自動控制原理實(shí)驗(yàn)全英文授課實(shí)踐與探索

楊婷婷 王長青 劉文泉 鄭新

摘要：本文探討了國際化合作辦學(xué)背景下自動控制原始實(shí)驗(yàn)課程的全英文教學(xué)模式和方法，提出了針對國際班教學(xué)的教學(xué)體系，總結(jié)了目前采用的全英文教學(xué)方法和手段。實(shí)踐證明，該套模式已取得良好的效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：自動控制原理實(shí)驗(yàn)；全英文授課；教學(xué)體系；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）17-0151-02

目前，西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)的國際班由中國學(xué)生和留學(xué)生共同組成，授課教學(xué)全部采用全英文模式。因此，任課教師除了具備扎實(shí)的自控原理專業(yè)知識、實(shí)驗(yàn)技能及良好的英語功底外，還應(yīng)能結(jié)合自動控制原理實(shí)驗(yàn)（全英）課程特點(diǎn)，研究并采用合適的教學(xué)內(nèi)容體系和方法講授該課程，實(shí)現(xiàn)該課程的預(yù)期成效，使學(xué)生受益。

一、教學(xué)體系

（一）課程教學(xué)體系

自控原理實(shí)驗(yàn)（全英）課程是自控專業(yè)的專業(yè)核心課程，學(xué)生只有很好地理解和掌握控制原理的基礎(chǔ)知識和實(shí)驗(yàn)技能，才能繼續(xù)學(xué)習(xí)好后續(xù)的其他專業(yè)課。因此，結(jié)合自控原理實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，本著“夯實(shí)基礎(chǔ)，提高能力”的指導(dǎo)思想，提出了自控原理實(shí)驗(yàn)（全英）課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。該課程教學(xué)體系由兩類模塊構(gòu)成，一類是常規(guī)實(shí)驗(yàn)，按照自控原理章節(jié)編排依次選定10個最具代表性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，加深理解基礎(chǔ)理論知識；另一類是基于MATLAB的綜合實(shí)驗(yàn)，所選的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再停留在簡單的理論驗(yàn)證上，而是培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計(jì)、開發(fā)和綜合的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（二）教材體系

優(yōu)秀的英文原版自控原理實(shí)驗(yàn)教材較少且年份久遠(yuǎn)，其內(nèi)容多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，較少涉及自控原理實(shí)驗(yàn)背景知識的介紹及綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。因此，面向中國學(xué)生和外國學(xué)生組成的國際班不能完全照搬國外的教材，應(yīng)以優(yōu)秀的英文原版教材為主要參考書，如Feedback Control of Dynamic Systems （6th Ed.）等，同時輔以自編的英文實(shí)驗(yàn)講義Automation Control System Principle Experiment Guidebook，共同構(gòu)筑自控原理實(shí)驗(yàn)（全英）課程的教材體系。自編的英文實(shí)驗(yàn)講義著重介紹實(shí)驗(yàn)的背景知識、基本操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫作規(guī)范等。對于課程伊始的驗(yàn)證性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)講義中有配套的實(shí)驗(yàn)?zāi)０骞W(xué)生學(xué)習(xí)報(bào)告寫作，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)后填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板中留空部分（如重要的實(shí)驗(yàn)框圖、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格和實(shí)驗(yàn)結(jié)論）即可；而隨著實(shí)驗(yàn)課程的深入，學(xué)生將在教師的指導(dǎo)下最終完成設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)，并撰寫出完整流暢的英文實(shí)驗(yàn)報(bào)告。同時，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的附錄提供專業(yè)術(shù)語介紹和常用的數(shù)學(xué)公式表，如拉普拉斯變換表等，幫助學(xué)生對課程的理解和掌握。

二、教學(xué)方法與手段

（一）兼顧不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)要求

目前，國際班一般由中國學(xué)生和來自非洲、亞洲等不同地區(qū)的留學(xué)生組成。由于學(xué)生們的背景不同，學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、電路基礎(chǔ)、英語程度、接受能力、思維習(xí)慣和特點(diǎn)都具有一定的差異。一般來講，中國學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好，分析能力較強(qiáng)，英語表達(dá)能力相對較弱，教學(xué)時的重點(diǎn)可放在綜合型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、分析和完成以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范書寫。留學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和電路基礎(chǔ)偏弱，對某些自控原理基礎(chǔ)知識的理解不夠深刻，教學(xué)時可以多強(qiáng)調(diào)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的分析與完成。另外，為保障實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，應(yīng)將中國學(xué)生與留學(xué)生搭配分組，加強(qiáng)留學(xué)生與中國學(xué)生的相互交流學(xué)習(xí)，幫助留學(xué)生融入陌生的學(xué)習(xí)環(huán)境，克服對環(huán)境的不熟悉造成的學(xué)習(xí)障礙，順利完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

