“雙一流”背景下控制理論課程群建設(shè)與教學(xué)改革

劉鑫屏，張 悅

（華北電力大學(xué) 自動(dòng)化系，河北 保定 071003）

2021年“十四五”規(guī)劃開局，在國(guó)家“雙一流”建設(shè)的要求下，大學(xué)學(xué)科建設(shè)至關(guān)重要?！半p一流”建設(shè)政策和方案凝聚了學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略共識(shí)、教育發(fā)展目標(biāo)的提升及創(chuàng)新發(fā)展，要求學(xué)科建設(shè)必須堅(jiān)持更大的視野和責(zé)任，構(gòu)筑起更大的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)和核心能力，開創(chuàng)出具有中國(guó)特色的世界級(jí)一流大學(xué)和世界一流學(xué)科建設(shè)新格局。華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院自動(dòng)化系（以下簡(jiǎn)稱自動(dòng)化系）作為一流本科專業(yè)，為了提升專業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，需要優(yōu)化控制理論課程群的師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)、提高教師的教學(xué)水平，同時(shí)，教學(xué)方式需要多元化，課程群資源集聚能力需要加強(qiáng)，信息技術(shù)教學(xué)水平和實(shí)踐教學(xué)需要改革提升，更需要結(jié)合國(guó)家戰(zhàn)略、科技前沿展開改革與創(chuàng)新，為自動(dòng)化系和其他相關(guān)專業(yè)的發(fā)展開拓前路。

為了解決這一問題，聚焦自動(dòng)化新工科建設(shè)，體現(xiàn)自動(dòng)化與其他學(xué)科的交叉與融合、電力能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)與自動(dòng)化學(xué)科的理論融合、跨專業(yè)能力的融合，以及與多學(xué)科科研教學(xué)項(xiàng)目實(shí)踐相融合，建設(shè)能培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的自動(dòng)化一流本科課程，自動(dòng)化系制定了新的培養(yǎng)方案。本文依據(jù)成果導(dǎo)向教育OBE（Outcome Based Education）理念，結(jié)合華北電力大學(xué)學(xué)科建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)完成了面向一流學(xué)科的控制理論課程群建設(shè)與教學(xué)改革。

一、控制理論課程群建設(shè)的研究背景

控制理論承接著先修的多門基礎(chǔ)理論課程，同時(shí)是后續(xù)“系統(tǒng)建模與辨識(shí)”“運(yùn)動(dòng)控制”“過程控制”“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”“機(jī)器人控制”“先進(jìn)控制”“智能控制”“新能源發(fā)電系統(tǒng)控制”等課程的先修課程?？刂评碚摰睦碚撔院軓?qiáng)，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的要求高，是為解決實(shí)際控制系統(tǒng)直接提供理論基礎(chǔ)和分析方法的課程。

控制理論抽象、概念多，知識(shí)體系包含大量煩瑣的數(shù)學(xué)定理、數(shù)學(xué)分析及數(shù)學(xué)推理，學(xué)習(xí)難度大。目前采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，以教師為主，不提倡學(xué)生自主思維，學(xué)生失去了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，學(xué)生對(duì)本專業(yè)的前景無(wú)從了解。而教師有著豐富的工程背景，把握著本專業(yè)的科研脈搏及前沿動(dòng)態(tài)，但教學(xué)內(nèi)容并沒有融入工程實(shí)踐及最新的科研成果，這樣的教學(xué)方式在短期內(nèi)的教育效益較好，但長(zhǎng)遠(yuǎn)教育效益差。教學(xué)效果不能以學(xué)業(yè)成績(jī)?yōu)閱我荒繕?biāo)，還必須關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)獲得感，以及學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)有的教學(xué)模式對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的推進(jìn)力度差，不能滿足專業(yè)課程體系“特色課程求精、通識(shí)課程求寬、集中實(shí)踐環(huán)節(jié)、跟蹤前沿技術(shù)”的原則。

二、課程群建設(shè)與教學(xué)改革的OBE目標(biāo)

自動(dòng)化系在華北電力大學(xué)“雙一流”建設(shè)的大背景下，依據(jù)成果導(dǎo)向教育OBE理念，以達(dá)到本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)為最終目標(biāo)，針對(duì)控制理論課程群建設(shè)，通過逆向設(shè)計(jì)展開工作。成果導(dǎo)向教育OBE理念是根據(jù)預(yù)設(shè)的教育目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果進(jìn)行課程設(shè)置、教學(xué)實(shí)施和人才培養(yǎng)的方法。

依據(jù)國(guó)家教育發(fā)展目標(biāo)、行業(yè)發(fā)展需求、學(xué)校本科人才培養(yǎng)目標(biāo)和OBE理念制定本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，如圖1所示。

