“自动控制原理”教学改革探究
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作者:凡时财 张季阳
[摘 要] 该文认为，“自动控制原理”是国内自动化相关专业的核心课程，提高教学质量、提升学生学业水平可以极大促进学科发展。针对目前在教学过程中存在的教学手段单一、学生参与度不高、学生高分低能的现象，该文提出了更新教学理念，完善教学目标，建立立体化教材体系，优化课程内容，构建多元化课堂教学方法，优化评价模式等改革策略。
[关键词] 自动控制原理;课程;教学改革
[基金项目] 2019年度电子科技大学第一批研究生精品课程建设项目（[2019]271-26）
[作者简介] 凡时财（1980—），男，重庆永川人，博士，电子科技大学自动化工程学院教授，博士研究生导师，主要从事智能信息处理与控制研究;张季阳（1997—），男，河南信阳人，电子科技大学自动化工程学院博士研究生，研究方向：智能控制。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）17-0166-02 [收稿日期] 2019-12-18
针对新时代高等教育提出的“把一流本科教育建设作为双一流建设的基础任务”的要求，作为一名一线教学工作者，我们需要以社会需求和唤起学生兴趣为驱动，激发学生的学习动力和创新潜力，培养研究型人才[1]。“自动控制原理”作为自动化专业的核心专业课程，肩负着引领自动化专业的本科生了解专业背景、打牢基石、开启自动化专业大门的重要责任[2-3]。
经过与兄弟院校从事自动控制教学及研究的同行交流，目前的“自动控制原理”教学还存在着以下不足：
1.課程大纲亟待优化。现有教学大纲大多从“自动控制原理”课程本身的教学目标出发，制定相应的教学内容和教学重点。但由于自动化专业课程较多，比如现代控制理论、计算机控制、过程控制等课程，它们相互之间存在着教学内容方面的交叉且不同专业课程的教学内容具有时序关联性，亟需从自动化专业的角度统筹教学重点和教学内容。
2.教学手段单一。在很多高校，除了自控原理教材之外，一本参考书或者习题集就是全部的教学资料。这种单一、传统的教学手段无法充分调动学生的积极性，学生在自动控制领域的视野也较为狭窄。
3.课堂翻转不够，学生参与度不高[4]。由于“自动控制原理”课程内容较多，任课教师需要在有限的课时内完成教授内容，主要精力放在了知识点的灌输上，整个教学过程表现为教师采用ppt课件或者板书的形式不断灌输，学生在课堂上努力进行课堂笔记、记录课程的重点难点，没有与学生形成有效互动。教学过程缺乏学生的效果反馈，任课教师无法快速有效地了解学生的学习情况，学生在课堂上的积极性也无法得到体现。
4.学生高分低能现象明显。在期末答疑阶段，即便是成绩优秀的学生，在课程复习时都是将精力放在每道习题的解答上，专注于公式的推导、数字的演算、结果是否与答案一致，忽视了题目本身蕴含的实际含义，以及工程应用中如何使用。这就造成了在指导学生的本科毕业设计时，老师们经常会遇到此类情形：自控原理高分段的学生面对实际控制类问题时茫然无措，无法完成对实际问题的建模，无法跨越从问题描述到数学模型描述的鸿沟，即解决实际工程问题的能力较差。
针对培养计划、教学大纲、教学内容不断修订，学生可利用的教学资源、教学手段越来越丰富的教学现状，与时俱进地开展课程教学方法、教学手段的优化显得尤为必要。基于十余年的一线教学经验与体会，笔者总结提出了以下教学改革策略与思路。
一、更新教学理念，完善教学目标
大学教学不是以灌输知识点为目的，不是以学生会做习题为目标。我们的任务是在教学过程中，通过唤起好奇、激发潜能，让学生对自己正在学的课、正在做的事感到兴奋，着力培养学生解决复杂工程问题的能力。
