自动控制原理混合式一流本科课程教学改革研究

张淼 介婧

摘要 为响应教育部一流课程“双万计划”，加快发展新工科建设，积极探索自动控制原理一流本科课程教学改革，文章从分析课程教学现状出发，总结了在课程教学改革中要解决的重点问题，坚持以学生为中心、以能力产出为导向，从课程思政、教学模式、实践教学和课程考核等四个方面进行自动控制原理线上线下混合式课程教学改革。不断聚焦人才培养新需求，将课程教学改革与课程思政建设并行，创新多维度智慧教学模式，探索多元化实践教学方式，为培养适应时代需求的新工科应用型人才提供有效途径。

关键词 自动控制原理；线上线下混合式；教学改革；教学模式

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.14.009

为贯彻党的十九大精神，落实“立德树人”根本任务，教育部全面推进一流课程“双万计划”建设，加快形成中国特色、世界水平的一流本科课程体系[1]。为更好地适应社会发展新需求，加快发展新工科建设，作为一所工程应用型高等院校，浙江科技学院（以下简称“我校”）对创新应用型人才培养提出了新的要求，着力建设既具有高阶性、创新性、挑战度，又具有课程育人时代性、针对性、实效性的一流本科课程[2]。

自动控制原理是自动化、机器人、电气及自动化等专业必修的专业基础课程。通过该课程的学习，学生可以系统地掌握自动控制系统的基本概念、系统建模、分析与综合的理论和方法，具有独立系统分析和实验的技能，初步具有解决自动化及相关领域内实际工程控制问题的能力。自动控制原理具有工程背景鲜明、理论性强、知识点繁杂等特点，学习难度较大，如何提升课程的高阶性、创新性、挑战度，是课程教学改革中最值得研究的问题。

1教学现状分析

本课程目前的教学中存在以下问题：①缺乏对学生的思政教育。该课程内容信息量大，学生对控制理论的实际工程应用了解很少，对控制论的发展脉络不清楚，因而对课程的重要性认识不足；课程教学中往往会偏重追求知识的掌握，而忽略了对学生思想政治的再教育。②教学模式传统，多媒体应用不足。当前本课程大部分章节仍然采用课堂授课模式，少部分章节采用翻转课堂教学，然而线上学习的反馈信息通常滞后于线下课堂，无法与授课同步进行，抑制了学生的积极性和主动性，学生课堂参与度低，注意力容易分散。③偏重知识获取，工程实践能力欠缺。学生在学习过程中只关注公式应用，缺少学习的自主性和创造性，不会应用所学知识去分析解决实际工程问题；而且课程教学中实际控制工程的项目案例涉及较少，实验与理论内容相对分立，难以提升学生的工程实践能力。④课程考核缺少过程评价。当前课程总评成绩由平时成绩、实验成绩和卷面成绩三部分构成，缺少对学生学习过程的评价，导致教师不能及时掌握学生的学习情况，不能根据教学反馈及时调整教学内容和教学手段，也不能有效调动学生的学习积极性。

2教学改革要解决的重点问题

针对课程教学现状，以建设自动控制原理一流本科课程为目标，教学改革应着重解决以下几个问题。

①如何以“立德树人”为目标，有效推进课程思政建设。自动控制原理课程教学已不单单是要教会学生有关知识和技能，更要引导学生积极地对待人生和社会，发自内心地产生精神和思想动力，提升自己的育德意识与育德能力。如何以“立德树人”为目标，挖掘课程思政元素，积极探索和实践课程的育人功能，实现知识传授与价值观协同发展。

②如何以学生为中心，创新多维度智慧教学模式。教师在教学过程中应不断优化教学方法和手段，改善学生学习效果，有效提升教学质量。如何利用先进的信息化技术，实现多种优质教育资源的落地应用，创新多维度智慧教学模式，将课内与课外相融合，引导学生从注重考试结果向注重学习过程转变，实现以学生为中心的现代教育理念。

③如何以学生能力培养为导向，探索多元化实践教学。自动控制原理课程的实际操作，是以培养工程型人才为目标，理论与实践联系密切。如何以学生能力培养为导向，结合控制工程实际需求，探索多元化的实践教学模式，在教学过程中有意识地培养学生的工程意识，注重弘扬工匠精神，渐进培养学生解决自动化及相关领域复杂工程问题的能力。

