“自动控制原理”一流本科课程教学改革初探与实践

周振超，张 岳

(辽宁科技学院 电气与信息工程学院，辽宁 本溪 117004)

教育部颁布《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》[1]，随着“新工科”概念的提出，各种新工科研究与实践的项目如同雨后春笋般应运而生，全社会也对“新工科”人才培养模式和高校的卓越计划教育都提出了很高的要求，应用型人才培养成为了地方高校转型的新目标[2]。依据教育部实施一流课程“双万计划”建设，基于新工科“智能互联网+”背景下，教育部要求教师打造有高度性、挑战性和创造性的“金课”[3]。

以辽宁科技学院“自动控制原理”为例，打造一流线下课程“金课”，以满足产业升级对人才培养的需求。“自动控制原理”是自动化、机器人、电气工程及其自动化、电子信息等专业必修的专业基础课程之一。通过本门课程的学习，使学生掌握经典控制理论的基本知识、原理和方法，并具备对简单系统进行定性分析、定量估算、系统校正和动态仿真的能力，为后续专业课的学习和参加控制工程实践打下坚实的基础。本课程属于控制电气类专业基础课，与“电工技术”、“电子技术”、“控制工程数学基础”、“拖动基础”和“变频器原理及应用”等联系紧密，相辅相成，是其后续课程“现代控制理论”、“计算机控制技术”、“过程控制系统”和“自动控制系统”的基础。

1 “自动控制原理”的课程特点

“自动控制原理”是自动化、机器人、电气工程及其自动化、电子信息等专业必修的专业基础课程之一。从2013年开始实施应用型课程建设，培养学生运用所学数理知识分析问题的能力，锻炼学生基于科学原理采用科学方法对工程实际问题进行研究以提高实践能力和独立解决问题的能力。其课程目标符合电气控制类专业的人才培养目标，与毕业要求中工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究能力以及使用现代工具的对接等几大能力强相关，对目标和要求的实现具有极大的促进作用。

2 打造“自动控制原理”一流本科课程的教学实践

2.1 课程思政元素和融入点

依据教学目标和育人目标，授课教师对“自动控制原理”的教学内容进行了深入的挖掘和设计，几乎覆盖了每节内容，循循善诱地实现了思想政治教育。

第1章绪论中介绍自动控制的发展史时，讲解自动化之父钱学森事迹，引导学生弘扬其刻苦勤奋的学习精神、克服困难精神、创新精神、自强不息精神以及其争取祖国强大而献身报效祖国的爱国主义精神，激励学生为实现中华民族伟大复兴去贡献一份力量，实现自己的人生价值。课后让学生观看钱学森视频影片，提交小论文。第2章讲授负反馈控制系统各组成部分功能特点及结构图化简，使学生理解只有各组成部分各司其职、爱岗敬业、团结一致，才能使控制系统具有良好的控制性能。通过讲述正反馈原理，借助孟母断织、苏武牧羊故事等引导学生弘扬正能量，弘扬传统文化，弘扬传统美德。课后要求学生给老师提意见，老师不断地更新教学内容和教学方式，不断地进行教学反思，形成闭环。第3章讲时域分析中稳定系统的稳态误差分析与计算、减小稳态误差的方法时，引申出国家稳定、民族团结、校园稳定为根本的爱国主义精神，我们应该承担什么样的责任。只有国家稳定了，社会稳定了，我们才能安心学习，才能有精力进行五个文明建设，才能建设美丽校园，才能有条件建设美好家园，才能构建和谐社会；家庭稳定了，我们才能安居乐业，人们才能有幸福感。课后班主任以班会形式强调班风、学风，形成每名学生都参与的良好局面。第4章讲到用根轨迹分析系统的稳定性，通过根轨迹图分析系统的稳定性、准确性和快速性性能时，引申出我们解决问题要抓关键点和主要因素。引导大学生要早确定好目标，早做准备，为自己的目标努力奋斗。机会是留给有准备的人，撸起袖子加油干，把握好人生的关键节点，让自己的人生绽放光彩。课后采用调研的方式或学校网站了解我校20个优秀大学生的成长轨迹，找出自己的榜样，以此促进学生思考，进而有意识的模仿，达到促使他们成长的目的。课后要求每名同学提交一份500字以上的职业规划。第5章通过讲授频率域中的低频段、中频段和高频段对系统影响时，引申出人生的每个阶段都有不同的使命，都有不同的目标。国家发展、公司发展和学校发展都有自身的阶段性，即规划目标。引导学生要有规划意识，为不同阶段规划好阶段目标，有了目标才有努力奋斗的方向。正如俗话说的“兵马未动,粮草先行”，所以要做好充分准备，应对突发性和不确定性。通过课堂讨论和学生的职业规划，了解学生在大三和大四以及今后的生活和工作目标，并适时进行一定的引导和点评。第6章通过讲解线性系统的校正时，借用中国古话“士别三日，当刮目相看”引导学生用发展的眼光看问题。发扬老一辈终身学习的良好风尚，做到与时俱进，始终拥有先进的理念和较高的职业素养。

