“自動控制原理”一流本科課程教學改革初探與實踐

周振超，張 岳

(遼寧科技學院 電氣與信息工程學院，遼寧 本溪 117004)

教育部頒布《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》[1]，隨著“新工科”概念的提出，各種新工科研究與實踐的項目如同雨后春筍般應運而生，全社會也對“新工科”人才培養(yǎng)模式和高校的卓越計劃教育都提出了很高的要求，應用型人才培養(yǎng)成為了地方高校轉(zhuǎn)型的新目標[2]。依據(jù)教育部實施一流課程“雙萬計劃”建設，基于新工科“智能互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，教育部要求教師打造有高度性、挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性的“金課”[3]。

以遼寧科技學院“自動控制原理”為例，打造一流線下課程“金課”，以滿足產(chǎn)業(yè)升級對人才培養(yǎng)的需求?！白詣涌刂圃怼笔亲詣踊?、機器人、電氣工程及其自動化、電子信息等專業(yè)必修的專業(yè)基礎課程之一。通過本門課程的學習，使學生掌握經(jīng)典控制理論的基本知識、原理和方法，并具備對簡單系統(tǒng)進行定性分析、定量估算、系統(tǒng)校正和動態(tài)仿真的能力，為后續(xù)專業(yè)課的學習和參加控制工程實踐打下堅實的基礎。本課程屬于控制電氣類專業(yè)基礎課，與“電工技術”、“電子技術”、“控制工程數(shù)學基礎”、“拖動基礎”和“變頻器原理及應用”等聯(lián)系緊密，相輔相成，是其后續(xù)課程“現(xiàn)代控制理論”、“計算機控制技術”、“過程控制系統(tǒng)”和“自動控制系統(tǒng)”的基礎。

1 “自動控制原理”的課程特點

“自動控制原理”是自動化、機器人、電氣工程及其自動化、電子信息等專業(yè)必修的專業(yè)基礎課程之一。從2013年開始實施應用型課程建設，培養(yǎng)學生運用所學數(shù)理知識分析問題的能力，鍛煉學生基于科學原理采用科學方法對工程實際問題進行研究以提高實踐能力和獨立解決問題的能力。其課程目標符合電氣控制類專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，與畢業(yè)要求中工程知識、問題分析、設計/開發(fā)解決方案、研究能力以及使用現(xiàn)代工具的對接等幾大能力強相關，對目標和要求的實現(xiàn)具有極大的促進作用。

2 打造“自動控制原理”一流本科課程的教學實踐

2.1 課程思政元素和融入點

依據(jù)教學目標和育人目標，授課教師對“自動控制原理”的教學內(nèi)容進行了深入的挖掘和設計，幾乎覆蓋了每節(jié)內(nèi)容，循循善誘地實現(xiàn)了思想政治教育。

第1章緒論中介紹自動控制的發(fā)展史時，講解自動化之父錢學森事跡，引導學生弘揚其刻苦勤奮的學習精神、克服困難精神、創(chuàng)新精神、自強不息精神以及其爭取祖國強大而獻身報效祖國的愛國主義精神，激勵學生為實現(xiàn)中華民族偉大復興去貢獻一份力量，實現(xiàn)自己的人生價值。課后讓學生觀看錢學森視頻影片，提交小論文。第2章講授負反饋控制系統(tǒng)各組成部分功能特點及結(jié)構(gòu)圖化簡，使學生理解只有各組成部分各司其職、愛崗敬業(yè)、團結(jié)一致，才能使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。通過講述正反饋原理，借助孟母斷織、蘇武牧羊故事等引導學生弘揚正能量，弘揚傳統(tǒng)文化，弘揚傳統(tǒng)美德。課后要求學生給老師提意見，老師不斷地更新教學內(nèi)容和教學方式，不斷地進行教學反思，形成閉環(huán)。第3章講時域分析中穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析與計算、減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法時，引申出國家穩(wěn)定、民族團結(jié)、校園穩(wěn)定為根本的愛國主義精神，我們應該承擔什么樣的責任。只有國家穩(wěn)定了，社會穩(wěn)定了，我們才能安心學習，才能有精力進行五個文明建設，才能建設美麗校園，才能有條件建設美好家園，才能構(gòu)建和諧社會；家庭穩(wěn)定了，我們才能安居樂業(yè)，人們才能有幸福感。課后班主任以班會形式強調(diào)班風、學風，形成每名學生都參與的良好局面。第4章講到用根軌跡分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過根軌跡圖分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性和快速性性能時，引申出我們解決問題要抓關鍵點和主要因素。引導大學生要早確定好目標，早做準備，為自己的目標努力奮斗。機會是留給有準備的人，擼起袖子加油干，把握好人生的關鍵節(jié)點，讓自己的人生綻放光彩。課后采用調(diào)研的方式或?qū)W校網(wǎng)站了解我校20個優(yōu)秀大學生的成長軌跡，找出自己的榜樣，以此促進學生思考，進而有意識的模仿，達到促使他們成長的目的。課后要求每名同學提交一份500字以上的職業(yè)規(guī)劃。第5章通過講授頻率域中的低頻段、中頻段和高頻段對系統(tǒng)影響時，引申出人生的每個階段都有不同的使命，都有不同的目標。國家發(fā)展、公司發(fā)展和學校發(fā)展都有自身的階段性，即規(guī)劃目標。引導學生要有規(guī)劃意識，為不同階段規(guī)劃好階段目標，有了目標才有努力奮斗的方向。正如俗話說的“兵馬未動,糧草先行”，所以要做好充分準備，應對突發(fā)性和不確定性。通過課堂討論和學生的職業(yè)規(guī)劃，了解學生在大三和大四以及今后的生活和工作目標，并適時進行一定的引導和點評。第6章通過講解線性系統(tǒng)的校正時，借用中國古話“士別三日，當刮目相看”引導學生用發(fā)展的眼光看問題。發(fā)揚老一輩終身學習的良好風尚，做到與時俱進，始終擁有先進的理念和較高的職業(yè)素養(yǎng)。

