“以赛促教，以赛促学”——地方应用型高校“自动控制原理”课程教学改革与实践

王 静孙春虎徐 兵夏 坤

（1 巢湖学院，安徽 巢湖 238000）（2 国网安徽无为县供电有限责任公司，安徽 芜湖 241000）

1 引言

以应用型本科教育为导向[1]，依照应用型本科院校的人才培养目标，在自动控制原理课教学过程中突出专业核心能力的培养，并鼓励学生进入开放实验室，参加各类设计竞赛，做到“以赛促教、以赛促学”，推进教学和人才培养模式改革。在中国面临从制造业大国向制造业强国转型的历史时期，“中国制造2025”已成为新的国家发展战略[2]，凭借全国大学生“西门子杯”中国智能制造挑战赛的学科竞赛，为应用型人才的培养提供了良好的培养平台，自动控制原理课题组探索了一条基于“以赛促教，以赛促学”的应用型人才创新创业能力培养道路。

2 “自动控制原理”课程体系、内容及方式的改革

2.1 创新教学理念，提升教学水平，开设第二实践教学课堂

对于工科学生而言，仅限于单一课程的课堂与实验教学已经限制了学生应用型能力的培养，课程的系统性与连贯性要求在教学中应与其他相关课程融会贯通。经过学院基本教学过程，学生多数已经掌握各类的基础课程知识，而对于系统性教学需要学生进行课外的实践并由相关专业老师指导，在教学中设计成课外的第二实践教学课堂。

应用型人才培养需要专业知识与实践能力相联合，应在教授学生自动控制理论知识的同时，注重实际操作能力技能水平的提高，教育出国家与社会急需的高素质应用型人才。在学科竞赛的指引下，教师要及时创新教学理念，转变教学思想，学习新知识、新设备、新技能，运用最新最能为学生接受的教学方法，改变传统的、陈旧的教学模式，主动顺应就业岗位及就业技能的要求，将课堂的主动权还给学生，倡导学生自主学习，培养学生自我创新的能力，全面提升教师的培育教学水准，提高教育教学质量[3]。

针对电气工程及其自动化专业学生的创新能力培养，结合“西门子杯”中国智能制造挑战赛的赛项，改变以往传统的以处理器为核心的实践教学理念。传统的电类学科学生的实践能力培养多围绕处理器的培养理念，以处理器为核心的培养模式对学生串联基本硬件知识起到巨大推动作用。然而也桎梏了学生的创新能力，多数学生仍然停留在硬件设计的基础上，使得设计能力局限在粗糙的设计下游，难以达到“高”“精”“尖”的层面。

凭借中国智能制造挑战赛的平台，设计以自动控制为核心，串联以PLC技术、单片机技术、电路、模拟数字电子技术和传感器技术等基本课程的第二实践教学课堂，将自动控制原理放在了专业设计的核心位置上（图1）。通过动手实践结合自动控制原理基础知识，借由处理器、传感器和电子技术的基础教学，在第二实践教学课堂中，将知识进行融合和再学习。将学生的设计水平真正提升到自动化的层面。让硬件为自动化服务，利用现有实验条件，具体工业自动化例程对学生进行课外课堂教学。

图1 第二课堂知识架构

通过第二课堂中的实践任务下达，系统方案是核心，要求学生在第一阶段，必须对自动化系统的方案进行设计和论述，在第二课堂内通过与同学和指导教师的讨论，不断设计优化系统自动化方案，并最终敲定设计方案，随后将各个设计环节进行具体化，根据每个环节中所使用的硬件和平台进行系统的实践设计，完成第二实践课堂的设计任务。在此类模式下，学生能够掌握从顶层对工业自动控制系统的设计，经过多方讨论的设计方案，不断查找和消除设计错误，不断优化设计方案，然后依次逐步实现系统的设计方案，学生能够具备基础的设计素质，同时能够逐步完善对工业自动控制系统的设计，并在后续培养中具备较强的竞争力。