2.2 课前和课后思维导图的应用

思维导图是表达发散性思维的有效工具 ，它简单有效，是一种实用性的思维工具[6]。思维导图的应用把教学设计、教学思路、教学内容和教学目标有机地融合在一起，使课堂的立体化教学一目了然地呈现给学生[6]，也有利于学生对知识点的掌握和复习。图1为教师设计的时域分析思维导图。图2为学生设计的时域分析思维导图。学生每学完一章需提交一份章节思维导图。

图1 教师设计的时域分析思维导图

2.3 通过跨校修读学分实现教师在线互聘

“自动控制原理”课程，集东北大学、大连交通大学、辽宁工业大学和辽宁科技学院四所高校之力，实现优质师资资源共享、优势互补、互利共赢，是提高办学质量的重要举措，是一项推动高等教育发展的方向性和基础性工作。通过合作，我们可以跳出辽宁科技学院自动化教研室的小部门圈子，从真正有利于学生的培养和发展出发，构建符合时代发展“线上线下相结合”的教学模式，以优化教学模式来提高人才培养质量。让优质教学资源惠及我校学生。教师互聘，促进了高校间不同教学理念、思想和方法的交流，必将成为未来高校教学发展的内在需求。通过合作自动化专业将会培养出更多理论知识好、动手能力强、综合素质高、适应企业发展的自动化控制人才。2020年秋季学期，作为自动控制原理课程的任课教师，在超星学习平台选择了大连交通大学郑士富副教授的“控制工程基础”课程作为跨校修学分的修读课程。辽宁科技学院自动化专业共68名本科学生选择了郑士富老师的网络课程，通过采用线上跨校修读和线下面授互动的教学方式，学生有了自主选择权，激发了学生个性化学习的兴趣，提高了学习效率，提升了学习能力，同时也有了获取先进学校优质课程资源的机会。根据教学执行计划学生需要线上预习的章节，观看完成率均为100%。而共同学习的章节视频观看完成率接近95%。因此这种线上预习，线下提问、讨论和强化的教学模式，明显改善了学生的学习态度，提高了学习效率。

图2 学生设计的时域分析思维导图

2.4 突出过程评价的考核机制

课程采用N+2过程考核的评价方式，即N次课程的过程考核(占比40%)和1次课程结束考试(期末考试占比50%)及1个学习笔记(占比10%)。此次评价方式改革的创新在于过程考核中多元化的特点，形式多样，且有明显的层次。形式上不仅有传统的书面考核，还有借助网络教学平台功能设置的考试区和讨论区，同时对学生完成考核的方式方法和时间都有具体的规定，这就能够更加精准地评价学生学习效果，督促学习的自觉性，提高了学习频率，强化了以 “产出”为导向的策略。这种多元性评价方式符合学生实际，真实可靠地反映了课程的教学效果。学生对多元性的评价方式非常满意，期末学生评教分数较高，成绩分析报告科学合理，总结深刻。

3 结语

“自动控制原理”课程在自动化BG191/192和机器人BG191/192的教学实践中效果显著。教师上课教学方法得当，注重师生互动，课堂气氛活跃，学生听课率始终保持在90%以上，教学效果好，教学督导给出了很高的评价，被评为课堂理论教学优秀等级教师。同时，教师还注重思政教育与知识点的有机结合，依托多种在线平台如超星学习通、辽宁省校际合作—教师互聘在线授课，采用混合式教学模式如微课、思维导图、线上讨论和过程考核等实现翻转课堂。“自动控制原理”课程建设方面也获得了学校的肯定，获得了辽宁科技学院课程思政示范课和校一流线下课程，取得了有效经验和实践效果，同时对同类院校和校内相关专业的建设起到一定的辐射作用，提高了专业的社会认可度 ，有利于学生就业。辽宁科技学院“自动控制原理”的课程思政教育形成可推广可复制的教学改革经验。