“创新创业”背景下控制工程基础课程改革探索与实践研究

田晓超 刘金龙 侯俊 李沈芳 于淼

[摘           要]  “创新创业”项目是教育部对高校大學生教育实施的重要工程，在“双创”背景下，本科教育注重培养大学生的创新能力。为了控制工程专业本科教育能够满足国家建设所需的创新型人才，结合长春大学机械与车辆工程学院智能控制专业创新创业训练项目的实际情况，以控制工程基础课程为例，对教学内容改革、人才培养模式、创新创业保障制度、学科交叉创新四个方面进行探索与实践，以期高质量地完成创新创业内容的教学。

[关    键   词]  控制工程基础;创新实践;教学改革

[中图分类号]  G642                    [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2022）10-0031-03

随着德国“工业4.0”和美国“先进制造伙伴计划”等创新创业要求的提出，工业技术转型迎来了全新的发展机遇，世界各国都在抢占制造业强国高地[1]。“中国制造2025”明确提出了中国制造业的主攻方向之一为智能控制[2]，培养具有创新能力的高质量应用型工程技术人才是新经济发展的重要支撑[3]。在此背景下，创新创业教育在全国达到史无前例的高度，高校作为大学生创新创业的载体，承担着不可推卸的责任[4]。大学生创新创业教育在全球高校广泛开展，充分发挥大学科技园、大学生创业园、大学生智创空间等校内创新创业实践平台作用，参与创新创业训练项目的大学生可将理论知识应用到实践中。从理论出发，在实践中推动高校教育体制改革，推进高校创新创业教育进程，提高高等教育质量，建设适应新时代国家需要的“双创”型人才[5]。因此，在“双创”背景下，培养适用于新经济发展的具有创新能力的高质量应用型工程技术人才势在必行。

鉴于此，本文以控制工程基础课程为例，该课程内容密切结合工程实际，是实现智能机械、智慧城市等技术的一门专业基础课，强调通过系统、反馈、控制的方法分析解决实际的工程问题。但本科教育更多注重课堂教育和基础专业知识教育，对于科研能力尤其是创新创业能力的培养比较缺乏，造成大量毕业生走上工作岗位之后缺乏创新意识和创新能力，很难在短时期内成为合格的创新型专业工程师和技术人才。如果开设控制工程基础课程的高校均能重视本科生科研能力的培养，将非常有利于培养出高素质的本科生，为现代化创新创业提供大批优秀的专业人才。

一、本科生科研创新能力培养的重要性

控制工程专业作为一门重要的基础工科专业，其教育是以电气工程和机械工程为基础，结合计算机应用技术等相关学科，以实际工程应用为培养目标。2017年以来，教育部和全国高校积极建设“新工科”，致力于培养创新型、多样化综合性技术人才，为我国的科技发展与科技创新提供全能型技术人才支撑，始终强调本科教育是高等院校办学的主体。纵观全球，控制技术一直处于科技发展前沿，我国控制专业也在不断地完善与进步，该技术的发展将有力地推动我国高端装备制造业的快速发展。

但是，我国的控制技术水平与工业发达国家相比还存在相当大的差距。究其原因，主要是因为我国控制专业创新技术成果较少，创新型人才严重不足。恰逢我国大力推进新工科的建设与发展，在此背景下，以创新理念为指导，进行控制工程专业本科生教育培养模式的改革，培养大学生的创新意识，推进我国控制工程专业的发展，也必将促进中国从工业大国走向工业强国。

二、教学内容的课程改革

（一）建立课程体系，理清教学思路

机械专业本科生的“双创”能力和实践操作能力均有待提高，学生对于控制工程相关专业知识的理解仅仅局限于课本，理解还不够深入，所以需要对《控制工程基础》课本进行改革，以改变这一现状。控制工程基础课程，具有多学科交叉与综合性、工程应用广泛、强时效性、理论与实践强耦合性等特点，学生普遍认为该课程的学习难度偏大，而且学完依然无法将所学理论与实践训练相结合。为此，长春大学机械与车辆工程学院积极进行课程改革，优化教学内容，这将进一步提升教学实效。

依据学校现有的培养体系，首先将专业知识与创新创业意识和创新创业知识深度融合，建立控制工程课程体系结构图。

如图1所示，控制工程专业课程体系结构中，通识课程包括数学分析基础、线性代数和概率与统计等;大类课程包括自动化导论、C语言、模拟电子线路、数字电路与系统等;专业课程分为专业基础课程、专业主干必修课程、专业方向选修课程。其中，专业基础课程包括模拟电子线路、数字电路与电路理论等;专业必修课程包括控制工程基础、现代控制理论、最优化方法、计算机控制技术、系统仿真技术。这些课程一般根据所在学校的通识教育要求、学科师资力量和教学资源条件开设，在一定时间内保持稳定不变。

