面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的自控原理課程教學(xué)改革研究

王海泉+王東云+溫盛軍+歐陽玲+王璦琿

摘 要 本文從二本院校學(xué)生和就業(yè)的實(shí)際情況出發(fā)，以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為目標(biāo)，改進(jìn)傳統(tǒng)理論教學(xué)為主的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)和考核模式，提出了以CDIO理論為基礎(chǔ)的遞階式雙語教學(xué)模式并結(jié)合答辯式考試的改革思路，并對(duì)存在的問題進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)控制原理 CDIO教育模式 遞階式雙語教學(xué) 答辯式考試

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.12.047

Abstract Based on the quality of undergraduates and the direction of employment of our university， according to the aim of training talent with engineering technology， inspired by CDIO educational framework， a reform strategy with hierarchical teaching method and defending based exam has been proposed and the existing problems have been discussed.

Keywords Automatic control theory； CDIO educational framework； hierarchical bilingual teaching method； defending based exam

1 教學(xué)改革必要性

“自動(dòng)控制原理”課程是我校自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)、測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)等電類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，通過對(duì)經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的講述，使學(xué)生掌握利用自動(dòng)控制技術(shù)的基本理論解決工程實(shí)際問題的思維方式和初步能力[1]。

在之前的教學(xué)過程中，以自動(dòng)控制原理為代表的自動(dòng)化專業(yè)核心課程（計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、過程控制與儀表、系統(tǒng)辨識(shí)、計(jì)算機(jī)仿真等），考慮到傳統(tǒng)考核方式（期末閉卷筆試）等對(duì)學(xué)生的要求，幾乎把85%的時(shí)間都花費(fèi)在復(fù)雜的理論講述當(dāng)中，造成學(xué)生無法很好地將理論與實(shí)際相結(jié)合，陷入了聽課、作業(yè)、筆試的怪圈。但事實(shí)上自動(dòng)化專業(yè)屬于應(yīng)用型較強(qiáng)學(xué)科專業(yè)，且二本院校大部分畢業(yè)生將走向?qū)?shí)踐能力要求更高的工作崗位，[2]這種傳統(tǒng)的“重理論輕實(shí)踐的應(yīng)試性學(xué)霸”的控制類課程教學(xué)方式和考核方式，顯然無法滿足以培養(yǎng)與國(guó)際接軌的應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。在這樣的現(xiàn)實(shí)下，從2012年開始我團(tuán)隊(duì)吸收先進(jìn)的CDIO教學(xué)理念，推進(jìn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的“做中學(xué)”的教學(xué)方式[3]和雙語授課模式，[4]團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的改革被學(xué)生、學(xué)校和上級(jí)部門認(rèn)可。

通過多年的教改研究，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在基于CDIO的雙語教學(xué)過程中，由于學(xué)生英語、高數(shù)、電路、等先修基礎(chǔ)課程水平和學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)需求的差異，出現(xiàn)部分同學(xué)因基礎(chǔ)較好感覺教學(xué)進(jìn)度慢而部分同學(xué)反映上課聽不懂的情況，導(dǎo)致學(xué)生喪失學(xué)習(xí)信心，曠課、抄作業(yè)、上課睡覺等情況時(shí)有發(fā)生；雖說采用了做中學(xué)的教學(xué)方式，但期末考試仍采用傳統(tǒng)的筆試考核，不僅無法系統(tǒng)地檢驗(yàn)所采用的CDIO教學(xué)模式的效果，還進(jìn)一步導(dǎo)致學(xué)生對(duì)英文敘述的知識(shí)點(diǎn)死記硬背、臨陣磨槍，等到在實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文當(dāng)中用到相關(guān)知識(shí)時(shí)，已經(jīng)忘得一干二凈，更遑論靈活運(yùn)用了。在這樣的現(xiàn)實(shí)和“互聯(lián)網(wǎng)+”快速發(fā)展的新形勢(shì)下，我們提出了結(jié)合具體被控對(duì)象的遞階式雙語教學(xué)模式并結(jié)合答辯式考試的改革思路，保證學(xué)生在掌握控制系統(tǒng)基本概念、原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2 教學(xué)改革思路

