自動(dòng)控制原理混合式一流本科課程教學(xué)改革研究

張淼 介婧

摘要 為響應(yīng)教育部一流課程“雙萬計(jì)劃”，加快發(fā)展新工科建設(shè)，積極探索自動(dòng)控制原理一流本科課程教學(xué)改革，文章從分析課程教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，總結(jié)了在課程教學(xué)改革中要解決的重點(diǎn)問題，堅(jiān)持以學(xué)生為中心、以能力產(chǎn)出為導(dǎo)向，從課程思政、教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)和課程考核等四個(gè)方面進(jìn)行自動(dòng)控制原理線上線下混合式課程教學(xué)改革。不斷聚焦人才培養(yǎng)新需求，將課程教學(xué)改革與課程思政建設(shè)并行，創(chuàng)新多維度智慧教學(xué)模式，探索多元化實(shí)踐教學(xué)方式，為培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代需求的新工科應(yīng)用型人才提供有效途徑。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)控制原理；線上線下混合式；教學(xué)改革；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.14.009

為貫徹黨的十九大精神，落實(shí)“立德樹人”根本任務(wù)，教育部全面推進(jìn)一流課程“雙萬計(jì)劃”建設(shè)，加快形成中國(guó)特色、世界水平的一流本科課程體系[1]。為更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展新需求，加快發(fā)展新工科建設(shè)，作為一所工程應(yīng)用型高等院校，浙江科技學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我?！保?duì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)提出了新的要求，著力建設(shè)既具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度，又具有課程育人時(shí)代性、針對(duì)性、實(shí)效性的一流本科課程[2]。

自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化、機(jī)器人、電氣及自動(dòng)化等專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以系統(tǒng)地掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、系統(tǒng)建模、分析與綜合的理論和方法，具有獨(dú)立系統(tǒng)分析和實(shí)驗(yàn)的技能，初步具有解決自動(dòng)化及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)際工程控制問題的能力。自動(dòng)控制原理具有工程背景鮮明、理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)繁雜等特點(diǎn)，學(xué)習(xí)難度較大，如何提升課程的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度，是課程教學(xué)改革中最值得研究的問題。

1教學(xué)現(xiàn)狀分析

本課程目前的教學(xué)中存在以下問題：①缺乏對(duì)學(xué)生的思政教育。該課程內(nèi)容信息量大，學(xué)生對(duì)控制理論的實(shí)際工程應(yīng)用了解很少，對(duì)控制論的發(fā)展脈絡(luò)不清楚，因而對(duì)課程的重要性認(rèn)識(shí)不足；課程教學(xué)中往往會(huì)偏重追求知識(shí)的掌握，而忽略了對(duì)學(xué)生思想政治的再教育。②教學(xué)模式傳統(tǒng)，多媒體應(yīng)用不足。當(dāng)前本課程大部分章節(jié)仍然采用課堂授課模式，少部分章節(jié)采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，然而線上學(xué)習(xí)的反饋信息通常滯后于線下課堂，無法與授課同步進(jìn)行，抑制了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，學(xué)生課堂參與度低，注意力容易分散。③偏重知識(shí)獲取，工程實(shí)踐能力欠缺。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只關(guān)注公式應(yīng)用，缺少學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)造性，不會(huì)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)去分析解決實(shí)際工程問題；而且課程教學(xué)中實(shí)際控制工程的項(xiàng)目案例涉及較少，實(shí)驗(yàn)與理論內(nèi)容相對(duì)分立，難以提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力。④課程考核缺少過程評(píng)價(jià)。當(dāng)前課程總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和卷面成績(jī)?nèi)糠謽?gòu)成，缺少對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)，導(dǎo)致教師不能及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不能根據(jù)教學(xué)反饋及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，也不能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2教學(xué)改革要解決的重點(diǎn)問題

針對(duì)課程教學(xué)現(xiàn)狀，以建設(shè)自動(dòng)控制原理一流本科課程為目標(biāo)，教學(xué)改革應(yīng)著重解決以下幾個(gè)問題。