2.2 課前和課后思維導圖的應用

思維導圖是表達發(fā)散性思維的有效工具 ，它簡單有效，是一種實用性的思維工具[6]。思維導圖的應用把教學設計、教學思路、教學內(nèi)容和教學目標有機地融合在一起，使課堂的立體化教學一目了然地呈現(xiàn)給學生[6]，也有利于學生對知識點的掌握和復習。圖1為教師設計的時域分析思維導圖。圖2為學生設計的時域分析思維導圖。學生每學完一章需提交一份章節(jié)思維導圖。

圖1 教師設計的時域分析思維導圖

2.3 通過跨校修讀學分實現(xiàn)教師在線互聘

“自動控制原理”課程，集東北大學、大連交通大學、遼寧工業(yè)大學和遼寧科技學院四所高校之力，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)師資資源共享、優(yōu)勢互補、互利共贏，是提高辦學質(zhì)量的重要舉措，是一項推動高等教育發(fā)展的方向性和基礎性工作。通過合作，我們可以跳出遼寧科技學院自動化教研室的小部門圈子，從真正有利于學生的培養(yǎng)和發(fā)展出發(fā)，構(gòu)建符合時代發(fā)展“線上線下相結(jié)合”的教學模式，以優(yōu)化教學模式來提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。讓優(yōu)質(zhì)教學資源惠及我校學生。教師互聘，促進了高校間不同教學理念、思想和方法的交流，必將成為未來高校教學發(fā)展的內(nèi)在需求。通過合作自動化專業(yè)將會培養(yǎng)出更多理論知識好、動手能力強、綜合素質(zhì)高、適應企業(yè)發(fā)展的自動化控制人才。2020年秋季學期，作為自動控制原理課程的任課教師，在超星學習平臺選擇了大連交通大學鄭士富副教授的“控制工程基礎”課程作為跨校修學分的修讀課程。遼寧科技學院自動化專業(yè)共68名本科學生選擇了鄭士富老師的網(wǎng)絡課程，通過采用線上跨校修讀和線下面授互動的教學方式，學生有了自主選擇權(quán)，激發(fā)了學生個性化學習的興趣，提高了學習效率，提升了學習能力，同時也有了獲取先進學校優(yōu)質(zhì)課程資源的機會。根據(jù)教學執(zhí)行計劃學生需要線上預習的章節(jié)，觀看完成率均為100%。而共同學習的章節(jié)視頻觀看完成率接近95%。因此這種線上預習，線下提問、討論和強化的教學模式，明顯改善了學生的學習態(tài)度，提高了學習效率。

圖2 學生設計的時域分析思維導圖

2.4 突出過程評價的考核機制

課程采用N+2過程考核的評價方式，即N次課程的過程考核(占比40%)和1次課程結(jié)束考試(期末考試占比50%)及1個學習筆記(占比10%)。此次評價方式改革的創(chuàng)新在于過程考核中多元化的特點，形式多樣，且有明顯的層次。形式上不僅有傳統(tǒng)的書面考核，還有借助網(wǎng)絡教學平臺功能設置的考試區(qū)和討論區(qū)，同時對學生完成考核的方式方法和時間都有具體的規(guī)定，這就能夠更加精準地評價學生學習效果，督促學習的自覺性，提高了學習頻率，強化了以 “產(chǎn)出”為導向的策略。這種多元性評價方式符合學生實際，真實可靠地反映了課程的教學效果。學生對多元性的評價方式非常滿意，期末學生評教分數(shù)較高，成績分析報告科學合理，總結(jié)深刻。

3 結(jié)語

“自動控制原理”課程在自動化BG191/192和機器人BG191/192的教學實踐中效果顯著。教師上課教學方法得當，注重師生互動，課堂氣氛活躍，學生聽課率始終保持在90%以上，教學效果好，教學督導給出了很高的評價，被評為課堂理論教學優(yōu)秀等級教師。同時，教師還注重思政教育與知識點的有機結(jié)合，依托多種在線平臺如超星學習通、遼寧省校際合作—教師互聘在線授課，采用混合式教學模式如微課、思維導圖、線上討論和過程考核等實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂。“自動控制原理”課程建設方面也獲得了學校的肯定，獲得了遼寧科技學院課程思政示范課和校一流線下課程，取得了有效經(jīng)驗和實踐效果，同時對同類院校和校內(nèi)相關專業(yè)的建設起到一定的輻射作用，提高了專業(yè)的社會認可度 ，有利于學生就業(yè)。遼寧科技學院“自動控制原理”的課程思政教育形成可推廣可復制的教學改革經(jīng)驗。