（二）以問題為引導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)教學(xué)方法

克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程中老師與學(xué)生之間簡單的教與學(xué)的關(guān)系弊病，在原有教師授課、學(xué)生實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，增加基于MATLAB的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)果分析、學(xué)生自主講課、結(jié)果研討與實(shí)驗(yàn)意見反饋等環(huán)節(jié)。使所有學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前，通過實(shí)驗(yàn)原理課件了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒎椒?，利用控制專業(yè)理論課學(xué)習(xí)到的知識，開展控制器設(shè)計(jì)與數(shù)字仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。在課堂上，教師只需簡要介紹實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將更多的時間留給學(xué)生，以隨機(jī)的方式抽取學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理與方法的講課，對課前的仿真分析結(jié)果進(jìn)行介紹，作為教師在該過程中更多地去引導(dǎo)與提問。利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)環(huán)境，由學(xué)生對課前設(shè)計(jì)的控制器結(jié)構(gòu)與參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對實(shí)驗(yàn)中暴露的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不一致性等問題進(jìn)行分組分析、討論。通過以上措施，使學(xué)生成為控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的中心與主體，主動地開展設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，有助于提高學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)、分析與解決問題的能力，增強(qiáng)動手能力與興趣，并提升工具軟件的使用能力。

（三）開放式實(shí)驗(yàn)室

實(shí)現(xiàn)開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，鼓勵國際班學(xué)生多學(xué)、多想、多動手、多動腦，鼓勵學(xué)生依據(jù)理論教學(xué)的內(nèi)容自主地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)教師將回答學(xué)生提出的所有問題并給予指導(dǎo)，但對設(shè)計(jì)中遇到的問題，不會提供一個詳細(xì)的解決方案，只是進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。學(xué)生必須要通過自己的努力，完成方案設(shè)計(jì)并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)室提供了開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不拘泥于課內(nèi)與課外，只要學(xué)生有實(shí)驗(yàn)需要，實(shí)驗(yàn)室會給予鼓勵并提供實(shí)驗(yàn)場所與設(shè)備。目前，實(shí)驗(yàn)室可提供的控制對象有溫度控制、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，學(xué)生可在此基礎(chǔ)上完成相應(yīng)的控制系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)。

（四）面向過程的考核方法

成績的最終判定一直是學(xué)生關(guān)注的焦點(diǎn)，具有“指揮棒”的作用。單純從實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來判定實(shí)驗(yàn)?zāi)芰雎粤藢?shí)驗(yàn)過程中設(shè)計(jì)與分析能力的因素。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全流程：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)、結(jié)果分析、自主講課、團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、意見反饋等環(huán)節(jié)均增加考評打分項(xiàng)，并將對學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的綜合評分劃分為如下方面：平時實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績（35%）、實(shí)驗(yàn)操作（20%）、實(shí)驗(yàn)講解與分析（20%）、綜合實(shí)驗(yàn)（20%）、意見反饋（5%）。

三、教學(xué)成果

在教學(xué)過程中，以問題提出為導(dǎo)入，以互動指導(dǎo)為手段，輔以綜合實(shí)驗(yàn)為加強(qiáng)，通過多元化授課平臺、立體式教學(xué)環(huán)境與面向過程的考核體系建設(shè)，激發(fā)各層次學(xué)生樂于思考、探索創(chuàng)新的意愿。目前這種教學(xué)模式和方法已經(jīng)取得了良好的開端，促進(jìn)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題能力的培養(yǎng)，驅(qū)動了自主式實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能力的形成。

本課程的10個基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別對應(yīng)于自控原理課程基礎(chǔ)知識不同章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，知識涵蓋面較廣，基礎(chǔ)性和創(chuàng)造性兼而有之，內(nèi)容難易適中。從過往3屆學(xué)生總成績統(tǒng)計(jì)可以看出，所有中國學(xué)生已經(jīng)能夠較好地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出正確的判斷和總結(jié)，中國學(xué)生普遍反映該課程難度適中，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了他們獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的信心和能力，綜合實(shí)驗(yàn)雖有難度，在教師的指導(dǎo)下通過查找資料也能順利完成。外國學(xué)生普遍能完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，但完成綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)的比例不高，還有少部分學(xué)生需要在老師或同伴的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)和提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

四、結(jié)束語

全英文教學(xué)是一種全新的教學(xué)模式，主講任課教師會面臨很大的挑戰(zhàn)，還有很多方面值得我們進(jìn)一步系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、探究和完善，比如，如何進(jìn)一步加強(qiáng)中國學(xué)生的創(chuàng)新能力的提升，外國學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，采用何種方法調(diào)動他們的學(xué)習(xí)興趣等。

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