①如何以“立德樹人”為目標(biāo)，有效推進(jìn)課程思政建設(shè)。自動(dòng)控制原理課程教學(xué)已不單單是要教會(huì)學(xué)生有關(guān)知識(shí)和技能，更要引導(dǎo)學(xué)生積極地對(duì)待人生和社會(huì)，發(fā)自內(nèi)心地產(chǎn)生精神和思想動(dòng)力，提升自己的育德意識(shí)與育德能力。如何以“立德樹人”為目標(biāo)，挖掘課程思政元素，積極探索和實(shí)踐課程的育人功能，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值觀協(xié)同發(fā)展。

②如何以學(xué)生為中心，創(chuàng)新多維度智慧教學(xué)模式。教師在教學(xué)過程中應(yīng)不斷優(yōu)化教學(xué)方法和手段，改善學(xué)生學(xué)習(xí)效果，有效提升教學(xué)質(zhì)量。如何利用先進(jìn)的信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種優(yōu)質(zhì)教育資源的落地應(yīng)用，創(chuàng)新多維度智慧教學(xué)模式，將課內(nèi)與課外相融合，引導(dǎo)學(xué)生從注重考試結(jié)果向注重學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的現(xiàn)代教育理念。

③如何以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，探索多元化實(shí)踐教學(xué)。自動(dòng)控制原理課程的實(shí)際操作，是以培養(yǎng)工程型人才為目標(biāo)，理論與實(shí)踐聯(lián)系密切。如何以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，結(jié)合控制工程實(shí)際需求，探索多元化的實(shí)踐教學(xué)模式，在教學(xué)過程中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，注重弘揚(yáng)工匠精神，漸進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生解決自動(dòng)化及相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。

④如何構(gòu)建多元化的考核方式，完善課程評(píng)價(jià)與持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。OBE教育理念關(guān)注對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際產(chǎn)出進(jìn)行分析，制訂成績(jī)考評(píng)體系并建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。如何構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)考核方式，使課程評(píng)價(jià)體系從結(jié)果評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向結(jié)果與過程評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，并且基于多元過程數(shù)據(jù)進(jìn)行課程目標(biāo)達(dá)成度分析及持續(xù)改進(jìn)，助力課程目標(biāo)及畢業(yè)要求有效達(dá)成。

3教學(xué)改革的主要措施

3.1融入思政元素

在課程教學(xué)改革中，將思政教育融入整個(gè)教學(xué)，育人與育才相結(jié)合、顯性教育與隱性教育相統(tǒng)一。本著“三位一體”的育人理念[3]，深入挖掘自動(dòng)控制原理課程的思政元素，明確課程的思政教學(xué)目標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)德育遞進(jìn)路徑，完善課程的教學(xué)大綱。將自動(dòng)控制原理課程的教學(xué)設(shè)計(jì)與先進(jìn)控制、人工智能等前沿性問題相銜接，與工程實(shí)踐相融合，充分挖掘控制領(lǐng)域大國(guó)工匠事跡、大國(guó)重器最新成果、時(shí)事事件等有機(jī)融入教學(xué)內(nèi)容，將控制理論及技術(shù)的專業(yè)教學(xué)與思政教育進(jìn)行有機(jī)融合。

教學(xué)組織上，采用協(xié)同增效的課程思政教學(xué)模式，課前教師根據(jù)素質(zhì)目標(biāo)挖掘思政元素，設(shè)計(jì)單元任務(wù)書，初步建設(shè)課程思政案例庫(kù)，在教學(xué)內(nèi)容中融入生活案例、工業(yè)案例以及科技熱點(diǎn)前沿。課中階段，教師和學(xué)生模擬工程師實(shí)戰(zhàn)，通過教學(xué)實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀、科技發(fā)展意識(shí)、責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。課后階段，教師根據(jù)學(xué)生的獲得感和提出的問題及時(shí)進(jìn)行教學(xué)反思，進(jìn)一步豐富思政案例庫(kù)。通過這種協(xié)同增效的教學(xué)模式，將思政教育貫穿于自動(dòng)控制原理教與學(xué)的全過程，構(gòu)建師生共同體，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值觀協(xié)同發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的民族自信和愛國(guó)情懷、科技強(qiáng)國(guó)的責(zé)任意識(shí)和創(chuàng)新精神。