2.2 以学科竞赛为引领，开启任务式、项目驱动式实践教学

学科竞赛是学生学习的 “风向标”，引领着高校的教育教学，应用型高校教育贯彻“以服务为宗旨、以就业为导向”的方针，学科目标的确立依据就是企业的需求，根据需求制定学生的培养方案，为企业提供服务，为学生就业指引方向。学科竞赛促成人才培养与企业需求的完美结合，成为应用型高校教学改革的“坐标”，引导自动控制原理教学目标的制定。而学科竞赛多是以项目和任务等方式来进行的，注重对学生使用已掌握的理论知识和实践技能解决实际问题能力的考察。这样一来教师在教学的过程中，就需要应用灵活多样的教学方法，例如案例式教学法、任务式教学法、项目驱动式教学法等，将理论和实践结合起来，做到“做中学，学中做”，提高学生解决实际问题的能力。

在第二课外实践教学课堂中，结合“西门子杯”中国智能制造挑战赛的设计需求，开启项目驱动式实践教学，以项目形式给学生提出设计要求，将实践教学内容任务化。学生在接触项目后深入理解项目，从学生自己层面进行理解任务和认知实践环节，教师处于辅助指导地位。第二实践课外教学课堂不仅仅是学生某一方面的实践能力的训练，更是综合能力和素质水平的提高。在实践课堂中，我们将多个项目任务细分为多个子任务，让学生通过各个子任务不断夯实每个知识点，对课堂学习的知识进行巩固和加强。

在“西门子杯”中国智能制造挑战赛中，我们将化工生产过程细分为多个子任务，分别为混合罐进料流量控制、液位控制；预热器温度控制；反应器进料、温度、液位控制；闪蒸罐压力控制等等，如图2所示，是学生在学习过程中模拟的工艺流程图。在此过程中，学生需要独立完成系统对象模型的建立、控制方案的设计以及程序的编写、系统的调试等工作，如图3所示，是学生在学习过程中模拟实际系统得到的控制过程曲线。由此，可以提高学生用所学控制理论知识解决实际问题的能力，为今后进行系统的过程控制奠定基础。

图2 工艺流程图

图3 控制过程曲线

任务式、项目驱动式实践教学打破过去学生被动学习的方式，极大地激发了学生的学习热情和实践兴趣，让学生明确基础知识不再以考试为目的，而是以应用为基础，以学生自身综合素质为主，从而充分发挥学生主观能动性，知识由被动接受转为向外界获取。

2.3 以学科竞赛为参照，加强实训基地建设

近年来，电力工程发展态势良好，我院的电气工程及其自动化专业和课程也应运而生，自动控制原理作为理论核心课程，显然在教学中尤为重要，当电力工程领域的从业者在摸索中发展时，我院的师生也在这条道路上学习进步。在学科竞赛中，由传统的单一学科模式转变为多种学科交叉模式，“西门子杯”中国智能制造挑战赛的智能创新研发赛项对学生的团队合作提出了重要要求。在智能创新研发赛项中，最典型的学科交叉为机械设计制造及其自动化与电气工程及其自动化专业的交叉。在第二课堂中要求不同学科同学进行组队，互相接触和学习，到最终学会团队间合作。

自动控制原理课题组凭借巢湖学院机械与电子工程学院内的学科优势，在学生组队过程中，对不同专业学生的配置有着要求。在对不同的创新设计中，机械设计部分与电气设计部分的学生需要经常对接技术接口，互相沟通，共同努力来完成该类赛项的设计作用。学生目前已对专业交叉习以为常，在对接过程中增进知识点的结构学习，在不断磨合中提升团队合作能力。现阶段我院学生的团队合作能力以及交叉专业的互补优势已经突显出来。

2.4 以学科竞赛为载体，强化教学改革，提升教师业务水平

立足我校应用型办学的要求，强化课程实践性建设，大幅度增加实践课时在总学时中的比例。在理论教学过程中，自动控制原理课题组不断积累经验，探索总结教学方法，大胆尝试创新，教学中以学生为中心，构建自学、自思、自练、合作交流的最佳课堂教学，教给学生独立完成学习任务的一条途径[4]；在实践创新过程中，进行立体化课程资源建设，从教材、课件、教案、辅导资料、实践型项目和案例等方面进行多方位资源建设。在促进学生实践培养过程中，课题组教师重视对学生进行系统化教育，理论与实践结合。