2.1 遞階式雙語教學(xué)模式

團(tuán)隊(duì)首先更新了沿用多年教材，采用Katsuhiko Ogata編寫的《modern control engineering》第五版，[5]新版教材結(jié)合詳實(shí)的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例對(duì)復(fù)雜的控制理論進(jìn)行深入淺出的闡述，通過豐富的工程應(yīng)用實(shí)例，理論聯(lián)系實(shí)際，有利于學(xué)員理解知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)掌握英文的專業(yè)詞匯；

在教學(xué)方面，在開課初期，作為自控課程的基礎(chǔ)，盡可能多地采用中文口述加英文教材和PPT的形式講述基礎(chǔ)理論，同時(shí)強(qiáng)調(diào)關(guān)于控制理論專業(yè)詞匯的把握（如開環(huán)/閉環(huán)系統(tǒng)、前向/反饋通道等），在學(xué)生適應(yīng)雙語授課環(huán)境和方式之后，在課程中后期，淡化復(fù)雜的根軌跡繪制等過程分析，增加具體的工程實(shí)例，逐步加大英語授課的比重，但根據(jù)后半部分教材難點(diǎn)較多的情況，在關(guān)鍵內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容處仍輔以中文講解，并鼓勵(lì)學(xué)生使用英語進(jìn)行提問和課堂討論，要求學(xué)生使用英語完成課后作業(yè)。更進(jìn)一步，課程組開發(fā)“Modeling and Analysis of DC Position Control System”等一系列設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)替代傳統(tǒng)的基于電路的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，按照CDIO教育模式的要求，由學(xué)生按照自控原理教材的建模、分析、校正這一主線自主完成直流電機(jī)的位置/速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2 考核方式改革

筆者在2015年曾赴英國(guó)伯恩茅斯大學(xué)訪問一年，受到國(guó)外課程需要查閱大量書籍資料才能完成的大作業(yè)、每名學(xué)生都須接受老師面對(duì)面質(zhì)詢的考試等與國(guó)內(nèi)截然不同的考核方式的啟發(fā)，我們從克服傳統(tǒng)筆試考核造成的考前突擊、考完就忘的弊端，更真實(shí)地檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，督促學(xué)生更深入理解復(fù)雜控制理論并熟練應(yīng)用的角度出發(fā)，提出了答辯式期末考試的新思路。

課題組將自控原理的重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)和提煉，準(zhǔn)備了分為基本（基本定義）、中等（綜合題）、提高（工程應(yīng)用）三個(gè)等級(jí)的各10個(gè)英文問答題，在參加答辯的課題組3位老師的監(jiān)督下，由參加答辯的學(xué)生從三個(gè)難度等級(jí)的題庫中隨機(jī)各抽取一個(gè)題目，準(zhǔn)備10分鐘之后參加答辯，答辯由簡(jiǎn)單的基本題開始，避免學(xué)生因緊張而發(fā)揮失常，整個(gè)過程要求采用英語表述論點(diǎn)。答辯成績(jī)?yōu)榫C合三位答辯教師針對(duì)學(xué)生英語表達(dá)、觀點(diǎn)陳述、板書、現(xiàn)場(chǎng)提問等方面給出評(píng)價(jià)，如學(xué)生對(duì)答辯過程發(fā)揮不滿意，可以申請(qǐng)進(jìn)行復(fù)答辯。endprint