圖1 培養(yǎng)目標(biāo)及人才培養(yǎng)定位

根據(jù)自動(dòng)化系的畢業(yè)要求設(shè)計(jì)其課程體系，按照畢業(yè)要求設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)、撰寫教學(xué)大綱，課程群教師修訂了符合“雙一流”學(xué)科建設(shè)要求的明確課程目標(biāo)達(dá)成度、課程達(dá)成度評(píng)價(jià)計(jì)算方式的教學(xué)大綱。依據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。然后是選擇教學(xué)方法、設(shè)計(jì)教學(xué)過程、配置教學(xué)材料和資源，通過相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)順利達(dá)成課程的教學(xué)目標(biāo)，見圖2。

圖2 OBE逆向設(shè)計(jì)

三、課程群建設(shè)工作

（一）師資隊(duì)伍建設(shè)

建設(shè)一支教學(xué)理念先進(jìn)、教育教學(xué)方法豐富、專業(yè)素質(zhì)強(qiáng)、德育能力高的高水平教學(xué)團(tuán)隊(duì)，其工作內(nèi)容如下。

1.建設(shè)結(jié)構(gòu)合理的師資團(tuán)隊(duì)。通過引進(jìn)新教師、送教師出去培訓(xùn)、請(qǐng)專家開展專題講座、企業(yè)掛職、職業(yè)培訓(xùn)等多種途徑持續(xù)培育、壯大和優(yōu)化師資隊(duì)伍，造就一支職稱、年齡結(jié)構(gòu)合理，具有“博士化”“國(guó)際化”和“工程化”素質(zhì)的教師隊(duì)伍。經(jīng)過引進(jìn)人才和調(diào)整師資后，課程群師資隊(duì)伍的職稱、年齡結(jié)構(gòu)、工程背景分布更加合理，可以保持教師隊(duì)伍數(shù)量和質(zhì)量的可持續(xù)發(fā)展。

2.提升教學(xué)理念，轉(zhuǎn)換教師角色。課程的研究?jī)?nèi)容和研究理念日新月異，教師應(yīng)有強(qiáng)烈的憂患意識(shí)和探究欲望，對(duì)教師職業(yè)變化要有非常高的敏感度，將教師在理論學(xué)習(xí)中學(xué)到的教學(xué)理念與教學(xué)實(shí)踐相融合，真正形成“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念；轉(zhuǎn)變角色，從“教書匠”轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)情境的“設(shè)計(jì)師”；從只講控制理論方法到挖掘課程中顯性、隱性的思想政治育人亮點(diǎn)，把思想政治教育實(shí)踐貫穿整個(gè)教學(xué)過程中。

3.教師教學(xué)能力的提升。實(shí)施多種改革方法提高教師的教學(xué)能力，尤其是青年教師教學(xué)水平和中老年教師信息化教學(xué)技能；教學(xué)教案、教學(xué)課件的制作及教學(xué)資料的分享；建立并執(zhí)行多種渠道的反饋評(píng)價(jià)機(jī)制，包括校院兩級(jí)督導(dǎo)和系領(lǐng)導(dǎo)、同行教師聽課及意見反饋，學(xué)生的網(wǎng)上評(píng)教信息反饋。評(píng)教結(jié)果影響教師的職稱評(píng)定和業(yè)績(jī)考核與評(píng)優(yōu)，并根據(jù)反饋信息，不斷改進(jìn)和提高教學(xué)質(zhì)量。

邀請(qǐng)教學(xué)名師開設(shè)講座，舉辦觀摩教學(xué)課堂，加強(qiáng)教學(xué)理念、教學(xué)技能及信息技術(shù)方面的交流與培訓(xùn)。為了營(yíng)造良好的學(xué)術(shù)氛圍，培養(yǎng)具有國(guó)際化教育視野的中青年骨干，打造高水平的國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，積極推進(jìn)專業(yè)教師從事博士后、訪問學(xué)者，并參與國(guó)際間的學(xué)術(shù)交流。

（二）課程群建設(shè)研究?jī)?nèi)容

1.依據(jù)OBE理念制定教學(xué)大綱。依托學(xué)校和自動(dòng)化系的“雙一流”建設(shè)，以完成自動(dòng)化系培養(yǎng)計(jì)劃為目標(biāo)，修訂本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，確定畢業(yè)要求，依據(jù)畢業(yè)要求逆向設(shè)計(jì)自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代控制理論的教學(xué)大綱。教學(xué)大綱按照“雙一流”學(xué)科的建設(shè)要求明確了詳細(xì)的課程目標(biāo)、課程目標(biāo)達(dá)成度、課程達(dá)成度評(píng)價(jià)計(jì)算方式等，明確了自動(dòng)控制理論和現(xiàn)代控制理論的教學(xué)方向與目標(biāo)。

2.控制理論課程教學(xué)內(nèi)容改革。為了滿足新時(shí)期能源電力的發(fā)展需求，在教學(xué)內(nèi)容上增加現(xiàn)代控制技術(shù)在家用電器、交通系統(tǒng)、智能建筑、汽車、雷達(dá)控制、航空航天等領(lǐng)域的生產(chǎn)實(shí)例，拓展學(xué)生的知識(shí)面與專業(yè)視野，提高學(xué)生寬口徑就業(yè)的優(yōu)勢(shì)和專業(yè)自豪感，把科研項(xiàng)目中的新技術(shù)、新問題、新思考，通過系統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)提煉，根據(jù)學(xué)情特點(diǎn)融入教學(xué)實(shí)踐，拓展學(xué)生的科研創(chuàng)新能力及把握專業(yè)前沿脈搏的能力，保持能源電力科學(xué)與工程的學(xué)科特色。

