“以学生为中心”理念下《自动控制原理》课程的教学改革探索与实践

李晓梅 陈学军 郭晓君

（莆田学院，福建 莆田 351100）

0 引言

《自动控制原理》课程是自动化专业及相关专业的专业基础课程，传统《自动控制原理》的课堂讲授一般存在教学内容偏多、理论基础知识多、课时受限、以教为主等问题，导致学生对该课程所学知识的应用能力不够高，缺少自主思考，而且传统的考核分为平时成绩及期末成绩，考核形式较单一，难以反映学生的真实学习状况。

改革是解决问题的途径，为提升教学质量，培养学生综合应用专业理论和技术手段去解决实际问题的创新思维、创新精神和创新能力，与学校应用型高级人才培养的需要相适应，以及为学生参加大学生科研、机器人大赛、创新创业、技能竞赛及做本科毕业设计进行有效的知识储备，本课程在教学设计及实施过程遵循以学生为中心原则，结合线上线下混合式教学法，不断推动教学改革探索与实践，同时将科技发展前沿成果、思政元素等引入课程，落实立德树人根本任务。

1 采用线上线下混合式教学法，培养学生的自主学习能力

1.1 教学模式改革，推动课堂革命

充分利用慕课与实体课堂各自的优势，本课题引进中国大学MOOC 平台的国家级精品课程《自动控制原理》，结合本校学生学习基础，进行异步SPOC 线上线下混合式教学。 异步SPOC 教学页面如图1 所示。

图1 异步SPOC 教学页面

坚持以学生发展为中心的教学理念，在混合式教学过程中注重采取有效的教学手段，如案例式教学法、讨论式教学法、合作式教学法、练习法等，积极采用信息化教学手段，提供多样化的学习任务，激发学生的学习热情和积极主动性，从而提升教学质量。

例如，线上教学部分采用自主学习法、练习法、课程讨论相结合，引导学生积极自主学习和完成线上（中国大学MOOC）测试、作业，通过后台学习数据分析，为线下课堂精准教学铺垫；然后，线下教学部分利用智慧教学工具（慕课堂），基于在线学习内容，主要采用案例式教学法、研讨式教学法、合作学习法、任务驱动法相结合。

其中，线下教学过程中，采用研讨式教学法情况，主要分为两方个面， 一方面基于学生线上学习完成情况，将其中章节测验的情况投屏展示给学生，特别的正确率较低的题目再现， 让学生之间相互探讨对错之分；另一方面，教师根据知识点，抛出一些主题讨论，实现对知识点巩固、强化或拓展等。采用练习法情况，一方面针对学生线上测验等暴露的问题，在课堂上进行集中讲评，特别是一些重难点、分析方法和设计方法，引导学生分析和认识问题；另一方面，线下采用练习法，当堂检测学生对重难点的掌握情况，如采用抢答形式，调动学生的学习兴趣，并引导学生讨论总结，保证学生当堂掌握相关知识点。 采用案例式教学法、合作学习法、任务驱动法情况[1]，一方面，以小组为单位，布置探究性案例、综合性案例分析或应用设计的学习任务，各小组合作完成并汇报，然后进行小组互评；另一方面，以教学实验现场为中心，可提前将实验操作过程进行录屏发布到平台，学生进行预先观摩， 然后现场对学生实验过程出现的问题进行指导，对教学内容进行实践升华。

1.2 多元化教学评价，提高学生学习的积极性

秉承以学生为中心的理念，同样需要对教学评价方式进行改革，注重过程化与个性化相结合、形成性评价与结果性评价相结合的考核方式，具体实施中主要有线上评价通过利用中国大学MOOC 平台发布学习资源和测验、作业、课程讨论等，线下评价利用慕课堂智慧教学工具采集课堂学习过程，线上线下评价相结合来加强对学生课堂内外、课前课中课后学习的评价，如小组互评、生生互评、师生互评、线上学习考核、线下课堂学习考核、线下作业考核、期末考试、课堂活动参与度等方式相结合[2]，从多环节多维度考察学生的学习投入度、学习成果和差异化能力，激发学生的学习动力和积极性，不断促进学生对课程学习的持续投入，让学生的自主学习行为真正发生，培养学生自主学习的能力。 以某个班级为例，学生考核成绩分布图如图2 所示。

