面向应用型人才培养的自控原理课程教学改革研究

王海泉+王东云+温盛军+欧阳玲+王瑷珲

摘 要 本文从二本院校学生和就业的实际情况出发，以培养工程应用型人才为目标，改进传统理论教学为主的自动控制原理课程教学和考核模式，提出了以CDIO理论为基础的递阶式双语教学模式并结合答辩式考试的改革思路，并对存在的问题进行了讨论。

关键词 自动控制原理 CDIO教育模式 递阶式双语教学 答辩式考试

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.12.047

Abstract Based on the quality of undergraduates and the direction of employment of our university， according to the aim of training talent with engineering technology， inspired by CDIO educational framework， a reform strategy with hierarchical teaching method and defending based exam has been proposed and the existing problems have been discussed.

Keywords Automatic control theory； CDIO educational framework； hierarchical bilingual teaching method； defending based exam

1 教学改革必要性

“自动控制原理”课程是我校自动化专业、电气工程及其自动化专业、测控技术与仪器专业等电类专业的核心基础课程，通过对经典控制理论和现代控制理论的讲述，使学生掌握利用自动控制技术的基本理论解决工程实际问题的思维方式和初步能力[1]。

在之前的教学过程中，以自动控制原理为代表的自动化专业核心课程（计算机控制系统、过程控制与仪表、系统辨识、计算机仿真等），考虑到传统考核方式（期末闭卷笔试）等对学生的要求，几乎把85%的时间都花费在复杂的理论讲述当中，造成学生无法很好地将理论与实际相结合，陷入了听课、作业、笔试的怪圈。但事实上自动化专业属于应用型较强学科专业，且二本院校大部分毕业生将走向对实践能力要求更高的工作岗位，[2]这种传统的“重理论轻实践的应试性学霸”的控制类课程教学方式和考核方式，显然无法满足以培养与国际接轨的应用型工程技术人才的培养目标。在这样的现实下，从2012年开始我团队吸收先进的CDIO教学理念，推进理论教学与实验教学相结合的“做中学”的教学方式[3]和双语授课模式，[4]团队进行的改革被学生、学校和上级部门认可。

通过多年的教改研究，团队发现在基于CDIO的双语教学过程中，由于学生英语、高数、电路、等先修基础课程水平和学习能力、学习需求的差异，出现部分同学因基础较好感觉教学进度慢而部分同学反映上课听不懂的情况，导致学生丧失学习信心，旷课、抄作业、上课睡觉等情况时有发生；虽说采用了做中学的教学方式，但期末考试仍采用传统的笔试考核，不仅无法系统地检验所采用的CDIO教学模式的效果，还进一步导致学生对英文叙述的知识点死记硬背、临阵磨枪，等到在实习和毕业论文当中用到相关知识时，已经忘得一干二净，更遑论灵活运用了。在这样的现实和“互联网+”快速发展的新形势下，我们提出了结合具体被控对象的递阶式双语教学模式并结合答辩式考试的改革思路，保证学生在掌握控制系统基本概念、原理的基础上，进一步提高学生自主学习能力、实践创新能力和团队协作能力。

2 教学改革思路

2.1 递阶式双语教学模式

团队首先更新了沿用多年教材，采用Katsuhiko Ogata编写的《modern control engineering》第五版，[5]新版教材结合详实的工业应用实例对复杂的控制理论进行深入浅出的阐述，通过丰富的工程应用实例，理论联系实际，有利于学员理解知识点的同时掌握英文的专业词汇；

在教学方面，在开课初期，作为自控课程的基础，尽可能多地采用中文口述加英文教材和PPT的形式讲述基础理论，同时强调关于控制理论专业词汇的把握（如开环/闭环系统、前向/反馈通道等），在学生适应双语授课环境和方式之后，在课程中后期，淡化复杂的根轨迹绘制等过程分析，增加具体的工程实例，逐步加大英语授课的比重，但根据后半部分教材难点较多的情况，在关键内容和难点内容处仍辅以中文讲解，并鼓励学生使用英语进行提问和课堂讨论，要求学生使用英语完成课后作业。更进一步，课程组开发“Modeling and Analysis of DC Position Control System”等一系列設计性实验替代传统的基于电路的验证性实验内容，按照CDIO教育模式的要求，由学生按照自控原理教材的建模、分析、校正这一主线自主完成直流电机的位置/速度控制系统设计。

2.2 考核方式改革

笔者在2015年曾赴英国伯恩茅斯大学访问一年，受到国外课程需要查阅大量书籍资料才能完成的大作业、每名学生都须接受老师面对面质询的考试等与国内截然不同的考核方式的启发，我们从克服传统笔试考核造成的考前突击、考完就忘的弊端，更真实地检验学生学习效果，督促学生更深入理解复杂控制理论并熟练应用的角度出发，提出了答辩式期末考试的新思路。