④如何构建多元化的考核方式，完善课程评价与持续改进机制。OBE教育理念关注对学生学习的实际产出进行分析，制订成绩考评体系并建立持續改进机制。如何构建线上线下混合式教学考核方式，使课程评价体系从结果评价转向结果与过程评价相结合的方式，并且基于多元过程数据进行课程目标达成度分析及持续改进，助力课程目标及毕业要求有效达成。

3教学改革的主要措施

3.1融入思政元素

在课程教学改革中，将思政教育融入整个教学，育人与育才相结合、显性教育与隐性教育相统一。本着“三位一体”的育人理念[3]，深入挖掘自动控制原理课程的思政元素，明确课程的思政教学目标，系统设计德育递进路径，完善课程的教学大纲。将自动控制原理课程的教学设计与先进控制、人工智能等前沿性问题相衔接，与工程实践相融合，充分挖掘控制领域大国工匠事迹、大国重器最新成果、时事事件等有机融入教学内容，将控制理论及技术的专业教学与思政教育进行有机融合。

教学组织上，采用协同增效的课程思政教学模式，课前教师根据素质目标挖掘思政元素，设计单元任务书，初步建设课程思政案例库，在教学内容中融入生活案例、工业案例以及科技热点前沿。课中阶段，教师和学生模拟工程师实战，通过教学实践培养学生的系统观、科技发展意识、责任与担当。课后阶段，教师根据学生的获得感和提出的问题及时进行教学反思，进一步丰富思政案例库。通过这种协同增效的教学模式，将思政教育贯穿于自动控制原理教与学的全过程，构建师生共同体，实现知识传授与价值观协同发展，培养学生的民族自信和爱国情怀、科技强国的责任意识和创新精神。

3.2创新智慧教学模式

基于雨课堂平台[4]，以学生为中心，构造课前-课中-课后多维度的教学路径，为学生提供灵活丰富的资源和学习方式，形成多维度立体化智慧教学模式。教师基于学情精准分析，精进教案及教学设计，保证教与学有的放矢；在教学过程中加强教学管理，注重过程考核和反馈，并通过设问、研讨、课堂检测、案例剖析等多元方式，有效提高学生的课堂参与度，建立良好的课堂生态。

课前阶段，教师将教学内容分层，自主学习层次的知识点采用线上教学，引导学习层次和深度学习层次的知识点采用线上线下结合教学。通过雨课堂发布预习内容和任务，并对课件进行重点提点和针对性讲解，方便学生理解和学习；学生进行在线学习、完成任务并反馈问题，教师随时查看预习情况，根据预习结果进行综合学情分析，拟定合适的教学设计。课中阶段，教师以具体工程案例导入教学内容，设计理论精讲、重难点示范、讨论疑问、答疑互动等多样化的教学活动方式；线下精讲之后利用雨课堂组织学生进行线上限时随堂测验与小组协作学习，开展教师讲评、学生互评、学生互学等多元化过程评价，并根据课堂教学情况随时开启弹幕，组织学生讨论，活跃课堂气氛。课后阶段，根据雨课堂教学详情数据，对学生学习情况进行全面分析，有针对性地布置线上和线下作业并进行个性化资源推送，学生在线提交作业、发布心得体会和课程疑问。教师对学生的课后学习情况给出多元评价，进行有针对性的个性化辅导，帮助学生实现对课程知识的巩固和提高。

3.3探索多元化实践教学

针对自动控制原理课程理论性强的特点，教师在理论教学中结合工程应用增加实操练习环节，将纯理论的教学内容实验化，能够增强学生的主观能动性，激发学生的创造力。授课过程中培养学生应用MATLAB分析与设计控制系统的能力，包括用MATLAB分析控制系统的时域性能、用MATLAB绘制根轨迹、MATLAB在频率法和离散系统分析中的应用等，增加理论知识的实用性。选择符合所教专业的工程实例，着重介绍工程应用的思路，在课堂上开展实践化演练，让学生自己动手仿真做实验，加深学生对知识的理解和应用。

