自动控制原理实验全英文授课实践与探索

杨婷婷 王长青 刘文泉 郑新

摘要：本文探讨了国际化合作办学背景下自动控制原始实验课程的全英文教学模式和方法，提出了針对国际班教学的教学体系，总结了目前采用的全英文教学方法和手段。实践证明，该套模式已取得良好的效果，提高了学生的学习兴趣和实验创新能力。

关键词：自动控制原理实验；全英文授课；教学体系；教学方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）17-0151-02

目前，西北工业大学自动化学院电气工程及其自动化专业的国际班由中国学生和留学生共同组成，授课教学全部采用全英文模式。因此，任课教师除了具备扎实的自控原理专业知识、实验技能及良好的英语功底外，还应能结合自动控制原理实验（全英）课程特点，研究并采用合适的教学内容体系和方法讲授该课程，实现该课程的预期成效，使学生受益。

一、教学体系

（一）课程教学体系

自控原理实验（全英）课程是自控专业的专业核心课程，学生只有很好地理解和掌握控制原理的基础知识和实验技能，才能继续学习好后续的其他专业课。因此，结合自控原理实验室的实际情况，本着“夯实基础，提高能力”的指导思想，提出了自控原理实验（全英）课程教学体系结构。该课程教学体系由两类模块构成，一类是常规实验，按照自控原理章节编排依次选定10个最具代表性的实验内容培养学生的实践能力，加深理解基础理论知识；另一类是基于MATLAB的综合实验，所选的实验内容不再停留在简单的理论验证上，而是培养学生具有设计、开发和综合的实践创新能力。

（二）教材体系

优秀的英文原版自控原理实验教材较少且年份久远，其内容多为验证型实验，较少涉及自控原理实验背景知识的介绍及综合设计实验等内容。因此，面向中国学生和外国学生组成的国际班不能完全照搬国外的教材，应以优秀的英文原版教材为主要参考书，如Feedback Control of Dynamic Systems （6th Ed.）等，同时辅以自编的英文实验讲义Automation Control System Principle Experiment Guidebook，共同构筑自控原理实验（全英）课程的教材体系。自编的英文实验讲义着重介绍实验的背景知识、基本操作及实验报告写作规范等。对于课程伊始的验证性质实验，实验讲义中有配套的实验模板供学生学习报告写作，学生在完成实验后填写实验报告模板中留空部分（如重要的实验框图、实验数据记录表格和实验结论）即可；而随着实验课程的深入，学生将在教师的指导下最终完成设计综合实验，并撰写出完整流畅的英文实验报告。同时，在实验指导书的附录提供专业术语介绍和常用的数学公式表，如拉普拉斯变换表等，帮助学生对课程的理解和掌握。

二、教学方法与手段

（一）兼顾不同层次学生的学习要求

目前，国际班一般由中国学生和来自非洲、亚洲等不同地区的留学生组成。由于学生们的背景不同，学生的数学基础、电路基础、英语程度、接受能力、思维习惯和特点都具有一定的差异。一般来讲，中国学生的数学基础较好，分析能力较强，英语表达能力相对较弱，教学时的重点可放在综合型实验的设计、分析和完成以及实验报告的规范书写。留学生的数学基础和电路基础偏弱，对某些自控原理基础知识的理解不够深刻，教学时可以多强调常规实验的分析与完成。另外，为保障实验质量，应将中国学生与留学生搭配分组，加强留学生与中国学生的相互交流学习，帮助留学生融入陌生的学习环境，克服对环境的不熟悉造成的学习障碍，顺利完成实验任务。

（二）以问题为引导的自主学习教学方法

克服传统实验课程中老师与学生之间简单的教与学的关系弊病，在原有教师授课、学生实验验证、实验结果分析的基础上，增加基于MATLAB的控制系统设计、结果分析、学生自主讲课、结果研讨与实验意见反馈等环节。使所有学生在实验课前，通过实验原理课件了解实验目的、方法，利用控制专业理论课学习到的知识，开展控制器设计与数字仿真，并对仿真结果进行分析。在课堂上，教师只需简要介绍实验环境，将更多的时间留给学生，以随机的方式抽取学生进行实验原理与方法的讲课，对课前的仿真分析结果进行介绍，作为教师在该过程中更多地去引导与提问。利用现有实验环境，由学生对课前设计的控制器结构与参数进行实验验证，对实验中暴露的设计与实验结果的不一致性等问题进行分组分析、讨论。通过以上措施，使学生成为控制专业实验课的中心与主体，主动地开展设计与实验验证，有助于提高学生独立设计、分析与解决问题的能力，增强动手能力与兴趣，并提升工具软件的使用能力。

（三）开放式实验室

实现开放式的实验教学方式，鼓励国际班学生多学、多想、多动手、多动脑，鼓励学生依据理论教学的内容自主地设计实验，指导教师将回答学生提出的所有问题并给予指导，但对设计中遇到的问题，不会提供一个详细的解决方案，只是进行适当的指导。学生必须要通过自己的努力，完成方案设计并通过实验进行验证。实验室提供了开放的实验环境，不拘泥于课内与课外，只要学生有实验需要，实验室会给予鼓励并提供实验场所与设备。目前，实验室可提供的控制对象有温度控制、直流电机和步进电机，学生可在此基础上完成相应的控制系统开发与设计。

（四）面向过程的考核方法

成绩的最终判定一直是学生关注的焦点，具有“指挥棒”的作用。单纯从实验报告中的实验结果来判定实验能力忽略了实验过程中设计与分析能力的因素。因此在实验教学的全流程：控制系统设计综合实验、结果分析、自主讲课、团队实验、实验结果、意见反馈等环节均增加考评打分项，并将对学生实验课的综合评分划分为如下方面：平时实验报告成绩（35%）、实验操作（20%）、实验讲解与分析（20%）、综合实验（20%）、意见反馈（5%）。

三、教学成果

在教学过程中，以问题提出为导入，以互动指导为手段，辅以综合实验为加强，通过多元化授课平台、立体式教学环境与面向过程的考核体系建设，激发各层次学生乐于思考、探索创新的意愿。目前这种教学模式和方法已经取得了良好的开端，促进了学生发现问题与解决问题能力的培养，驱动了自主式实验验证能力的形成。

本课程的10个基础实验和综合实验内容分别对应于自控原理课程基础知识不同章节的重点和难点，知识涵盖面较广，基础性和创造性兼而有之，内容难易适中。从过往3届学生总成绩统计可以看出，所有中国学生已经能够较好地完成实验任务，并对实验结果做出正确的判断和总结，中国学生普遍反映该课程难度适中，基础实验增强了他们独立完成实验任务的信心和能力，综合实验虽有难度，在教师的指导下通过查找资料也能顺利完成。外国学生普遍能完成基础实验，但完成综合实验任务的比例不高，还有少部分学生需要在老师或同伴的指导下完成实验任务和提交实验报告。

四、结束语

全英文教学是一种全新的教学模式，主讲任课教师会面临很大的挑战，还有很多方面值得我们进一步系统地学习、探究和完善，比如，如何进一步加强中国学生的创新能力的提升，外国学生的学习积极性不高，采用何种方法调动他们的学习兴趣等。

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