课题组将自控原理的重要知识点进行归纳总结和提炼，准备了分为基本（基本定义）、中等（综合题）、提高（工程应用）三个等级的各10个英文问答题，在参加答辩的课题组3位老师的监督下，由参加答辩的学生从三个难度等级的题库中随机各抽取一个题目，准备10分钟之后参加答辩，答辩由简单的基本题开始，避免学生因紧张而发挥失常，整个过程要求采用英语表述论点。答辩成绩为综合三位答辩教师针对学生英语表达、观点陈述、板书、现场提问等方面给出评价，如学生对答辩过程发挥不满意，可以申请进行复答辩。endprint

在整个答辩式考核执行过程中，关键是如何设计能覆盖大部分知识点、难易适度且结合工程实际的答辩题目。对于基本题，以定义、定理和判据等基础知识的考核为主，如系统稳定的充分必要条件、根轨迹的定义等等；中等难度题以课程难点考核为主，如系统时域下和频域下的稳定性、稳态特性、动态特性的判断方法等；而提高题的设计将控制理论与工程实际应用结合，考察学生综合运用所学知识的能力，如怎么去除反馈环节经常出现的高频噪声干扰、如何从记录的系统频域特性曲线出发建立对象数学模型等。通过对上述问题的阐述，老师能够更从专业知识的理解能力、表达能力、文献查询以及阅读归纳能力等方面对学生进行综合考核，同时也能够通过答辩准备过程，督促学生深入理解基本概念、原理，提高综合运用能力。

在此基础上，课程组还建设了自控原理双语教学网站，不仅上传了教师讲课视频并录制了45个课时的自控原理慕课视频，[6]便于学生课下复习，而且设置了在线答疑和作业提交系统及时发现学生学习中的问题。

3 成果与反思

在课题组教师的共同努力下，上述开始改革内容已经在我校自动化、电气自动化、兄弟院校黄淮学院的机械电子工程专业的自动控制原理课程以及我校控制理论与控制工程专业的研究生课程控制工程实践当中推行，学生反映良好。相关改革内容得到上级部分的充分支持，教学团队于2013年被评为河南省高等学校教学团队，自控原理课程于2014年获评河南省高校双语教学示范课程，研究生课程“控制工程实践”的教学改革研究受到我校2015年研究生教育优质课程建设项目资助。团队教学通过走出去引进来的方式提高自身水平，两名教师完成博士后科研工作，两名教师在英国伯恩茅斯大学攻读博士学位，同时团队与英国伯恩茅斯大学、日本东京农工大学等国际知名高校定期互访并召开研讨会，建立了良好合作关系。

虽说课程改革进展顺利，但还存在以下两方面的问题需要进一步探索：

（1）与其他课程打通：控制类核心课程还包括系统辨识、计算机控制、过程控制、计算机仿真等，且也是强调实际工程应用的重要课程，能否将这些课程与自动控制原理这一核心基础课程打通，形成逐步加深、反复理解、递阶式的学习模式，同时设计更有针对性的实验内容和考核内容，保证学生全面、系统掌握三、四年级所学的专业课程内容，强化学生对知识的掌握能力。

（2）减少答辩过程主考官主观因素影响：对于答辩式考试，避免由考官的喜好决定成绩高低的主观因素影响是迫切需要解决的。这就要求我们考虑如何对考核标准和内容进行细化，从答辩题库、细化评分标准、规范申诉程序等方面进行进一步细致研讨，确保答辩过程和结果的公平公正。

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河南省高校双语教学示范课程 （河南省教育厅教高〔2015〕34号）

河南省高校课程教学团队 （河南省教育厅 教高〔2013〕645号）

中原工学院研究生教育优质课程建设项目

参考文献

[1] 胡寿松.自动控制原理（第六版）[M].北京：科學出版社，2013.

[2] 黄晶.深化《自动控制原理》课程教学改革探析[J].时代教育，2015.25（3）：229.

[3] 王海泉，王东云等.基于CDIO的自控原理实验教学平台研究[J].中国电力教育，2011（20）：123-124.

[4] 王东云，范为福.自动控制原理双语教学改革的实践与探索[J].北京大学学报（哲学社会科学版），2007.5（1）：222-223.

[5] Katsuhiko Ogata， Modern Control Engineering（第五版）[M].北京：电子工业出版社，2011.

[6] 李荣芹.信息技术促进高校教学改革的几点思考[J].教育现代化，2016.20（7）：82-85.endprint