课题组内教师，专心于学生培养，努力探索教学授课，并不断通过科研促进教学，在自己专业领域内对学生进行系统化指导。在学科竞赛中，会配备专任教师对该类竞赛进行单独指导。通过自身教学水平提高，提升教学效果，经过不懈努力，课题组教师获得安徽省教学成果奖二等奖、“安徽省第二届普通本科院校青年教师教学竞赛”二等奖和巢湖学院青年教师基本功竞赛奖项多个。为加大教学改革力度，课题组教师积极申报质量工程项目，开展本课程教学改革与实践，从自身实践角度，扩充学生实践能力。教学与科研是彼此促进、相互增长的[5]，在取得诸多教学成果的同时，课题组教师还成功申报安徽省教育厅自然科学研究重点项目，并完成结项。

3 课程改革成果与应用效果

3.1 学科竞赛水平提高，智能制造创新能力显著提升

通过以自动控制原理为核心的第二实践教学课堂的开设，引导学生的工业自动化设计能力向高端迁移，促进了学生的实践能力，夯实了学生底层设计能力，同时促进了学生竞赛水平提升。同时以项目培养学生科技意识、创新意识，旨在发现和寻找具有创新潜质的优秀大学生，为他们提供一个展示自我、交流实践技能的平台，对培养大学生的创新思维、增强实践能力、提升就业质量、促进学生成长成才发挥了重要作用。在项目实施的过程中，学生通过实践运用、查阅文献、对课本的进一步阅读及教师实际讲解，对于项目中的系统设计与分析、参数选择与调整、系统各功能结构有了深入的认识。项目完成后，学生还要在指导老师的帮助下完成实物的制作、研究报告的撰写和专利的申报工作，也为日后毕业论文的写作打下了良好的基础。

在课外第二实践课堂的孕育下，学生取得了丰厚的竞赛成果，自动控制原理课程组教师指导学生在2017年“西门子杯”全国大学生中国智能制造挑战赛获得全国一等奖1项，全国三等奖1项，省级特等奖1项，省级一等奖2项，省级二等奖3项，并指导学生参与获得专利多项。

3.2 以学科竞赛为方向，课程组教师专业水平提升

以学科竞赛指导教师教学，也是教学的基础与保证。作为教师在认真完成日常教学工作的同时，还要积极学习专业基础知识，时刻关注学科发展的前沿动态，努力保持、提升自己科研能力和业务水平。这样才能不遗余力，专心于学生培养，努力探索教学授课，并不断通过科研促进教学，在自己专业领域内，对学生进行系统化指导。

课题组教师不断提升自身教学水平，在良好教学风格和教学手段上改革，推动本专业内水平提升，同时多次获得学校嘉奖。教师在提升自身水平的同时，获得安徽省教育厅颁发的“青年教师教学竞赛二等奖”荣誉；获得安徽省教学成果奖二等奖；同时还获得巢湖学院第二届“优秀教学奖”三等奖；课题组教师在巢湖学院各类教学竞赛中多次获奖。

3.3 以学科竞赛促进学生成果转化，促进学生创新创业能力培养

应用型人才教育应体现专业知识与实践能力相结合，应在教授学生理论知识的同时，注重实际能力和技能的提高，立足我校应用型办学的要求，强化课程实践性建设，在教学中鼓励学生进开放实验室，促进教育教学改革，指导学生积极申报项目、专利，推进教学和人才培训模式改革。通过对学生知识产权保护和创业指导，对竞赛中创新知识进行积累，促进学生由创新到创业的蜕变。

在自动控制原理课题组教师指导下，学生积极对自己创新作品进行知识产权保护，分别申请国家专利两项。在创新积累下，支持学生创业，已经支持竞赛学生于2016年5月以法人身份注册了合肥市翼比特航空科技有限公司。通过研发、销售以及提供技术服务，短短3个月营业额已达到7万元，完成了创新到创业的过程，真正做到以竞赛促进学生技术创业。

4 结束语

在经由课题组对地方应用型高校大学生智能制造创新能力培养的探索中，借由“西门子杯”中国智能制造挑战赛平台，以赛促教，开设以自动控制原理为核心的第二实践教学课堂，同时辅以项目化方式推动和管理培养学生，提升学生不断创新设计各类系统的能力，提高学生的创造水平。在不断提升教师队伍自身教学水平、提高教学质量等途径的作用下，实现了竞赛水平提高、创新水平提升、专业内水平提升和促进学生成果转化，创新创业意识增强，推动了应用型高校逐渐向高水平发展。