3.信息化教學(xué)改革。為了激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)激情與興趣，改善學(xué)生自主和持續(xù)學(xué)習(xí)的效果，利用多種信息化手段進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。如利用“課堂派”推出的一系列新功能和課堂相結(jié)合，在線上和線下批改作業(yè)，并利用“課堂派”提供作業(yè)的查重、打回功能提高效率；有針對(duì)性地幫助學(xué)生快速提升，隨時(shí)上傳課程視頻文本資源，讓學(xué)生不再將學(xué)習(xí)固著在課堂之上。切實(shí)提高課內(nèi)的師生互動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和狀態(tài)，及時(shí)地對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，提高教學(xué)效果。

4.建立教學(xué)反饋機(jī)制和反饋通道。利用互聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)代信息和數(shù)據(jù)技術(shù)，建立教學(xué)反饋機(jī)制，構(gòu)建合理的反饋通道，收集來自多渠道、多尺度的教學(xué)質(zhì)量反饋信息，并進(jìn)行信息數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論，指導(dǎo)教學(xué)活動(dòng)。

以學(xué)生預(yù)習(xí)效果的反饋信息作為前饋信號(hào)，調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，以學(xué)生課堂的反饋數(shù)據(jù)作為第一層反饋調(diào)整教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容，每個(gè)單元的反饋數(shù)據(jù)作為第二層反饋調(diào)整下一單元的學(xué)生任務(wù)量、教學(xué)方法及教學(xué)進(jìn)度。同時(shí)，通過課程群教師間、校內(nèi)校外同行、督導(dǎo)等數(shù)據(jù)反饋，及時(shí)對(duì)教學(xué)進(jìn)行調(diào)整。

5.控制理論課程群教學(xué)資源建設(shè)。針對(duì)“自動(dòng)控制理論A”“自動(dòng)控制理論B”“現(xiàn)代控制理論”課程，通過對(duì)各種資源的凝練、篩選，教師團(tuán)隊(duì)選擇適合不同課程、不同知識(shí)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化信息化工具，開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，制作多種媒體方式的教學(xué)資源，包括視頻資源慕課資源作業(yè)習(xí)題、思想政治資源擴(kuò)展教學(xué)深度并提高教學(xué)質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)信息是學(xué)習(xí)資源的有效補(bǔ)充，教師將各種理論、思想、專業(yè)的新技術(shù)和新方法等信息經(jīng)過篩選、識(shí)別、選擇整合到“課堂派”，作為拓展教學(xué)的資源。

四、課程思政建設(shè)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)能源領(lǐng)域?qū)Ω叨思夹g(shù)性人才的需求逐漸增大，華北電力大學(xué)是我國(guó)能源電力行業(yè)重要的人才培養(yǎng)基地，結(jié)合國(guó)家科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，從自動(dòng)化系人才培養(yǎng)的方向出發(fā)，聚焦學(xué)生的職業(yè)發(fā)展需求，結(jié)合電力能源企業(yè)的核心價(jià)值觀與思想政治教育的要求，迫切需要在控制理論課程中全面覆蓋課程思政。

通過結(jié)對(duì)思想政治課教師、交流培訓(xùn)、青年教師磨課、骨干教師一對(duì)一輔導(dǎo)等方式，培養(yǎng)教師的理想信念，約束教師的言行舉止，從教師的工程背景、學(xué)識(shí)理念、思維習(xí)慣等方面入手，轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)理念，從行為層面踐行道德實(shí)踐者與示范者。在專業(yè)知識(shí)的積累中，結(jié)合控制理論課程的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生踐行工匠精神，培養(yǎng)具有自動(dòng)化專業(yè)素養(yǎng)、有家國(guó)情懷和科技報(bào)國(guó)使命感、有能力有意愿為國(guó)家為人民全心全意服務(wù)的高素質(zhì)人才。課程群教師逐漸摸索形成了具有自身特色的課程思政教學(xué)方法，做到自然融入、有機(jī)滲透、春風(fēng)化雨、潤(rùn)物無(wú)聲。

結(jié)語(yǔ)

為了適應(yīng)“雙一流”學(xué)科建設(shè)，將控制理論課程體系的實(shí)踐部分、理論知識(shí)部分在線上教學(xué)資源和線下課程中相互融合并互相支撐。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時(shí)代，海量信息撲面而來，沒有哪個(gè)專業(yè)、哪門課程、哪種教學(xué)理念和教學(xué)方法是一成不變的。控制理論課程群的建設(shè)更新改革是常態(tài)，學(xué)生在該課程群的體系中能得到前沿的知識(shí)，使其實(shí)踐能力、表達(dá)能力、綜合素質(zhì)均能得到極大提高。