自動控制原理混合式一流本科課程教學改革研究

張淼 介婧

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

關(guān)鍵詞 自動控制原理；線上線下混合式；教學改革；教學模式

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.14.009

為貫徹黨的十九大精神，落實“立德樹人”根本任務(wù)，教育部全面推進一流課程“雙萬計劃”建設(shè)，加快形成中國特色、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，浙江科技學院（以下簡稱“我校”）對創(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，又具有課程育人時代性、針對性、實效性的一流本科課程[2]。

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

1教學現(xiàn)狀分析

本課程目前的教學中存在以下問題：①缺乏對學生的思政教育。該課程內(nèi)容信息量大，學生對控制理論的實際工程應(yīng)用了解很少，對控制論的發(fā)展脈絡(luò)不清楚，因而對課程的重要性認識不足；課程教學中往往會偏重追求知識的掌握，而忽略了對學生思想政治的再教育。②教學模式傳統(tǒng)，多媒體應(yīng)用不足。當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，然而線上學習的反饋信息通常滯后于線下課堂，無法與授課同步進行，抑制了學生的積極性和主動性，學生課堂參與度低，注意力容易分散。③偏重知識獲取，工程實踐能力欠缺。學生在學習過程中只關(guān)注公式應(yīng)用，缺少學習的自主性和創(chuàng)造性，不會應(yīng)用所學知識去分析解決實際工程問題；而且課程教學中實際控制工程的項目案例涉及較少，實驗與理論內(nèi)容相對分立，難以提升學生的工程實踐能力。④課程考核缺少過程評價。當前課程總評成績由平時成績、實驗成績和卷面成績?nèi)糠謽?gòu)成，缺少對學生學習過程的評價，導(dǎo)致教師不能及時掌握學生的學習情況，不能根據(jù)教學反饋及時調(diào)整教學內(nèi)容和教學手段，也不能有效調(diào)動學生的學習積極性。

2教學改革要解決的重點問題

針對課程教學現(xiàn)狀，以建設(shè)自動控制原理一流本科課程為目標，教學改革應(yīng)著重解決以下幾個問題。

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

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

③如何以學生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，探索多元化實踐教學。自動控制原理課程的實際操作，是以培養(yǎng)工程型人才為目標，理論與實踐聯(lián)系密切。如何以學生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，結(jié)合控制工程實際需求，探索多元化的實踐教學模式，在教學過程中有意識地培養(yǎng)學生的工程意識，注重弘揚工匠精神，漸進培養(yǎng)學生解決自動化及相關(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，完善課程評價與持續(xù)改進機制。OBE教育理念關(guān)注對學生學習的實際產(chǎn)出進行分析，制訂成績考評體系并建立持續(xù)改進機制。如何構(gòu)建線上線下混合式教學考核方式，使課程評價體系從結(jié)果評價轉(zhuǎn)向結(jié)果與過程評價相結(jié)合的方式，并且基于多元過程數(shù)據(jù)進行課程目標達成度分析及持續(xù)改進，助力課程目標及畢業(yè)要求有效達成。

3教學改革的主要措施

3.1融入思政元素

在課程教學改革中，將思政教育融入整個教學，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]，深入挖掘自動控制原理課程的思政元素，明確課程的思政教學目標，系統(tǒng)設(shè)計德育遞進路徑，完善課程的教學大綱。將自動控制原理課程的教學設(shè)計與先進控制、人工智能等前沿性問題相銜接，與工程實踐相融合，充分挖掘控制領(lǐng)域大國工匠事跡、大國重器最新成果、時事事件等有機融入教學內(nèi)容，將控制理論及技術(shù)的專業(yè)教學與思政教育進行有機融合。

教學組織上，采用協(xié)同增效的課程思政教學模式，課前教師根據(jù)素質(zhì)目標挖掘思政元素，設(shè)計單元任務(wù)書，初步建設(shè)課程思政案例庫，在教學內(nèi)容中融入生活案例、工業(yè)案例以及科技熱點前沿。課中階段，教師和學生模擬工程師實戰(zhàn)，通過教學實踐培養(yǎng)學生的系統(tǒng)觀、科技發(fā)展意識、責任與擔當。課后階段，教師根據(jù)學生的獲得感和提出的問題及時進行教學反思，進一步豐富思政案例庫。通過這種協(xié)同增效的教學模式，將思政教育貫穿于自動控制原理教與學的全過程，構(gòu)建師生共同體，實現(xiàn)知識傳授與價值觀協(xié)同發(fā)展，培養(yǎng)學生的民族自信和愛國情懷、科技強國的責任意識和創(chuàng)新精神。