（二）建设专业特色，促进创新创业发展

建设个性课程与创新实践项目是创新课程体系的关键。在创新思维的基础上培养创新意识，形成特色课程创新模式。各院校可根据控制工程专业方向的特色和研究生培养方向，设置本研衔接选修课程和交叉学科专业课程，鼓励和引导对科研感兴趣的学生进行选修，为其继续深造打下坚实的专业课基础，并且为有兴趣开展交叉学科研究的学生提供入门的基础知识，以期在“双创”实践中提升创新创业能力。

（三）采用线上线下教学模式，提高教学质量

提高课程教学教育质量，是保证人才培养质量的根本。借助发达的互联网平台，实现传统教学和线上教学相结合的教学模式，可提高学生的学习兴趣，最大限度地实现高效教学，改善专业基础课学习效果不佳的局面，努力培养合格、专业的应用型技术人才。控制工程作为工科类专业，其专业主要有控制工程基础、工程力学、C语言等基础课程。一方面，这些课程概念较多，抽象、难以理解，若教学方式、方法不当，那么“教”与“学”都会枯燥乏味;另一方面，控制工程应用性很强，对于初次接触本专业的学生而言，学好这类课程难度较大。并且，在手机游戏、网络小说等各种外界诱惑的环境下，加之地方高校学生基础相对薄弱，学习自主性、自律性等方面也较欠缺。因此，在学习较为枯燥的专业基础知识的时候，课堂上学生容易出现分心走神，课后学生更难以主动花时间解决疑问，导致学习效果不佳。为改变这一现状，学校一方面在授课过程中加强启发式、探讨式以及案例式等先进教学方式的应用。例如，李雅普诺夫稳定法作为智能控制教学的重点、难点内容，其包含的基本概念和知识点较多，为使学生较好地理解、掌握图中各重要点、线的意义，建议授完该部分内容后，就非线性时域及频域的MATLAB实现相关内容开展实践学习。实践课前，首先安排学生提前安装好MATLAB、LabVIEW等相关软件，利用实践操作的机会助学生了解并深刻理解该课程的内涵。另一方面充分发挥线上教学资源的优势，实践线上线下混合教学模式。例如，将控制基础课程中的教学重点、难点等以动画、视频的形式呈现出来，以便学生更加直观、深层次地理解。对于专业基础课程中的实验教学，也可通过视频的方式让学生先掌握实验的基本操作及步骤，然后进行实际操作，教师引导学生对实验结果进行分析，自主纠错，达到事半功倍的教学效果。总之，采用线上线下混合教学模式，不仅有助于引导学生自我管理、自主学习，激发学生的求知欲，提升自主学习能力，而且能将授课教师从繁忙的教学工作中解放出来，更有利于教师在课堂面授中加强启发式、探讨式及案例式等先进教学模式的应用，提高教学效率和教学质量，为新工科建设背景下创新性应用型人才培养提供有力保障。

（四）增设课程论文，培养学生的综合应用能力

创新能力和综合应用能力的培养不是空中楼阁，需要扎实的基本功，常規作业基本上可以从课本中找到参考答案，所以其对学生理解知识、运用知识能力的考查还远远不够，致使学生自我发展的空间受到限制，学生综合分析问题的能力也得不到充分提升。若在平时作业的基础上增设学科论文，不仅可以激励学生积极思考，而且可以促进学生更深层次地钻研，这对培养学生的创新意识和综合应用能力至关重要。例如，控制工程基础作为机械专业一门必修专业基础课，需要综合分析和综合创新应用的内容居多，所以在课程学习的过程中可通过论文的方式，加强学生综合应用能力和创新意识的培养。课程开始的时候，先由教师根据课程的主要内容拟出若干论文题目，先让学生了解课程论文要求，明确要旨;课程结束前两周，通过抽签的方式，确定每位学生的选题，同时允许学生自主选题或组队完成;选题完成后，让学生充分利用课余时间，查找相关参考文献完成论文的撰写;最后，在课程结束后上交论文，并由教师组织答辩，论文成绩计入平时考核成绩。实践证明，通过布置课程论文的方式，一方面可锻炼学生撰写科技论文的能力，另一方面能够培养学生自主学习的能力和科学探索的素养，增强学生对该课程的兴趣。

（五）建设学科交叉，实施科研创新

控制工程基础是机械技术理论与控制理论之间的交叉学科，主要介绍机械工程的控制原理，同时密切联系实际工程。通过学习这门课程，要求学生学会运用控制理论的基本原理和思路方法，初步学会分析和研究机、电、液系统中信号的传递、反馈与控制，以及机、电、液系统的动态特性，同时结合配套专业课的学习，为将来实际控制领域学习打下一定的基础。因此，本科生科研创新能力培养不应该仅仅局限于本专业领域，应鼓励和注重学生开展、实施多学科交叉和协作创新。在“双创”背景下，学科交叉往往产生新的科学前沿和创新点，要鼓励学生基于本专业大胆地拓展科研思维并打破学科思维壁垒，联合不同专业的本科生开展科研活动，全面实现科研创新能力提升。