在课程实验教学中，增加设计性实验和综合性实验，以实际控制工程项目案例为牵引，将实验项目分为构思、设计、实施、操作四个环节，分小组进行组内协同；推进理实协同学习方式[5]，引导学生通过理论学习提出解决方案，注重让学生在做中学，使学生从“不会”到“解决一定难度的问题”，实现从知识到能力的转化。教师设置合理的阶段性过程评价，激发学生学习的主动性和创造性，最大程度上实现理论与实践的有机结合，从而提高学生独立分析系统和实验的技能，渐进培养学生解决自动化及相关领域复杂工程问题的能力。进一步以学生工程能力培养为主旨，着手建设虚拟仿真平台，丰富课程综合实验项目内容及实验手段，打破时间地点的限制，让学生能够随时完成实验。

3.4线上线下混合式教学考核方式

线上线下混合式教学改革为自动控制原理课程设计了多元化的课程评价机制，并借助雨课堂及时统计、反馈学生学习情况和成绩，推动课程评价管理数字化、智能化。为有效达成课程目标，本课程构建了线上线下混合式教学考核方式，具体为总评成绩=线上考核+线下考核+实验考核+期末考核，其中，线上考核包括在雨课堂布置的线上任务、课堂测试和阶段测试，用来评定学生的学习态度及对所学内容的掌握程度；线下考核主要为线下作业，用来督促学生及时巩固所学知识并应用；实验考核包括预习报告、实验过程和实验报告，用来评定学生的学习态度、操作能力和学习效果；期末考核采用闭卷考试形式，综合评定学生的知识掌握和独立解决控制问题的能力。多元化的课程评价机制有利于建立良好的课堂生态，激发学生学习的自主性。授课结束后，基于多元过程数据进行课程目标达成情况分析，对学生的学习效果进行评价，作为课程教学质量持续改进的重要依据，助力课程目标及毕业要求的有效达成。

4教学改革实施成效

自动控制原理线上线下混合教学模式在近三年逐渐推进，对课程在线过程考核效果和近三年课程目标达成情况的分析结果表明，线上线下相融合的三部曲多维度智慧教学模式有效提升了学生理论学习的主动性和学习效果，多元化实践教学模式加深了学生对自动控制原理知识的理解和应用，提高了学生对实际工程控制问题的分析和解决能力。从教学数据统计和学生评价来看，学生课内注意力显著增强，对课程的主动参与意识提高，对教师的教学满意度提升。本课程教学改革得到学生的普遍认可，学生评教持续优秀，并于2020年春被认定为校优质课堂、2021年获教学质量优秀奖。

5结语

自动控制原理线上线下混合式一流本科课程教学改革始终坚持以学生为中心、以能力产出为导向，不断聚焦人才培养新需求，将课程教学改革与课程思政建设并行，借助互联网和大数据技术，创新多维度智慧教学模式，探索多元化实践教学方式，完善课程评价与持续改进机制，为培养适应时代需求的新工科应用型人才提供了有效途径。

*通讯作者：张淼

基金项目：2022年度浙江省线上线下混合式一流本科课程建设“自动控制原理”（浙教办函〔2022〕352号）；2021年度浙江科技学院校一流本科专业课程建设项目“自动控制原理”（2021K1）；2022年度浙江科技学院校级课程思政示范课程“自动控制原理”（2022-KS2）。

参考文献

[1]王昕，华臻，隋金雪，等.“自动控制原理”一流本科课程教学建设探索[J].教育教学论坛，2021（47）：71-74.

[2]金红娇，罗时光，齐峰.新工科背景下“自动控制原理”教学改革研究与实践[J].无线互联科技，2022，19（6）：163-164.

[3]朱文興.“自动控制原理”课程思政教学案例设计与实践[J].电气电子教学学报，2021，43（5）：16-19，38.

[4]王秀珍，王粉梅，裴斌.基于雨课堂的智慧教学模式构建[J].计算机教育，2018（4）：139-142.

[5]张丽，介婧，朱文.基于OBE-CDIO理念的自动控制原理课程教学改革探索与实践[J].高教学刊，2021，7（36）：128-131.