专业基础课在工科应用型人才培养上的教学方法探索

丁肇红　陈岚　叶银忠　蒋文萍

摘 要 本文结合电气类专业特点和应用型本科人才培养的要求，对专业基础课如何提高教学效果、培养学生的应用性能力，提出了一些切实可行的教学方法。

关键词 专业基础课 工程案例教学法 开放性实践教学法

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.02.042

Abstract In this paper， combined with specialty requirements for electrical characteristics and application-oriented personnel training， basic course on how to improve teaching effectiveness， students of applied sexuality， made a number of practical teaching methods.

Key words basic professional course； engineering case teaching methods； open practice teaching methods

针对我校适应新的高等工程教育发展形势，提高应用型本科教育，怎样培养创新应用型人才就显得特别重要。当今理论与实践相脱节的情况还比较严重，在应用型人才培养过程中必须强调理论与实践相结合，学生综合运用所学专业基础知识解决工程中的实际问题能力还有待提高。在基础专业教学过程中，为了培养适合社会和企业需求的应用型人才，应该紧密结合专业应用行业的特色，注重学生的工程创新能力培养。本文结合我校电气类专业特点和人才培养的要求，把电气类应用型本科人才培养重点放在“应用”，如何解决专业基础课在培养工科应用型技术创新人才上的教学研究起着关键的作用。

1 专业基础课教学的现状

电路、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制原理等专业基础课既是电类专业大平台课程又是电气工程及其自动化专业卓越计划的核心课程。一是专业基础课的本科大学传统教学方法过于强调理论知识而忽视了实践性知识，现有的理论教材上也缺少时代工程实例与理论的结合。二是学生对专业理论课程的掌握往往只停留在单个知识点上，综合应用能力得不到锻炼。三是教学的时效性不强。

针对上述问题，本文研究适合新时代的工程教学案例教学方法和开放性实践教学方法，真正把工程案例教学贯穿于整个教学中，在授课过程中，把工程案例与理论知识结合起来，把开放性实践与理论知识点相结合，作为专业基础课教学改革的新方向，实现教育部和学校提出的应用技术类本科高校的教学改革培养计划。

2 工程应用案例教学法研究

2.1 工程案例教学方法内涵

专业基础课的知识点内容繁杂，很多学生学起来茫无头绪。工程案例教学的内涵就是：在教学中从实际的工程例子入手，结合课程内容再把工程应用上升到理论知识点。例如在自动控制原课程，其在工科基础课中属于理论性很强的专业基础课。它是用抽象的数学语言描述、分析控制系统和控制过程，涉及到一些理论推导，相对比较抽象，是一门既有理论深度和实践难度的课程。大部分学生在学习自控理论时，虽然学习了自控原理的思想，但不能用这些理论去解决实际的问题。自动控制原理授课之初先提出一个实际控制系统的工程项目实例，任课教师到自动化企业获取实际控制系统有关图纸，设计说明书等或教师的科研项目，以实际控制系统应用案例为主线，贯穿课程的数学模型、系统分析，系统设计等所有内容，使学生对自动控制系统有一个整体的概念，授课过程中始终围绕这个工程实例展开理论知识点。

2.2 工程案例教学的内容探索

所谓工程案例教学的内容探索就是从浅入深的方式，结合工程中遇到问题实例，讨论挖掘专业基础课的各种原理在工程中的实际应用。对这些实际应用可以采用问答式和启发式结合教学，正面启发引导学生思考问题，锻炼学生分析实际问题能力，从而培养学生探索专业知识在工科领域的创新点，而对于学生们不熟悉的专业知识内容，还是以常规教学方法教师讲解为主。下面以自动控制原理专业基础课展开。

第一阶段即是对绪论的阐述。自控课堂教学的第一课绪论部分，对工科学生学习自控知识在工程兴趣上的培养具有不可低估的作用。让学生首先从日常生活中去寻找它们，如家里的洗衣机、电饭煲、冰箱、高楼水箱、商场里的电梯控制等。老师可以利用多媒体技术形象直观地展示本课程在当今科技发展中的巨大作用，播放视频及图片，如磁悬浮列车，机器人控制、宇宙航行、导航控制、无人机自主飞行控制等，通过生动的实例，将本课程的发展方向和现实存在的难点及瓶颈展示给学生，从而引导学生渴望探求新知识新想法的欲望。

第二阶段即为针对上述绪论中的工程案例中引出控制系统数学模型的建立，给学生们布置几个实例分析的作业。如让学生分组查找水箱系统、磁悬浮系统和移动机器人控制系统的案例，通过建立水箱、磁悬浮系统和移动机器人的数学模型，学生们不仅学会了应用微分方程和传递函数的知识，而且概括了将具体的物理系统如何通过定量的换算总结为一般规律的数学描述，充分体现了学生分析实际物理对象，建立实际物理对象数学模型的一种方法。这种分析能力的建立，对工科应用型的能力培养具有重要的作用。

