新工科背景下 “自動控制原理” 教學改革研究與實踐

金紅嬌，羅時光，齊 峰

（1.吉林化工學院 信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022；2.吉林化工學院 理學院，吉林 吉林 132022）

0 引言

新工科建設注重人才培養(yǎng)，課程是人才培養(yǎng)的關鍵。 “自動控制原理” 作為自動化專業(yè)主干課，從新工科人才培養(yǎng)目標出發(fā)，以結合成果導向、學生為中心、持續(xù)改進的工程教育理念，對課程教學進行改革。針對目前社會對人才的需求，結合以學生為中心的工程教育理念，設計了新工科背景下的教學模式，以培養(yǎng)適應時代發(fā)展需求的自動化專業(yè)人才［1］。

1 “自動控制原理” 課程教學現狀

1.1 “自動控制原理” 課程教學存在的問題

“自動控制原理” 課程由于內容多、理論性強等問題，在新的教學模式發(fā)展及對人才培養(yǎng)的新要求形勢下，傳統的教學模式凸顯出其弊端。普遍存在的問題有：(1）專業(yè)學習注重知識傳授，忽視學生專業(yè)素質培養(yǎng)；(2）教學內容和工程實際聯系不緊密。在新經濟背景下，被控對象復雜，控制過程網絡化和智能化，教材知識和實際案例融合不緊密；(3）授課方式主要是多媒體結合板書，以教師講授為主，忽視學生主體地位。考核方式采用平時考核和期末考試綜合，很難培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維；(4）新工科知識儲備不足。授課教師專業(yè)背景都是傳統自動化控制學科，結合其他專業(yè)開展課程建設，存在知識面、實踐能力等不足的問題；實踐教學側重驗證、分析能力，對設計內容涉及較少，不利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力。

1.2 “自動控制原理” 專業(yè)人才培養(yǎng)目標

從新工科人才培養(yǎng)目標出發(fā)，培養(yǎng)學生的知識、技能及素質等綜合能力［2］。通過課程教學改革措施的實施，期望學生得到以下提升：(1）提高學生的專業(yè)素養(yǎng)、生態(tài)意識、國際視野等思想修養(yǎng)；(2）提高學生的知識融合貫通能力、復雜工程問題的分析設計能力和工程實踐能力；(3）掌握課程理論的前沿性，并拓寬視野，了解本學科的發(fā)展動向；(4）培養(yǎng)自主學習能力，體現出自身主體地位，提升個性創(chuàng)造力和自主實踐能力；(5）為相關專業(yè)研發(fā)和創(chuàng)新奠定基礎。

2 新工科背景下 “自動控制原理” 教學模式創(chuàng)新探究

本文研究在新工科背景下結合先進工程教育理念，參考 “金課” 建設標準，結合本校自動化專業(yè)人才培養(yǎng)定位及課程在專業(yè)培養(yǎng)中的重要作用，探索新的教學模式，具體研究內容如下。

(1）知識體系重塑：課程內容多而且工程實踐應用多，學生又欠缺工程背景，導致教學效果不理想。課程建設要與時俱進，不斷更新。所以在課程內容選擇上做出調整，比如陳舊性的知識點及應用不多的知識，授課教師可以選擇講或者不講，教師可以盡量從工程應用、實際應用的角度選擇課程內容。

(2）以學生為中心的教學模式：建設在線開放課程，提供自主學習的平臺，形成以教師為引導，學生為主體的線上線下混合式教學模式，培養(yǎng)學生自主學習能力，同時對課時進行補充。教師應采用多元化的教學方式和靈活的考核方式。對課程內容進行梳理，使學生系統完整地把握理論教學內容，同時注重工程背景及應用［3］。

(3）工程能力培養(yǎng)：通過課程設計，強化學生對基本概念和理論的認識，將理論知識與應用相結合。通過實驗環(huán)節(jié)，可以提高課程的教學質量，也為學生參加科技創(chuàng)新活動創(chuàng)造了條件。此外，以課程為基礎的實踐環(huán)節(jié)，讓學生對工程實踐產生系統的認識。