图2 某班级考核评价结果

2 坚持问题导向，培养自主思考能力

教学设计过程中注重以问题导向， 引发学生思考，在线下课堂中，对教学内容多利用慕课堂智慧教学工具发布主题讨论，引导学生思考问题、分析问题来寻找答案。

例如，在讲到典型外作用函数知识点时，可以一问学生“这些典型外作用力可以模拟哪些情况？ 并进行举例”，引发学生思考，如此典型外作用函数就不是纯粹的数学表达式，让学生将理论学习和实际应用联系，方能更好地理解该函数的作用。 在学生参与讨论回答之后，可以从中选典型案例进行二问让学生针对性地深入剖析，比如学生回答“室温调节系统可以采用阶跃函数作为典型输入信号”， 则二问就让学生剖析“为什么室温调节系统可以采用阶跃函数作为典型输入信号？该阶跃信号模拟的是什么量？”如此循环相扣，培养学生知其然知其所以然的严谨的科学思维。

另外，通过线上学习监测和智慧教学工具监测的学生学习数据， 及时发现学生暴露的薄弱点和问题，坚持问题导向，进行知识点补强教学设计环节，让学生善于思考、明于思辨，比较分析自己知识点薄弱或容易做错的原因。

3 开展翻转课堂、小组讨论等多样化的教学活动，培养自主创新能力

《自动控制原理》理论知识偏多，学习起来比较枯燥，在教学过程中，除了利用信息技术手段和多元化的教学评价方式来调动学生的学习积极外，还可以通过开展翻转课堂、小组讨论等多元化、差异化的教学活动[3-4]，充分从内在激发学生的学习兴趣，培养学生的自主创新能力。 引入MATLAB 软件进行自动控制系统实例的分析与设计，引导学生用技术学习，理论和应用相结合，让学生学会从实践中寻找答案，举一反三，培养学生深度分析、发散思维、创新思维。

例如，讲授完“控制系统的数学模型”教学内容部分[5]，可分组进行实例建模设计任务，实例包含电枢控制直流电动机系统、双容水槽系统（无延迟）、电加热炉、电压测量装置、电力牵引电机车速控制系统、磁盘驱动读取系统、位置随动系统。每个任务点基本要求：含工作原理图/方框图、系统结构图、数学建模过程，单位阶跃信号输入下的MATLAB 仿真结果演示，并对结果进行分析。翻转课堂过程中，可以小组合作、讨论，小组展示，然后小组互评。

但是，翻转课堂得到小组互评结果后，还可以进一步升华， 要求每个人活动结束后应该学会总结、思考和反思。例如，活动后可以要求撰写小组总结，小结中需要针对翻转课堂上小组表现进行总结、回答思考题及自我评价。以上述翻转示例为例，思考题可设：本实例属于什么典型环节？ 为什么会出现这种情况？ 如果调整参数，结果会有什么变化呢？ 本实例适用于什么行业？ 而自我评价基本点可引导如下：本次控制系统实例建模设计任务中， 本人表现不错的地方有哪些？哪方面需要进一步提升？因此，翻转课堂活动最终成绩由两部分组成， 小组互评结果占总成绩的70%，小组总结报告占总成绩的30%。翻转课堂活动图如图3 所示。

图3 翻转课堂活动图

4 润物细无声，落实立德树人任务

授之以鱼不如授之以渔，当今时代，知识、技术发展迅速，对人才培养更是提出了更高的要求，这就要求教师不仅要关注学生学习，还要关注学习效果和学生发展，必须将知识传授、能力培养和素质养成有机融合。 因此，在教学过程中，有效利用信息技术手段，以学生为中心理念进行教学设计，转变传统课堂授课模式， 充分调动学生的学习积极性和自主学习的热情，提升学生的学习效率和学习质量，锻炼学生理论联系实际、 应用知识解决实际问题的能力和创新思维，培养学生团队协作、友善沟通的良好社交习惯，达到润物无声、潜移默化的教书育人的效果，从而实现立德树人的目标。

5 结论

技术为教育赋能，灵活应用教学平台（中国大学MOOC）、智慧教学工具（慕课堂）和MATLAB 软件进行《自动控制原理》课程的教学改革探索和实践，秉承以学生为中心的教育理念，针对不同学习问题采用多样化的教学手段和多元化的教学评价方式，激发了学生的求知欲，让主动学习真正发生，驱动了学生自主学习、自主思考、自主创新的能力，落实了立德树人根本任务，培养了学生综合应用专业理论和技术手段去解决实际问题的创新思维、 创新精神和创新能力，并且该课程的教学改革实践手段在相关专业课程中具有较好的示范应用价值和推广价值。