陳祖星 馮俊杰 王艷紅 任明月

摘要：針對(duì)目前自動(dòng)控制原理課程特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問題，本文采取優(yōu)化課程內(nèi)容、豐富教學(xué)方法和手段、實(shí)踐教學(xué)改革、評(píng)價(jià)方式改革等方面開展教學(xué)改革，提升課堂教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生能合理安排時(shí)間，提高自主學(xué)習(xí)能力，改善教學(xué)質(zhì)量，得到了良好的教學(xué)成效。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；自主學(xué)習(xí)；評(píng)價(jià)方式改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）06-0150-03

自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化、電氣及其自動(dòng)化、電子信息工程等專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)專業(yè)人才的必修課程[1]。該課程以高等數(shù)學(xué)、電路基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)等課程為基礎(chǔ)，后續(xù)有運(yùn)動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論等課程，在整個(gè)專業(yè)人才培養(yǎng)方案課程體系中起著重要作用[2]。在課程教學(xué)過程中，針對(duì)目前教學(xué)中存在的問題，體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”為中心的教學(xué)理念，以提升學(xué)生能力為出發(fā)點(diǎn)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，開展教學(xué)改革和課程建設(shè)探索[3]。

1 自動(dòng)控制原理課堂教學(xué)現(xiàn)狀

由于該門課程主要以微積分、線性代數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、理論分析，學(xué)生學(xué)起來總體感覺較為枯燥。在教學(xué)過程中工程案例較少，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)不能結(jié)合實(shí)際理解內(nèi)容本質(zhì)，致使學(xué)習(xí)效果較差，難以提升學(xué)生的思維和能力。

從教學(xué)方法和手段來看，傳統(tǒng)教學(xué)方式主要以教師的“教”為中心，未能較好地體現(xiàn)以學(xué)生的“學(xué)”為中心。課堂教學(xué)方式單一，討論互動(dòng)較少，缺乏對(duì)學(xué)生主觀思考分析、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)[4]。如何使學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)、提高教學(xué)效果是課程改革的主要目的。由于該課程在整個(gè)課程體系中起著承上啟下的作用，學(xué)生對(duì)該門課程知識(shí)的理解與掌握程度，將直接影響到后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，因此教學(xué)質(zhì)量和效果十分重要[5]。如何提高該課程教學(xué)質(zhì)量和效果具有重要的意義。

2 教學(xué)改革解決的問題

自動(dòng)控制原理系統(tǒng)的闡述了自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域的基本概念、基本規(guī)律、從建模分析到應(yīng)用控制器的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。全面地給出了線性控制系統(tǒng)的時(shí)域分析方法、頻域分析法、根軌跡法以及控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)等方法。通過該課程的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生全面了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、分類及其應(yīng)用概況，掌握自動(dòng)控制的基本理論、典型的分析方法及線性系統(tǒng)的校正方法，為今后的學(xué)習(xí)和工作奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)具有一定的分析和解決有關(guān)自動(dòng)控制實(shí)際問題的能力。通過教學(xué)改革，解決的問題主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 課程教學(xué)內(nèi)容僵化

自動(dòng)控制原理課程作為一門專業(yè)核心課程，其知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容廣泛且較為復(fù)雜，且課程的學(xué)時(shí)有限。采用傳統(tǒng)的課程教學(xué)方法與手段較為單一，學(xué)生很難將自動(dòng)控制原理的知識(shí)與其他專業(yè)課程進(jìn)行有機(jī)融合，無法滿足新工科背景下的人才培養(yǎng)目標(biāo)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，難以提高學(xué)生的專業(yè)綜合能力。

2.2 課堂教學(xué)理念陳舊

對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，教學(xué)活動(dòng)的主題是教師，學(xué)生被動(dòng)地參與，整個(gè)教學(xué)過程枯燥無味，學(xué)生缺乏批判性思維，缺乏積極主動(dòng)的思考，課堂教學(xué)更多注重知識(shí)講授，忽視培養(yǎng)學(xué)生思維的培養(yǎng)解決復(fù)雜問題的綜合能力，從而不能達(dá)到教學(xué)要求，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)。