(4）創(chuàng)新能力培養(yǎng)：教學過程中注意培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和自學習能力。鼓勵學生參加各類學科競賽，參與教師科研項目，提高學生實踐創(chuàng)新能力。

課程改革以培養(yǎng)新工科背景下對大學生的綜合專業(yè)能力要求，塑造學生的專業(yè)素養(yǎng)品格，同時為學生提供豐富教學資源，拓展專業(yè)視野。以學生為主體，教師引導的線上線下混合教學模式培養(yǎng)學生自主學習能力；注意培養(yǎng)學生的學習興趣及學習效率，培養(yǎng)新工科背景下學生解決實際工程問題的思維及能力。

3 “自動控制原理” 教學模式改革實施方案

針對課程教學存在的問題，設計課程教學模式的具體方案。

(1）課程知識體系：授課過程中不再依賴傳統的化工生產過程控制，而是選擇能代表技術發(fā)展的先進控制系統、生活中的實際應用作為案例進行講解，能更好地理解理論知識，同時能培養(yǎng)學生的學習興趣。另一方面，從工程應用的角度建立知識體系，例如控制系統建模、分析、設計綜合是課程的主線。講授每個環(huán)節(jié)時，要注意比較不同的方法及概念。在講授三大分析方法時，每種方法都可以按照建模、分析和綜合的思路講授。分析系統系統性能時，按照判別穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)性能及動態(tài)性能3個方面，以此形成立體的教學模式，便于學生掌握課程的知識體系［4］。

(2）線上線下混合教學：線上為學生自主學習，線下為教師補充講解。通過學生作業(yè)、課上探討等，了解知識掌握情況，教師調控授課方式，形成閉環(huán)反饋的教學模式，如圖1所示。

圖1 反饋教學模式

授課過程由兩部分組成：一部分是線下以教師講授為主。針對內容重點和難點，教師課堂講授幫助學生理解和加強知識點的掌握，對于學生的線上學習，組織現場答疑、互動，對線上學習進行補充。另外一部分是學生利用超星學習通平臺進行線上自主學習，且不受時間、地點的限制。學生通過自測、線上和教師互動掌握個人的學習情況。最后，授課教師通過學生的課堂提問、實驗、作業(yè)及考試等環(huán)節(jié)，掌握學生學習的整體情況，并且隨時對教學方式和教學內容進行調整。授課過程將線上自學與線下講授有機的結合，提高教學效果，培養(yǎng)學生自主學習能力。

(3）案例教學：帶實驗設備進課堂觀摩，講解相關知識使抽象問題形象化，理論與實際應用相接軌；同時注意將工程實例融入課堂教學，穿插工程案例以吸引學生注意力，例如在講解控制系統穩(wěn)定性時，將神州十二號宇宙飛船的發(fā)射及進入預定軌道過程的教學視頻提供給學生，使學生直觀地了解到穩(wěn)定性的實際應用。

(4）加強實踐教學：課程實驗增加設計和綜合性實驗，并著手虛擬仿真實驗平臺的建設，打破時間地點的限制，隨時完成實驗。實踐環(huán)節(jié)如專業(yè)綜合設計、生產實習等，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐及工程實踐能力。另外，課程組教師鼓勵學生進入實驗室學習，根據學生興趣成立學科競賽小組，參加各組學科競賽并取得優(yōu)異成績，例如自動化專業(yè)學生參加全國大學生電子設計大賽、數學建模競賽、西門子杯PLC競賽等。

4 結語

本文從新工科建設及社會發(fā)展對人才的需求，從知識、技能、素質3個方面出發(fā)，結合工程教育理念對 “自動控制原理” 課程的教學改革進行研究，通過改革措施的實施，提高學生的職業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新實踐能力等綜合能力。教學過程中注意教師的引導作用，尊重學生的中心地位，以 “兩性一度” 為標準提高課程的建設水平，培養(yǎng)適應時代需求的新工科應用型人才。新工科的建設是不斷發(fā)展的課題，課程組也將秉承持續(xù)改進的理念，不斷學習新理念、新技術以提高授課水平。