3.2創(chuàng)新智慧教學(xué)模式

基于雨課堂平臺(tái)[4]，以學(xué)生為中心，構(gòu)造課前-課中-課后多維度的教學(xué)路徑，為學(xué)生提供靈活豐富的資源和學(xué)習(xí)方式，形成多維度立體化智慧教學(xué)模式。教師基于學(xué)情精準(zhǔn)分析，精進(jìn)教案及教學(xué)設(shè)計(jì)，保證教與學(xué)有的放矢；在教學(xué)過程中加強(qiáng)教學(xué)管理，注重過程考核和反饋，并通過設(shè)問、研討、課堂檢測(cè)、案例剖析等多元方式，有效提高學(xué)生的課堂參與度，建立良好的課堂生態(tài)。

課前階段，教師將教學(xué)內(nèi)容分層，自主學(xué)習(xí)層次的知識(shí)點(diǎn)采用線上教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)層次和深度學(xué)習(xí)層次的知識(shí)點(diǎn)采用線上線下結(jié)合教學(xué)。通過雨課堂發(fā)布預(yù)習(xí)內(nèi)容和任務(wù)，并對(duì)課件進(jìn)行重點(diǎn)提點(diǎn)和針對(duì)性講解，方便學(xué)生理解和學(xué)習(xí)；學(xué)生進(jìn)行在線學(xué)習(xí)、完成任務(wù)并反饋問題，教師隨時(shí)查看預(yù)習(xí)情況，根據(jù)預(yù)習(xí)結(jié)果進(jìn)行綜合學(xué)情分析，擬定合適的教學(xué)設(shè)計(jì)。課中階段，教師以具體工程案例導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)理論精講、重難點(diǎn)示范、討論疑問、答疑互動(dòng)等多樣化的教學(xué)活動(dòng)方式；線下精講之后利用雨課堂組織學(xué)生進(jìn)行線上限時(shí)隨堂測(cè)驗(yàn)與小組協(xié)作學(xué)習(xí)，開展教師講評(píng)、學(xué)生互評(píng)、學(xué)生互學(xué)等多元化過程評(píng)價(jià)，并根據(jù)課堂教學(xué)情況隨時(shí)開啟彈幕，組織學(xué)生討論，活躍課堂氣氛。課后階段，根據(jù)雨課堂教學(xué)詳情數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行全面分析，有針對(duì)性地布置線上和線下作業(yè)并進(jìn)行個(gè)性化資源推送，學(xué)生在線提交作業(yè)、發(fā)布心得體會(huì)和課程疑問。教師對(duì)學(xué)生的課后學(xué)習(xí)情況給出多元評(píng)價(jià)，進(jìn)行有針對(duì)性的個(gè)性化輔導(dǎo)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)課程知識(shí)的鞏固和提高。

3.3探索多元化實(shí)踐教學(xué)

針對(duì)自動(dòng)控制原理課程理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，教師在理論教學(xué)中結(jié)合工程應(yīng)用增加實(shí)操練習(xí)環(huán)節(jié)，將純理論的教學(xué)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)化，能夠增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。授課過程中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用MATLAB分析與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的能力，包括用MATLAB分析控制系統(tǒng)的時(shí)域性能、用MATLAB繪制根軌跡、MATLAB在頻率法和離散系統(tǒng)分析中的應(yīng)用等，增加理論知識(shí)的實(shí)用性。選擇符合所教專業(yè)的工程實(shí)例，著重介紹工程應(yīng)用的思路，在課堂上開展實(shí)踐化演練，讓學(xué)生自己動(dòng)手仿真做實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，以實(shí)際控制工程項(xiàng)目案例為牽引，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、操作四個(gè)環(huán)節(jié)，分小組進(jìn)行組內(nèi)協(xié)同；推進(jìn)理實(shí)協(xié)同學(xué)習(xí)方式[5]，引導(dǎo)學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)提出解決方案，注重讓學(xué)生在做中學(xué)，使學(xué)生從“不會(huì)”到“解決一定難度的問題”，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)到能力的轉(zhuǎn)化。教師設(shè)置合理的階段性過程評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，最大程度上實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，從而提高學(xué)生獨(dú)立分析系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)的技能，漸進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生解決自動(dòng)化及相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。進(jìn)一步以學(xué)生工程能力培養(yǎng)為主旨，著手建設(shè)虛擬仿真平臺(tái)，豐富課程綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)手段，打破時(shí)間地點(diǎn)的限制，讓學(xué)生能夠隨時(shí)完成實(shí)驗(yàn)。

