“自动控制原理”课程的教学改革探索

白圣建 徐婉莹 郑永斌 卢惠民

[摘 要] 以学生成长成才为着力点，面向信息化条件下的课堂教学，从教学内容组织、教学资源建设、教学手段选择、考核方式设计和师生关系构建等方面介绍“自动控制原理”课程的整体设计。面向泛在学习、自主学习和个性指导的线上线下混合式教学实践，努力提升学生学习体验，不断提高课堂教学质量。结合省级线上线下混合式一流课程教学实践，介绍教学内容组织、教学资源建设、教學手段选择、考核方式设计和师生关系构建等方面一些经验和做法。

[关键词] 以学生为中心;自动控制原理;自主学习;教学改革

[基金项目] 2019年度湖南省普通高校教学改革研究项目“‘自动控制原理A课程混合式教学改革”（XJT2019291-11）;2018年度国防科技大学教育教学研究课题“基于SPOC混合教学模式的‘自动控制原理课程教学改革与实践”（U2018016）;2019年度国防科技大学教学成果培育项目“基于‘雨课堂+光感应黑板+思维导图的导航制导系列课程信息化教学改革”（PY2019-69）

[作者简介] 白圣建（1981—），男，山东菏泽人，博士，国防科技大学智能科学学院副教授，主要从事自动控制理论、飞行器控制研究。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）30-0054-04   [收稿日期] 2020-12-21

一、引言

“自动控制原理”是国防科技大学本科生的大类技术基础课程，主要讲授自动控制理论的基础知识，培养学生分析与解决控制工程问题的基本能力，使之形成以反馈和优化为核心的系统观与思维习惯。繁多的知识点和不断压缩的学时给教与学带来很大困扰，加之控制理论本身具有较强的理论性和抽象性[1]，学生普遍反映学习难度较大。尤其是00后学生，他们的知识获取方式更加多元化，交流方式更加网络化，学习需求更加多样化和个性化，这给传统课堂教学带来新挑战。“以学生为中心”的课堂教学，核心在树立学生的主体地位，关键是关注学生的成长发展需求[2]。

二、区分学生类型，重组教学内容

课程内容主要来源于学科知识，选择哪些知识构建课程需要考虑不同学科类别学生的发展需求，处理好深度与广度、内涵与外延的关系，同时也要紧盯学科发展，协调基础性与前沿性。近年来，随着学校人才培养方案调整，课时在不断缩减，教学内容也需要与时俱进进行调整。

（一）分类制定课程标准

“自动控制原理”是学校控制类专业的核心课程，也是学校的大类技术基础课程。我们针对教学对象不同，制定了“自动控制原理A”和“自动控制原理B”两套课程标准。（1）面向控制类专业学生开设的“自动控制原理B”主要讲授经典控制理论，还包括现代控制理论的部分内容;（2）面向非控制类专业学生开设的“自动控制原理A”涵盖经典控制理论、计算机控制和线性系统理论的部分内容。

两个课程标准均采用“围绕一个中心，一纵三横交错”的设计思路。一个中心是指单输入单输出（SISO）线性系统，一纵是指自动控制系统建模、分析及设计的主线，三横是指自动控制系统的稳定性、快速性和准确性这些性能评价指标。然而，两个课程标准在教学内容、课时安排和考核要求等方面方式均有较大差异。并且，我们根据两类授课对象的差异，持续更新课程内容，淘汰手工绘制根轨迹、奈奎斯特图等陈旧知识点，引入计算机辅助绘图，并引入控制工程领域和自动化武器装备领域的最新成果。

（二）分类建设教学案例

军队院校教育是“三位一体”新型军事人才培养体系的重要组成部分，课程建设还应当着眼部队战斗力提升和学员成长成才。我们紧扣自动化武器装备在部队广泛使用这一着力点，将优势科研资源转化为教学案例，构成课程知识体系“骨架”上的“血肉”，使教学内容更加鲜活。课程组面向不同专业学员建设了“导弹飞行控制”“机器人运动控制”等多个教学案例，并与RoboCup机器人竞赛、水下机器人竞赛等学科竞赛相贯通，以锻炼学生的工程实践能力，培育其控制工程专业素养。

这些教学案例都贯穿了“围绕一个中心，一纵三横交错”的设计思路，从而与课程的核心知识点紧密耦合、相互支撑。

三、面向泛在学习，建设教学资源

“互联网+”学习模式打破了传统课堂教学的时空界限，教室不再是学习知识的唯一场所，纸质教材也不再是课程知识的单一载体。课程组近年来面向学生开展泛在学习，大力推进多媒体和电子文本等教学资源建设。

（一）多媒体资源建设

课程组在精品资源共享课的基础上，于2017年录制了“自动控制原理MOOC”课程，发布在学堂在线。2018年，该课程被评为湖南省精品MOOC课程。在日常教学实施过程中，这些MOOC课程发挥了重要作用，特别是有效支撑了线上线下混合式教学的顺利开展。2020年，该课程被评为湖南省线上线下混合式一流课程。

经过多轮次的教学实践，我们发现，面向大众学习者建设的MOOC课程在内容的深度和广度方面仍有欠缺，视频呈现形式也较为单一，这在很大程度上影响了学生开展泛在学习的热情。为满足在校学生的个性化学习需要，笔者还录制了大量MATLAB教学微课、典型习题讲解微视频、课程实验讲解微课等短视频，发布在Bilibili网站或钉钉网盘，供学生按需访问。新冠肺炎疫情期间，这些教学资源为开展线上直播教学、线上专题研讨、线上翻转课堂教学等提供了有力支撑[3]。

（二）电子文本资源建设

针对课程知识点繁多的特点，我们制作了课程知识点思维导图，避免学生在学习过程中只见树木不见森林，从而更好地整体把握课程的知识要点以及知识点之间的逻辑关系。为解放学生双手，使他们专心参与课堂互动，我们在每次课前发放随堂笔记，并标识出每堂课的重难点内容，提高了学生的课堂学习效率。此外，我们还将程序脚本、控制领域经典文献、案例素材等大量数字化资源分享在钉钉网盘。这些多维度网络化教学资源为学生开展泛在学习提供了有力支撑。各类数字化教学资源及其应用场合如表1所示。