2.3 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)內(nèi)容單一

傳統(tǒng)學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)中，教學(xué)評(píng)價(jià)內(nèi)容單一，多以終結(jié)性（期末）考試為主，平時(shí)成績(jī)僅包括出勤、作業(yè)、筆記、實(shí)驗(yàn)等，且在整門課程考核中所占比重較少，過程性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不夠明確和凸顯，學(xué)生期末突擊的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，忽略了對(duì)學(xué)生過程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。

3 教學(xué)改革的主要措施

該課程的特點(diǎn)是具有高等數(shù)學(xué)等理論課程的抽象性和嚴(yán)謹(jǐn)性，又具有工程類課程的實(shí)踐性。結(jié)合課程建設(shè)和課堂教學(xué)主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、課程思政、實(shí)踐教學(xué)、考核評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面開展課程建設(shè)和教學(xué)改革。

3.1 啟發(fā)學(xué)生思考，增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性

該課程在傳統(tǒng)的教學(xué)條件下，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以教師為中心，學(xué)生被動(dòng)式地接受知識(shí)，師生課堂對(duì)話較少；且課程的知識(shí)點(diǎn)較為廣泛且復(fù)雜，學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)缺乏基本的認(rèn)知，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生理解困難，又因課時(shí)數(shù)的限制課堂講述內(nèi)容受限，實(shí)例與實(shí)踐機(jī)會(huì)會(huì)更少，最新的控制系統(tǒng)研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)很難進(jìn)入課堂教學(xué)；內(nèi)容更新慢，理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生難以理解，所以在教與學(xué)兩方面的難度都非常大。因此，課堂教學(xué)中，教師可以制作動(dòng)畫演示實(shí)驗(yàn)小課件，增加課堂趣味性，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。教師在給學(xué)生講授知識(shí)的時(shí)候要給學(xué)生留出一定的思考空間，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)際，利用所學(xué)理論思考分析問題，啟發(fā)他們?nèi)ニ伎己吞剿鳎箤W(xué)生的學(xué)習(xí)始終處于“問題—思考—探索—解答”的積極參與狀態(tài)。這樣不僅使學(xué)生保持濃厚的興趣和注意力的高度集中， 增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，而且鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和邏輯推理的能力，并最終體會(huì)到概念的內(nèi)涵和規(guī)律的實(shí)質(zhì)。

3.2 明確教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

自動(dòng)控制原理課程知識(shí)點(diǎn)多且復(fù)雜，課程設(shè)置為48學(xué)時(shí)，在有限的學(xué)時(shí)中，學(xué)生不僅需要將理論知識(shí)學(xué)會(huì)，而且要能夠靈活運(yùn)用，因此明確教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容十分重要。從知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)方面設(shè)置課程目標(biāo)，使學(xué)生掌握系統(tǒng)控制的基本理論和工程基礎(chǔ)知識(shí)，能夠運(yùn)用控制理論相關(guān)知識(shí)控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)和分析的能力，培養(yǎng)解決復(fù)雜問題的綜合能力和高階思維。并激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷與使命擔(dān)當(dāng)。以“理論-分析-設(shè)計(jì)-仿真”為主線，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。目前已將教學(xué)內(nèi)容劃分為40余個(gè)知識(shí)點(diǎn)或小節(jié)，配備相應(yīng)的測(cè)試題，將超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)高度融入各教學(xué)環(huán)節(jié)中。

進(jìn)一步豐富教學(xué)資源，完成教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、課程教案、教學(xué)課件、學(xué)習(xí)視頻、學(xué)習(xí)測(cè)試、習(xí)題庫等的建設(shè)工作。在學(xué)習(xí)通平臺(tái)建立課程教學(xué)班級(jí)群，建立QQ群輔助教學(xué)。對(duì)學(xué)習(xí)的全過程進(jìn)行監(jiān)督、管理和評(píng)價(jià)。注重學(xué)科發(fā)展要求，使課程內(nèi)容不斷得到更新，保持課程內(nèi)容的先進(jìn)性。

3.3 探索課程教學(xué)模式，改革教學(xué)方法

體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，積極探索課程教學(xué)模式改革，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與課堂教學(xué)的深度融合。做到“線上線下有機(jī)融入，課上課下深入結(jié)合”。重視課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)，需要將課程所有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化，通過超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)推送給學(xué)生開展課前自主學(xué)習(xí)，根據(jù)學(xué)生對(duì)內(nèi)容的預(yù)習(xí)情況，學(xué)情分析，便于課堂有針對(duì)性地開展教學(xué)活動(dòng)。