3.4線上線下混合式教學(xué)考核方式

線上線下混合式教學(xué)改革為自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)了多元化的課程評(píng)價(jià)機(jī)制，并借助雨課堂及時(shí)統(tǒng)計(jì)、反饋學(xué)生學(xué)習(xí)情況和成績(jī)，推動(dòng)課程評(píng)價(jià)管理數(shù)字化、智能化。為有效達(dá)成課程目標(biāo)，本課程構(gòu)建了線上線下混合式教學(xué)考核方式，具體為總評(píng)成績(jī)=線上考核+線下考核+實(shí)驗(yàn)考核+期末考核，其中，線上考核包括在雨課堂布置的線上任務(wù)、課堂測(cè)試和階段測(cè)試，用來評(píng)定學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度及對(duì)所學(xué)內(nèi)容的掌握程度；線下考核主要為線下作業(yè)，用來督促學(xué)生及時(shí)鞏固所學(xué)知識(shí)并應(yīng)用；實(shí)驗(yàn)考核包括預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，用來評(píng)定學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、操作能力和學(xué)習(xí)效果；期末考核采用閉卷考試形式，綜合評(píng)定學(xué)生的知識(shí)掌握和獨(dú)立解決控制問題的能力。多元化的課程評(píng)價(jià)機(jī)制有利于建立良好的課堂生態(tài)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。授課結(jié)束后，基于多元過程數(shù)據(jù)進(jìn)行課程目標(biāo)達(dá)成情況分析，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，作為課程教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)的重要依據(jù)，助力課程目標(biāo)及畢業(yè)要求的有效達(dá)成。

4教學(xué)改革實(shí)施成效

自動(dòng)控制原理線上線下混合教學(xué)模式在近三年逐漸推進(jìn)，對(duì)課程在線過程考核效果和近三年課程目標(biāo)達(dá)成情況的分析結(jié)果表明，線上線下相融合的三部曲多維度智慧教學(xué)模式有效提升了學(xué)生理論學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)效果，多元化實(shí)踐教學(xué)模式加深了學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制原理知識(shí)的理解和應(yīng)用，提高了學(xué)生對(duì)實(shí)際工程控制問題的分析和解決能力。從教學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和學(xué)生評(píng)價(jià)來看，學(xué)生課內(nèi)注意力顯著增強(qiáng)，對(duì)課程的主動(dòng)參與意識(shí)提高，對(duì)教師的教學(xué)滿意度提升。本課程教學(xué)改革得到學(xué)生的普遍認(rèn)可，學(xué)生評(píng)教持續(xù)優(yōu)秀，并于2020年春被認(rèn)定為校優(yōu)質(zhì)課堂、2021年獲教學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)秀獎(jiǎng)。

5結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)控制原理線上線下混合式一流本科課程教學(xué)改革始終堅(jiān)持以學(xué)生為中心、以能力產(chǎn)出為導(dǎo)向，不斷聚焦人才培養(yǎng)新需求，將課程教學(xué)改革與課程思政建設(shè)并行，借助互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，創(chuàng)新多維度智慧教學(xué)模式，探索多元化實(shí)踐教學(xué)方式，完善課程評(píng)價(jià)與持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，為培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代需求的新工科應(yīng)用型人才提供了有效途徑。

*通訊作者：張淼

基金項(xiàng)目：2022年度浙江省線上線下混合式一流本科課程建設(shè)“自動(dòng)控制原理”（浙教辦函〔2022〕352號(hào)）；2021年度浙江科技學(xué)院校一流本科專業(yè)課程建設(shè)項(xiàng)目“自動(dòng)控制原理”（2021K1）；2022年度浙江科技學(xué)院校級(jí)課程思政示范課程“自動(dòng)控制原理”（2022-KS2）。

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