因此，在制定各个学科的教学体系、各门课程的教学大纲时，我们应着眼于大局，从培养学生的立体化素质出发，合理设置课程之间的前后时序关系，课程内容的互补互促关系。例如，离散系统分析在自动控制原理与计算机控制中均会涉及，在大纲制定过程中应该明确两门课程的教学重点，避免出现知识点重复讲解或者知识遗漏的情况。多课程大纲的联合制定，还可让学生体会到课程内容的铺垫关系，也让他们对后续的课程产生期待与设想。
二、建立立体化教材体系，优化课程内容
随着现代化教学方式的发展，立体化教材体系对于提高学生的学习兴趣以及扩展学习途径具有重要意义。在“自动控制原理”的教学过程中，可通过“一本教材、一个网站、多本教参、若干文章”的结合形成立体化的教材体系，便于学生按照自己的学习进度和习惯进行课前预习、课后复习、拓展练习以及沟通答疑。此外，在总体课时不变、重难点分配均衡的前提下，增加一些与工程应用密切联系的实际案例，以及学生特别感兴趣或者正在参与的各种科技类竞赛，如飞思卡尔智能车大赛、机器人大赛等，丰富课程内容。提供部分难度适中的相关中英文学术文章，让学生对自控原理相关技术的最新发展动态、最前沿技术有相关了解，并最终启发一小部分学有余力且有科研潜力的学生参与到前沿技术研究中，为将来的学术研究打下坚实的基础。
三、构建多元化的课堂教学方法
“教师善教、学生乐学”是保证教学效果的必要条件，而教师是否善于调动学生的积极性，是否能够采用学生喜爱的方式引导学生尤为重要。教师“一言堂”式的讲解会导致学生跟不上节奏，处于被动接受的状态。因此，教师在课前认真备课的基础上，应首先将上次课的内容进行简要的复习，然后通过实际案例引出当次课的教学内容，让学生了解本次课程的应用场景。在调动起学习兴趣以后，逐渐引出知识点。当学生的注意力有所下降时，则通过更多的师生互动、小测试等方式再次打开学生的学习闸门，从而使课程在张弛有度的教学中逐步完成。 在对同一问题进行多方法讲解时，例如在讲解用以判断系统稳定性的时域法、复域法和频域法时，可通过对比教学法让学生掌握各种方法的基本原理，自行归纳不同方法的优缺点以及适用范围，让学生真正成为课堂的主体。
四、优化学生成绩的评价模式
仅仅以期末考试的分数作为是否掌握好课程知识的依据，是很多学生甚至包括一些优等生在学习中的误区。为了从根本上改变这种认识，教师需要在课程成绩的构成上进行优化，使课程成绩能够真正反映学生的學习能力和对于知识点的掌握以及应用能力。为此，课程组将从两个方面开展工作，一方面是在期末考试的题目中适当增加应用型及综合型题目的比例，另一方面是通过平时作业进行针对性的督促和引导。平时成绩应体现学生在课堂上的学习能力以及对课后习题中知识点的掌握情况，教师可通过学生在习题课上的讲解思路了解学生对于知识的应用能力。此外，对学有余力的学生，通过推送与知识点密切相关的学术文章，引导他们进行学术探索，让他们在学习专业课时具有更高的眼界与目标。
总之，“自动控制原理”课程是一门理论与实践并重、教与学难度都相对较大的课程。为提高学生的专业素养，将他们培养为自动化领域的未来栋梁，我们需要建设具有“高阶性、创新性和挑战度”的体系化、系统化教学手段，将学生能力的培养作为课程考核的主要目标，并在教学路上潜心钻研，努力打造学生及同行专家都能认可的“金课”。
参考文献
[1]姜晓坤，朱泓，李志义，新工科人才培养新模式[J].高教发展与评估，2018，34（2）：17-24.
[2]杨光仪，李然，于乐，周永勤.工程教育专业认证背景下的“自动控制原理”课程教学改革研究[J].高教学刊，2019，（15）：113-115.
[3]赵肖宇，田芳明，谭峰.新工科背景下自动控制原理课程的分层次教学模式研究[J].高师理科学刊，2019，39（5）：83-90.
[4]李鹏华，胡向东，赵芬.基于翻转课堂的“自动控制原理”教学改革设计[J].课程教育研究，2019，23：250-252.
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
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