課堂教學(xué)教師是主導(dǎo)，學(xué)生是主體。突出教師是課堂的“導(dǎo)演”，學(xué)生是“主演”。設(shè)置問題提出、課堂引入、內(nèi)容講解、師生互動(dòng)、重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)、學(xué)生總結(jié)、隨堂測(cè)試等環(huán)節(jié)組織開展課堂教學(xué)活動(dòng)；課堂教學(xué)中設(shè)計(jì)課堂測(cè)驗(yàn)、課堂問卷、搶答、選人、主題討論，課堂練習(xí)等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)和反饋，提高互動(dòng)效率。課后通過平臺(tái)推送作業(yè)，鞏固新知，教學(xué)改進(jìn)。為了培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，需要學(xué)生將課程知識(shí)掌握的同時(shí)，能夠進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析，形成自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的思維，提高學(xué)生的能力和素養(yǎng)目標(biāo)。

3.4 強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，開展實(shí)踐教學(xué)改革

自動(dòng)控制原理課程是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程。同時(shí)開展理論與實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生將會(huì)加深對(duì)理論知識(shí)的理解，使抽象的問題具體化、形象化。進(jìn)而提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。實(shí)踐教學(xué)采用Matlab 軟件仿真與實(shí)驗(yàn)箱硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式開展。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)Matlab仿真演示，增強(qiáng)對(duì)抽象理論的感性認(rèn)識(shí)。通過Simulink仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生將會(huì)對(duì)該門課程的理論知識(shí)理解更深刻，如：線性系統(tǒng)的時(shí)域分析、頻域分析以及控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)等；通過波形分析，更加深刻理解信號(hào)調(diào)制與解調(diào)、抽樣定理與信號(hào)恢復(fù)等內(nèi)容。通過信號(hào)與系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展硬件實(shí)驗(yàn)，它提供了信號(hào)的頻域、時(shí)域分析的實(shí)驗(yàn)手段，利用該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可進(jìn)行各響應(yīng)信號(hào)的時(shí)域分析，信號(hào)頻譜的分析與研究等內(nèi)容，采用模塊化形式，以功能單元來劃分，電路原理一目了然。通過示波器觀測(cè)信號(hào)波形。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力。

實(shí)踐教學(xué)要求：一是在實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生要占據(jù)主體地位，以教輔學(xué)；二是實(shí)踐教學(xué)不能陳舊，要與現(xiàn)階段實(shí)踐技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。

3.4.1 學(xué)生為主體，分層次組織實(shí)踐

學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)過程中要突出其主體地位，以學(xué)生為主體，實(shí)踐過程中的每一步都由學(xué)生自己一步一步完成，遇到問題了要求他們自己嘗試去解決。目前學(xué)生多數(shù)在做一些簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性的實(shí)踐，在準(zhǔn)確把握原理的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)學(xué)生程度的不同，分層次組織不同級(jí)別的實(shí)踐，不僅可以鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，還可以啟發(fā)學(xué)生的思維。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，將實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)性、綜合性、研究型。

3.4.2 與現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合，與時(shí)俱進(jìn)

實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容與形式，手段和方法要與時(shí)俱進(jìn)，與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)結(jié)合。實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容與形式安排要有利于學(xué)生掌握基本理論知識(shí)與實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，因此需要分層次組織實(shí)踐。基礎(chǔ)性的實(shí)踐設(shè)備很多學(xué)校都可以配備，但是要配備一些綜合性和研究型的實(shí)踐設(shè)備可能會(huì)遇到些困難。在經(jīng)費(fèi)和條件有限的前提下，教師可以自己研發(fā)自制設(shè)備供自己使用，比如倒立擺、雙容水箱等控制系統(tǒng)，教師可以以此為題目申請(qǐng)項(xiàng)目課題，研發(fā)自制設(shè)備供自己使用，既做科學(xué)研究，又節(jié)省成本，還能創(chuàng)造條件使學(xué)生將所學(xué)單片機(jī)等知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，更多地接觸工程實(shí)際，激發(fā)學(xué)生積極參與的熱情。實(shí)踐手段和方法可以與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)結(jié)合，從而更好地為實(shí)踐服務(wù)。采用比較完善的實(shí)踐管理系統(tǒng)，采用先進(jìn)的輔助實(shí)踐教學(xué)，可以大大節(jié)省人力和時(shí)間，使大容量的學(xué)生都可以有條不紊地完成所需的實(shí)踐。

