新工科思路下的自动控制原理教学改革探讨

黄俊 吕勇 黄克亚

针对自动控制原理教学中存在的理论与实际联系脱节，教学内容枯燥，教学模式单一等问题，本研究以“新工科”建设方向为导向，探索《自动控制原理》课程新的教学模式和教学方法，并从教学内容、教学模式，教学方法、考核模式四个方面着手，进一步讨论对《自动控制原理》课程的教学过程改革。

引言：“新工科”是以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融 合、协调与共享为主要途径，目标在于培养多元化、创新型卓越工程人才，为新时代高新技术的发展提供有力的人才支撑。随着新时代的来临，新技术、新产业、新业态和新模式成为了培养一流工科人才的新的要求，因此系统推进“新工科”人才培养改革意义重大、势在必行，是服务新时代国家发展的战略性举措。苏州大学作为国家211工程重点高校，需把握好新时代工科人才培养的内涵，以培养过硬理论水平同时具有较强工程实践能力、创新能力的新时代高校工科学生人才为目标，积极进行创新型工科人才的培养的探索。

《自动控制原理》是高等院校控制类专业及电子信息类专业一门非常重要基础专业课程，是所有控制类课程体系中的核心和主干课程，其课程涵盖内容较广，理论要求高，有较复杂的工程背景，这也就使得该课程有着比较高的教学难度。本研究从“新工科”视角入手，以建立并不断完善课程体系为目标，探讨关于自动控制原理 课程的教学体系方法的改革。

1 教学现状及存在问题

本课程作为控制类一门非常重要基础专业课程，其内容具有涉及学科知识广泛、内容理论性强，比较抽象、工程性强，更新速度快等特点。授课内容包括系统建模、时域分析、根轨迹法、频域分析、系统的综合与校 正、非线性系统分析和离散系统分析。由于课程内容较多，加上课程理论性较高，故学生理解难度较大，具体问题如下：

1.1教学内容枯燥，模式单一

传统的《自动控制原理》课程的教学模式注重教材的讲解，以老师上课为中心，大部分重点都集中于对于理论部分的讲解，应用技术只做点缀，忽视了对于学生动手能力和创造性的培养。目前我校开设的《自动控制原理》课程为72课时（含16实验学时），这也就要求教师在56学时之内将该课程的理论知识教授给学生，这使得每节课涵盖了大量理论性强、比较抽象难理解的知识点。目前以老师讲PPT 为主的课堂教学方式难以激发学生的兴趣，很容易使得课堂单调乏味。此外，老师的讲解容易流于程式化，学生很难在上课过程中锻炼自己的创新性思维能力。

1.2理论与实际应用脱节

自动控制原理是一门与实际工程背景密切联系的课程，但在教学内容中主 要还是采用微积分和拉普拉斯变换等数学工具推导计算，其 实际工程模型均用数学模型的形式给出。学生了解不到工程背景，无法将所学知识与工程实际相结合，从而无法进一步培养学生的动手能力和创新思维。此外，我校该课程所安排的实验主要利用MATLAB仿真+模拟电路工具箱，学生们首先根据要求搭建数学模型，利用模拟电路工具箱搭建物理模型，再通过编写相应程序，最后连接示波器读出相应结果。大多数实验都是例如二阶系统时域相应等验证性实驗，无法进一步培养学生的实践能力和创新能力。

1.3考核方式单一，缺乏综合素质的培养

我校《自动控制原理》课程的成绩评定主要依据为期末笔试成绩占70%，平时成绩占比30%（期中考试+实验报告+作业），这使得大部分同学只重视理论的学习，临近期末考试大多数同学依靠刷题来获取高分，多数同学没有足够的机会去了解工程背景。这对一门工程背景极强的课程而言，该考核方式显然不够合理。

2 课程改改革革探索与实践

针对上述所提到的问题，基于课程本身的特点，本研究通过调整教学内容，构建分层次教学模式，实施任务驱动教学方法等方式，对《自动控制原理》的教学过程 进行改革。根据“新工科”所给出的内涵，以建立教学科研融 合的机制为目标，让同学们接受更多科研实践的锻炼，从而能够不断拓展新的学科专业领域和方向，适 应“新工科”发展需要。

2.1教学内容的调整

由于《自动控制原理》内容理论多，公式多，要求学生具备较强的数学和 物理基础。因此目前大多数教学内容过于偏向理论、实践性不足。因此为了培养学生创新实践能力，根据学生特点，优化调整了课程的理论教学内容，将基本概念、原理及方法等知识进行具体化、形象化处理，并应用到实际案例 中。同时依托我校的“西门子智能控制实验室”，将西门子工程实际案例融合 到教学内容中去，使同学们进一步了解所学内容的工程背景，将所学理论应用到实践中去，激发学生学习兴趣。

2.2分层次教学模式的构建

针对理论、工程与学时之间的矛盾，同时根据“新工科”中所提出培养新型多样化人才的理念，我们结合自动控制原理课程的特点，提出了以需求为导向的分层次教学模式。针对各个专业对于自动控制原理所需要求不一样，我们将同学们根据需求分为基础型、提升型、理论型、应用型等类型，通过“一定、 二边、三设计”的方式，为学生打造多样化课堂可供选择。例如，对于具有较好的高等数学、线性代数、大学物理和电路等学科基础知识，具备较强学习能力和较高的自我约束能力的同学，将着重其专业能力的提升。对于基础较为薄弱的同学，着重与通识教育的讲解。对于理论要求较高的同学，教学过程偏重理论讲解等等。

2.3任务驱动式教学方法的实施

针对传统授课方式下许多同学失去学习主动性及学习进度较慢这两个问题。我们根据教学大纲，确定个章节中需要学生掌握的知识点，按照知识相应的难度设计机构递进的时间任务。这些任务大都来自于科研课题，竞赛题目和实验项目。通过老师对该项目进行讲解，学生课后完成相关任务的设计，教师通过在线评阅，课堂讲解，丰富同学们的实践经历。学生们通过运用 所学的理论知识，解决完整的工程实践问题，在实践中拓展理论知识，激发自 我学习能力，从而能够提升自己分析问题、解决问题的工程能力。

2.4考核模式的调整

针对现有考核模式单一，笔试成绩比例过高的问题，本研究将对原有的考试制度进行改革，调整笔试成绩在总成绩中的比重，将实验考核、工程设计纳入整体成绩，要求实践成绩和理论成绩各占50%。实验考核要求学生在规定时间内，根据给定的系统及任务，分析该系统，设计相关的控制器，制定参数，最后完成整个控制系统的仿真，教师根据学生现场完成情况打分，同时在课后需要以报告的形式提交相关内容的分析和仿真结果。通过以上方法引导学生在学习理论的同时，学会在工程实践中发现，解决问题，不断提升自己的综合素质。

3 结束语

课程改革是一项漫长而艰巨的课题。本研究以“新工科”建设方向为导向， 针对目前自动控制原理课程所存在的教学内容枯燥，模式单一，理论与应用脱 节等问题，从教学内容、教学模式、教学方法、考核模式这四个方面入手，通过完善教学内容，开展分层次教学模式，任务驱动教学方法等方式，激发学生 的学习热情，并通过将理论与西门子实际案例相结合，引导学生学习理论的同 时，不断提高其从工程问题出发发现问题解决问题的能力，为“新工科”要求 下的人才培养目标奠定基础。

项目资助：教育部卓越工程师计划项目-电气工程及其自动化; 苏州大学一流本科专业项目-电气工程及其自动化;江苏省一流本科专业—电气工程及其自动化。

（作者单位：苏州大学机电工程学院）