第三阶段针对第二阶段工程案例的数学模型建立，引入控制系统性能分析的案例教学，从时域法、根轨迹法和频域法分析系统的稳定性、准确性和快速性。第三阶段是自控分析方法的三大分析方法，是一个很重要的阶段，一方面注意引导学生掌握几个基本组成的典型环节特性，另一方面启发学生们对控制系统进行时域、根轨迹、频域的分析，使系统达到大多数品质指标的要求。在单位阶跃信号的激励下，分别验证前面水箱、磁悬浮系统和移动机器人的三个工程案例稳定性的性能，分组讨论，性能指标达不到要求，为下一阶段的课程学习做铺垫。

第四阶段是在控制系统三大分析讲授完毕后，对系统的工程案例分析进行综合，性能指标达不到要求，进行重新设计控制器，这样训练学生系统综合应用的能力。为了完成一个控制系统的综合设计最重要的一步便是对系统性能指标进行分析。首先要对控制系统的组成做一个比较全面的分析和判断，理解这些系统的每个部件的作用和组成环节的必要性。例如上述在系统物理建模这一部分已经得到了磁悬浮系统的模型，利用MATLAB工具对已经得到的系统模型进行一些特性分析，为设计控制器提供理论指导。通过磁悬浮系统性能分析，可以知道系统本身开环是不稳定的，因此添加控制器使系统稳定且满足快速性和稳态误差的性能指标。其次对于涉及磁悬浮控制系统中的部分部件、执行机构或测量机构及控制环节可能学生们并不清楚，老师应进行介绍，给出相关环节的功能介绍及导出其传递函数，目的对系统进行全面分析。最好的案例分析是将学生带入工程的现场，通过现场讲解和分析讨论，将工程实例分析由浅入深、由概念到工程、由知识到能力，逐步加深对自动控制原理数学建模、系统分析、系统综合的理解和案例逐步应用。

2.3 工程案例教学法特色

案例教学法主要是提高学生对理论知识的理解和应用能力，提高和培养学生对案例的分析、总结、概括的能力。工程案例教学法首先是一种以案例为基础，对案例进行讨论、批判的过程。在讨论和批判的过程中，引出学生的思考，并吸引学生自助查阅相关文献、资料，学生在学习的过程中既培养了自主分析问题的能力，也提高了学习的积极性、提高了学习的自信心，并且能对理论知识有一个更加具体的认识。在学习的过程中，学生不可避免地会产生一些错误，而学习的本质在于形成一定的关联，而一定的关联要通过反复地尝试和出错中建立，并通过老师的引导，实现实践与理论知识的相互联系。

3 开放性实践教学方法研究

3.1 强化“应用型”的教育理念

开放性实践教学环节是课堂理论教学如何应用和巩固的重要环节和必须手段之一，也是发挥学生创造性思维的重要途径之一，是在认知性和理论性上进行更高层层次的实践活动，目的在吸收课堂理论教学内容，提高学生动手能力。开放式实践教学必须调整专业基础课程方向、专业知识结构分布、更新理论教学内容、提高实践教学环节、改革教学方法和教学手段。开放式实践教学要突出体现学生的主观能动性。为了强化“应用型”的教育理念，必须合理调整实践教学内容，提升大学生创新能力。要求转变教师上课的角色，把老师从常规实验教学以讲解实验知识点，课堂验证实验为主，转变成以策划、引导、管理、监控和评估开放式实践内容为主，把教师“从课上的主角转变为课下的导师”；倡导学生主动性学习，通过逐渐开放专业实验室和课程网络教学资源，吸引学生利用课外时间进入实验室开展案例工程实践活动，使学生热爱进入创新实践基地，在与同学参与实践的过程中不断挖掘学习潜能和同学们合作精神，通过这样的 “应用型”教学，也提高教师的教学效率和实践教学指导效果。

3.2 开放性实践教学内容实施

重视以学生为主体的“理论与实践的紧密结合”，研究如何指引学生边学边动手，以“做”促“学”，在“学和做”交替循环的氛围中进行。以自动控制原理为例展开，在前面的工程案例教学中，提出了磁浮列车这个工程案例，通过案例的教学，学生查找了资料，建立了数学模型，利用MATLAB软件分析了系统的性能，同时也设计了控制器。然而学生如何操作完成整个工程案例，靠课堂的教学是无法完美完成的，这样就要求同时开放学校的实验室，让学生课外时间以小组的形式进入实验室，老师有时间再加以指导，学生有问题随时和教师见面或在网络上沟通。从第一节课绪论开始，学生就自主地参与到案例教学和开放式实践教学中，而不是完全的理论教学内容。这种理论和实践的结合在教学的大部分内容中都参杂在其中，有利于激发学生的学习兴趣。因此构建由“工程案例训练到实践能力训练再到综合创新能力训练”的理论教学与实践教学紧密结合的开放式实践教学体系和案例教学体系显得很有必要。

4 总结

本教学模式的探索形成了以“基本理论、基础实践为基础，课堂案例教学为支撑，开放式实践为依托，科技训练为为拓展”的创新能力培养模式，以培养具有理论基础扎实和较强应用技能为目标的工程应用型创新人才。解决了常规实践教学的层面转变到开放式实践教学中的关键问题，大大提高了学生的实际动手能力。

论文项目资助号：10110T151026上海应用技术学院教学改革项目

参考文献

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[3] 张志刚，殷科生.加强应用型高校大学生科研能力培养的探索[J].当代教育论坛（上半月刊），2011（1）：50-51.