3.5 與工程實(shí)踐相結(jié)合，解決實(shí)際問題

由于自動(dòng)控制原理課程理論性強(qiáng)，與工程結(jié)合密切，教學(xué)中若只是注重純理論知識(shí)的傳授，如數(shù)學(xué)模型的介紹、時(shí)域及頻域性能指標(biāo)的計(jì)算等，那么面對(duì)抽象的傳遞函數(shù)，學(xué)生一定不會(huì)在頭腦中產(chǎn)生被控對(duì)象和控制器的物理概念和工程概念，在下一步的專業(yè)學(xué)習(xí)或今后工作中就不知如何著手應(yīng)用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問題。因此在教學(xué)中要求教師不僅要講授一些基本原理和方法，還應(yīng)與工程實(shí)踐相結(jié)合，適當(dāng)?shù)貙⒛壳把芯康臒狳c(diǎn)以及當(dāng)前最新科研成果引入教學(xué)，以充實(shí)課堂，既可以提高學(xué)生的興趣，又可以激勵(lì)他們的學(xué)習(xí)勁頭。另外，結(jié)合現(xiàn)階段企業(yè)需求，講述該專業(yè)如何滿足社會(huì)行業(yè)需求等問題，提高學(xué)生對(duì)本課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和緊迫感。

3.6 堅(jiān)持立德樹人的教育理念，重視課程思政教育

堅(jiān)持立德樹人根本任務(wù)，深入挖掘該課程德育育人元素，將科技前沿、社會(huì)奉獻(xiàn)等思政元素融入課程教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)德育教育與知識(shí)傳授相融合，形成價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授的三維課程教學(xué)目標(biāo)，注重愛國情懷、職業(yè)素養(yǎng)、工匠精神等的培養(yǎng)。實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與德育教育的同向同行、有機(jī)融合，將專業(yè)素養(yǎng)和社會(huì)主義核心價(jià)值觀相結(jié)合，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

3.7 開展考核方式改革，實(shí)現(xiàn)多元化評(píng)價(jià)。

以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為中心，重設(shè)課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)。課程考核采取定性考核與定量考核、成果考核與過程考核相結(jié)合。根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案及學(xué)校相關(guān)管理辦法，明確課程目標(biāo)、確定考核方式?？偝煽?jī)由過程成績(jī)（占40%）和期末成績(jī)（占60%）組成。過程評(píng)價(jià)由課堂表現(xiàn)、課前自主學(xué)習(xí)、作業(yè)、平時(shí)測(cè)驗(yàn)、課程論文等部分組成，并設(shè)定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，使過程性評(píng)價(jià)更加科學(xué)化、可視化。

4 結(jié)束語

自動(dòng)原理課程作為自動(dòng)化等專業(yè)的基礎(chǔ)課，在整個(gè)人才培養(yǎng)課程體系中具有重要作用。落實(shí)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，以能力培養(yǎng)為主線，不斷推動(dòng)教學(xué)改革探索與實(shí)踐，同時(shí)將科技發(fā)展前沿成果、思政元素等引入課程，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。課堂教學(xué)中，突出教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的理念，教師是導(dǎo)演、主要演員之一，學(xué)生是主演。教師從傳統(tǒng)課堂中教學(xué)主導(dǎo)者變成學(xué)生學(xué)習(xí)的幫助者、引導(dǎo)者和促進(jìn)者，學(xué)生由知識(shí)的被動(dòng)接受者變成課堂活動(dòng)的積極參與者。以能力為目標(biāo)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為核心，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新調(diào)整和優(yōu)化，理順各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)更加富有挑戰(zhàn)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生課堂參與度，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。通過開展課程建設(shè)和課堂教學(xué)改革，提升課堂教學(xué)效果。

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