三、人才培养模式探索

（一）人才培养目标

目前，虽然国内各高校控制工程和自动化等专业的人才培养目标不尽相同，但仍有一些共性，以吉林大学和长春大学制定的本科生培养方案为例，两所高校针对智能控制方向本科生的培养目标如下：

1.掌握典型控制系统的结构、特点及其实现形式，理解常见控制过程现象及实验建模的方法，能应用基本控制原理知识，分析复杂工程系统的特征并进行建模描述，为复杂控制过程的设计和操作奠定基础。

2.掌握简单控制系统的结构与控制参数整定方法、调节阀基本结构与特性区别，能够将简单控制系统分析技术运用到实际工程中，能够设计虚拟模拟环节，并进行相应的数据采集、整理及实验结果分析，能够实现对控制性能的优化。

3.理解复杂控制系统与先进控制系统的结构分析、设计与控制器参数整定，包括串级控制系统、反馈控制系统、比值控制系统、解耦控制系统、模型预测控制系统等，掌握各类控制系统的基本控制算法。

4.具有结合相关学科工程知识解决复杂控制问题的能力，能够通过复杂工程系统的过程控制实物，结合实践工程进行控制系统的分析与设计，了解利用工程管理知识进行控制过程设计与开发全流程，能够利用相关知识进行经济决策，以便经济合理地运行控制。

（二）引进复合型专业人才

“严师出高徒”，只有建立一支理论和实践兼备的创新性应用型师资队伍，才能培养出具有创新能力的应用型技术人才。

近三年来，我院控制工程专业新引进博士教师较多，他们科研能力比较突出，但很多博士毕业后直接参加教学工作，所以在教学和工程实践能力上相对缺乏经验。因此，一方面我们本着“理论与实践相结合”的原则，聘请企业事业单位、科研院所等具有丰富经验的实践工程人员担任教师，指导学生实践工作;另一方面加强本专业教师的工程实践能力培养，分期组织教师到相关的企业事业单位、科研研究所等参观学习。此外，“双师型”和专业教师产教研结合模式的比例也在逐年增大，鼓励吸收本科生进入课题组开展一些研究工作，这不仅有利于加强师生间的交流，更有助于激发学生对科研的兴趣，锻炼学生的创新能力。

四、建设大学生创新创业保障制度

为了能够给大学生提供更广阔的实践舞台，多举措协同服务给大学生创新创业提供基础保障。第一，学校专门成立创新创业基地，以专业特色为出发点，举办各类相关竞赛项目，保证每年产出2～3项优质成果，形成良好的循环示范作用。第二，成立专门指导创新创业竞赛的专业师资团队，团队由专业教师、创新创业指导教师以及大学生组成，分工协作。从专业化角度、技术角度和商业角度出发，打破传统的教学模式，为项目推进以及竞赛答辩做好基础工作。第三，依托大学生创新创业园进行项目孵化，将创新平台的研究成果及时推送出去。以新概念、新技术、新产品等科技成果形式向企业和行业推荐，并转化为实际生产力，以技术入股和专利转让的形式进行创业，降低直接商业化带来的潜在风险。第四，政校企协同促进产业化保障。长春大学与企业、政府紧密合作，2021年本校已在山东等地进行了深入的政校企合作，将实验室成果转化为生产力，尤其在人工智能领域取得了显著成效。通过以上四种保障制度，有效地推进了大学生创新创业进程。

五、结语

综上所述，控制工程专业是现代工业和国民经济重要的专业支撑，在“双创”背景下，要实现创新型人才培养的目标，必须大力加强该专业本科生创新能力的培养，时刻以学生为中心。构建科研创新平台体系、学科交叉实施创新、校企融合助力科研创新等措施的探索和实施，有效地提高了本科生的科研意识和创新能力，为企业和社会培养一大批具备创新能力的人才，推动长春大学的学科建设，实现我国高等教育的强国目标。

参考文献：

[1]邬继坤.基于工业4.0理念，打造汽车零部件智能生产线[J].装备维修技术，2021（27）：140-141.

[2]朱恬恬，舒霞玉.我国高校创新创业教育课程建设的调研与改进[J].大学教育科学，2021（3）：83-93

[3]桑倩倩，栗玉香.教育投入、技术创新与经济高质量发展：来自237个地级市的经验证据[J].求是学刊，2021，48（3）：86-99

[4]梁春江，张木明，陈晓梅.新时代高校研究生综合素质提升路径探析[J].广东技术师范大学学报，2021（2）：106-112.

[5]李燕姣，杨海云，梁伟哲.互联网+背景下的大学生创业问题研究[J].科研，2017（1）：79.

◎编辑 马花萍

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