3.2創(chuàng)新智慧教學模式

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

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

3.3探索多元化實踐教學

針對自動控制原理課程理論性強的特點，教師在理論教學中結(jié)合工程應(yīng)用增加實操練習環(huán)節(jié)，將純理論的教學內(nèi)容實驗化，能夠增強學生的主觀能動性，激發(fā)學生的創(chuàng)造力。授課過程中培養(yǎng)學生應(yīng)用MATLAB分析與設(shè)計控制系統(tǒng)的能力，包括用MATLAB分析控制系統(tǒng)的時域性能、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，增加理論知識的實用性。選擇符合所教專業(yè)的工程實例，著重介紹工程應(yīng)用的思路，在課堂上開展實踐化演練，讓學生自己動手仿真做實驗，加深學生對知識的理解和應(yīng)用。

在課程實驗教學中，增加設(shè)計性實驗和綜合性實驗，以實際控制工程項目案例為牽引，將實驗項目分為構(gòu)思、設(shè)計、實施、操作四個環(huán)節(jié)，分小組進行組內(nèi)協(xié)同；推進理實協(xié)同學習方式[5]，引導(dǎo)學生通過理論學習提出解決方案，注重讓學生在做中學，使學生從“不會”到“解決一定難度的問題”，實現(xiàn)從知識到能力的轉(zhuǎn)化。教師設(shè)置合理的階段性過程評價，激發(fā)學生學習的主動性和創(chuàng)造性，最大程度上實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合，從而提高學生獨立分析系統(tǒng)和實驗的技能，漸進培養(yǎng)學生解決自動化及相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。進一步以學生工程能力培養(yǎng)為主旨，著手建設(shè)虛擬仿真平臺，豐富課程綜合實驗項目內(nèi)容及實驗手段，打破時間地點的限制，讓學生能夠隨時完成實驗。

3.4線上線下混合式教學考核方式

線上線下混合式教學改革為自動控制原理課程設(shè)計了多元化的課程評價機制，并借助雨課堂及時統(tǒng)計、反饋學生學習情況和成績，推動課程評價管理數(shù)字化、智能化。為有效達成課程目標，本課程構(gòu)建了線上線下混合式教學考核方式，具體為總評成績=線上考核+線下考核+實驗考核+期末考核，其中，線上考核包括在雨課堂布置的線上任務(wù)、課堂測試和階段測試，用來評定學生的學習態(tài)度及對所學內(nèi)容的掌握程度；線下考核主要為線下作業(yè)，用來督促學生及時鞏固所學知識并應(yīng)用；實驗考核包括預(yù)習報告、實驗過程和實驗報告，用來評定學生的學習態(tài)度、操作能力和學習效果；期末考核采用閉卷考試形式，綜合評定學生的知識掌握和獨立解決控制問題的能力。多元化的課程評價機制有利于建立良好的課堂生態(tài)，激發(fā)學生學習的自主性。授課結(jié)束后，基于多元過程數(shù)據(jù)進行課程目標達成情況分析，對學生的學習效果進行評價，作為課程教學質(zhì)量持續(xù)改進的重要依據(jù)，助力課程目標及畢業(yè)要求的有效達成。

4教學改革實施成效

自動控制原理線上線下混合教學模式在近三年逐漸推進，對課程在線過程考核效果和近三年課程目標達成情況的分析結(jié)果表明，線上線下相融合的三部曲多維度智慧教學模式有效提升了學生理論學習的主動性和學習效果，多元化實踐教學模式加深了學生對自動控制原理知識的理解和應(yīng)用，提高了學生對實際工程控制問題的分析和解決能力。從教學數(shù)據(jù)統(tǒng)計和學生評價來看，學生課內(nèi)注意力顯著增強，對課程的主動參與意識提高，對教師的教學滿意度提升。本課程教學改革得到學生的普遍認可，學生評教持續(xù)優(yōu)秀，并于2020年春被認定為校優(yōu)質(zhì)課堂、2021年獲教學質(zhì)量優(yōu)秀獎。

5結(jié)語

自動控制原理線上線下混合式一流本科課程教學改革始終堅持以學生為中心、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)新多維度智慧教學模式，探索多元化實踐教學方式，完善課程評價與持續(xù)改進機制，為培養(yǎng)適應(yīng)時代需求的新工科應(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)“自動控制原理”（浙教辦函〔2022〕352號）；2021年度浙江科技學院校一流本科專業(yè)課程建設(shè)項目“自動控制原理”（2021K1）；2022年度浙江科技學院校級課程思政示范課程“自動控制原理”（2022-KS2）。

參考文獻

[1]王昕，華臻，隋金雪，等.“自動控制原理”一流本科課程教學建設(shè)探索[J].教育教學論壇，2021（47）：71-74.

[2]金紅嬌，羅時光，齊峰.新工科背景下“自動控制原理”教學改革研究與實踐[J].無線互聯(lián)科技，2022，19（6）：163-164.

[3]朱文興.“自動控制原理”課程思政教學案例設(shè)計與實踐[J].電氣電子教學學報，2021，43（5）：16-19，38.

[4]王秀珍，王粉梅，裴斌.基于雨課堂的智慧教學模式構(gòu)建[J].計算機教育，2018（4）：139-142.

[5]張麗，介婧，朱文.基于OBE-CDIO理念的自動控制原理課程教學改革探索與實踐[J].高教學刊，2021，7（36）：128-131.