在整個(gè)答辯式考核執(zhí)行過程中，關(guān)鍵是如何設(shè)計(jì)能覆蓋大部分知識(shí)點(diǎn)、難易適度且結(jié)合工程實(shí)際的答辯題目。對(duì)于基本題，以定義、定理和判據(jù)等基礎(chǔ)知識(shí)的考核為主，如系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件、根軌跡的定義等等；中等難度題以課程難點(diǎn)考核為主，如系統(tǒng)時(shí)域下和頻域下的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性的判斷方法等；而提高題的設(shè)計(jì)將控制理論與工程實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，考察學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，如怎么去除反饋環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)的高頻噪聲干擾、如何從記錄的系統(tǒng)頻域特性曲線出發(fā)建立對(duì)象數(shù)學(xué)模型等。通過對(duì)上述問題的闡述，老師能夠更從專業(yè)知識(shí)的理解能力、表達(dá)能力、文獻(xiàn)查詢以及閱讀歸納能力等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合考核，同時(shí)也能夠通過答辯準(zhǔn)備過程，督促學(xué)生深入理解基本概念、原理，提高綜合運(yùn)用能力。

在此基礎(chǔ)上，課程組還建設(shè)了自控原理雙語教學(xué)網(wǎng)站，不僅上傳了教師講課視頻并錄制了45個(gè)課時(shí)的自控原理慕課視頻，[6]便于學(xué)生課下復(fù)習(xí)，而且設(shè)置了在線答疑和作業(yè)提交系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題。

3 成果與反思

在課題組教師的共同努力下，上述開始改革內(nèi)容已經(jīng)在我校自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化、兄弟院校黃淮學(xué)院的機(jī)械電子工程專業(yè)的自動(dòng)控制原理課程以及我?？刂评碚撆c控制工程專業(yè)的研究生課程控制工程實(shí)踐當(dāng)中推行，學(xué)生反映良好。相關(guān)改革內(nèi)容得到上級(jí)部分的充分支持，教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2013年被評(píng)為河南省高等學(xué)校教學(xué)團(tuán)隊(duì)，自控原理課程于2014年獲評(píng)河南省高校雙語教學(xué)示范課程，研究生課程“控制工程實(shí)踐”的教學(xué)改革研究受到我校2015年研究生教育優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項(xiàng)目資助。團(tuán)隊(duì)教學(xué)通過走出去引進(jìn)來的方式提高自身水平，兩名教師完成博士后科研工作，兩名教師在英國(guó)伯恩茅斯大學(xué)攻讀博士學(xué)位，同時(shí)團(tuán)隊(duì)與英國(guó)伯恩茅斯大學(xué)、日本東京農(nóng)工大學(xué)等國(guó)際知名高校定期互訪并召開研討會(huì)，建立了良好合作關(guān)系。

雖說課程改革進(jìn)展順利，但還存在以下兩方面的問題需要進(jìn)一步探索：

（1）與其他課程打通：控制類核心課程還包括系統(tǒng)辨識(shí)、計(jì)算機(jī)控制、過程控制、計(jì)算機(jī)仿真等，且也是強(qiáng)調(diào)實(shí)際工程應(yīng)用的重要課程，能否將這些課程與自動(dòng)控制原理這一核心基礎(chǔ)課程打通，形成逐步加深、反復(fù)理解、遞階式的學(xué)習(xí)模式，同時(shí)設(shè)計(jì)更有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和考核內(nèi)容，保證學(xué)生全面、系統(tǒng)掌握三、四年級(jí)所學(xué)的專業(yè)課程內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握能力。

（2）減少答辯過程主考官主觀因素影響：對(duì)于答辯式考試，避免由考官的喜好決定成績(jī)高低的主觀因素影響是迫切需要解決的。這就要求我們考慮如何對(duì)考核標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，從答辯題庫、細(xì)化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范申訴程序等方面進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)致研討，確保答辯過程和結(jié)果的公平公正。

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河南省高校雙語教學(xué)示范課程 （河南省教育廳教高〔2015〕34號(hào)）

河南省高校課程教學(xué)團(tuán)隊(duì) （河南省教育廳 教高〔2013〕645號(hào)）

中原工學(xué)院研究生教育優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項(xiàng)目

參考文獻(xiàn)

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