二、建立立體化教材體系，優(yōu)化課程內(nèi)容

隨著現(xiàn)代化教學(xué)方式的發(fā)展，立體化教材體系對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及擴(kuò)展學(xué)習(xí)途徑具有重要意義。在“自動(dòng)控制原理”的教學(xué)過(guò)程中，可通過(guò)“一本教材、一個(gè)網(wǎng)站、多本教參、若干文章”的結(jié)合形成立體化的教材體系，便于學(xué)生按照自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和習(xí)慣進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、拓展練習(xí)以及溝通答疑。此外，在總體課時(shí)不變、重難點(diǎn)分配均衡的前提下，增加一些與工程應(yīng)用密切聯(lián)系的實(shí)際案例，以及學(xué)生特別感興趣或者正在參與的各種科技類(lèi)競(jìng)賽，如飛思卡爾智能車(chē)大賽、機(jī)器人大賽等，豐富課程內(nèi)容。提供部分難度適中的相關(guān)中英文學(xué)術(shù)文章，讓學(xué)生對(duì)自控原理相關(guān)技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)、最前沿技術(shù)有相關(guān)了解，并最終啟發(fā)一小部分學(xué)有余力且有科研潛力的學(xué)生參與到前沿技術(shù)研究中，為將來(lái)的學(xué)術(shù)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、構(gòu)建多元化的課堂教學(xué)方法

“教師善教、學(xué)生樂(lè)學(xué)”是保證教學(xué)效果的必要條件，而教師是否善于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，是否能夠采用學(xué)生喜愛(ài)的方式引導(dǎo)學(xué)生尤為重要。教師“一言堂”式的講解會(huì)導(dǎo)致學(xué)生跟不上節(jié)奏，處于被動(dòng)接受的狀態(tài)。因此，教師在課前認(rèn)真?zhèn)湔n的基礎(chǔ)上，應(yīng)首先將上次課的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要的復(fù)習(xí)，然后通過(guò)實(shí)際案例引出當(dāng)次課的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生了解本次課程的應(yīng)用場(chǎng)景。在調(diào)動(dòng)起學(xué)習(xí)興趣以后，逐漸引出知識(shí)點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生的注意力有所下降時(shí)，則通過(guò)更多的師生互動(dòng)、小測(cè)試等方式再次打開(kāi)學(xué)生的學(xué)習(xí)閘門(mén)，從而使課程在張弛有度的教學(xué)中逐步完成。

在對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行多方法講解時(shí)，例如在講解用以判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的時(shí)域法、復(fù)域法和頻域法時(shí)，可通過(guò)對(duì)比教學(xué)法讓學(xué)生掌握各種方法的基本原理，自行歸納不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍，讓學(xué)生真正成為課堂的主體。

四、優(yōu)化學(xué)生成績(jī)的評(píng)價(jià)模式

僅僅以期末考試的分?jǐn)?shù)作為是否掌握好課程知識(shí)的依據(jù)，是很多學(xué)生甚至包括一些優(yōu)等生在學(xué)習(xí)中的誤區(qū)。為了從根本上改變這種認(rèn)識(shí)，教師需要在課程成績(jī)的構(gòu)成上進(jìn)行優(yōu)化，使課程成績(jī)能夠真正反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握以及應(yīng)用能力。為此，課程組將從兩個(gè)方面開(kāi)展工作，一方面是在期末考試的題目中適當(dāng)增加應(yīng)用型及綜合型題目的比例，另一方面是通過(guò)平時(shí)作業(yè)進(jìn)行針對(duì)性的督促和引導(dǎo)。平時(shí)成績(jī)應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)能力以及對(duì)課后習(xí)題中知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，教師可通過(guò)學(xué)生在習(xí)題課上的講解思路了解學(xué)生對(duì)于知識(shí)的應(yīng)用能力。此外，對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，通過(guò)推送與知識(shí)點(diǎn)密切相關(guān)的學(xué)術(shù)文章，引導(dǎo)他們進(jìn)行學(xué)術(shù)探索，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課時(shí)具有更高的眼界與目標(biāo)。

總之，“自動(dòng)控制原理”課程是一門(mén)理論與實(shí)踐并重、教與學(xué)難度都相對(duì)較大的課程。為提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，將他們培養(yǎng)為自動(dòng)化領(lǐng)域的未來(lái)?xiàng)澚海覀冃枰ㄔO(shè)具有“高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度”的體系化、系統(tǒng)化教學(xué)手段，將學(xué)生能力的培養(yǎng)作為課程考核的主要目標(biāo)，并在教學(xué)路上潛心鉆研，努力打造學(xué)生及同行專(zhuān)家都能認(rèn)可的“金課”。

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Abstract：The course of principle of automatic control is one of the key courses of the majors related to automation in China，and it is an efficient way to promote the major development by improving the teaching quality and academic ability.There are many disadvantages in the current teaching process，for example，the teaching method is quite limited，most of the students do not participate in the class closely，and some of the students who gets high score do not understand the major of automation well.Therefore，we propose some strategies to improve the teaching results，such as，updating the teaching philosophy and teaching goal，constructing the diversified teaching materials，optimizing the course content，teaching method and evaluation mode.

Key words：principles of automatic control;courses; teaching reform