高晓霞，徐洪亮

（长春汽车工业高等专科学校电气工程学院，吉林 长春 130011）

1 研究背景

“自动控制理论与系统”课程是高职院校电气自动化技术专业、工业机器人技术专业及智能控制技术专业的必修课。课程主要任务是使学生掌握自动控制系统的相关概念，掌握自动控制系统分析方法，理解校正的设计原理及基本方法[1]。课程内容涉及到“高等数学”“电工基础”“电子技术”和“传感检测技术”等多门课程的专业知识，课程理论性强、知识面广、内容繁多，公式推导和计算复杂，因而课程具有相当多的知识点，学生难于理解和掌握其核心知识[2]。加之高职院校学生与普通本科院校学生不同，大部分学生理论基础知识比较薄弱，而且缺乏对理论知识学习的兴趣，教师很难调动学生的学习积极性，导致教学目标难以达成。而这些专业知识理论又是学生所必须掌握的。高职院校的学生毕业后多数侧重或面向生产一线，如何建立系统的概念？如何判断一个系统的好坏？如何构建整体建立全局意识？如何用科学的方法解决工程实际中的问题？这些相关知识、技能和意识需要在“自动控制原理与系统”课程中学习，因此教好这门课具有重要意义。

2 引用系统观概念，更新教学理念，完善教学目标

“自动控制原理与系统”相对其他课程，对数学和物理要求较高，高职院校的学生在学习过程中会感觉到难度较大。在教学过程中强调不能把自动控制原理当成数学和物理来学，应当建立系统的概念，用学过的课程及相关知识点搭建一个系统的概念。教师讲授课程时不要强调数学的推导，更多要求学生注重系统的背景和应用，要求学生掌握的自控系统的概念、会判断系统的好坏，能用具体的方法对系统进行分析，能发现系统的缺陷并知道如何校正。在教学过程中引入生活或企业的具体案例进行讲解和分析，从而让学生可以建立自控系统的观念和控制的思想。改变学生出现问题从单一的角度思考，强调解决实际问题时，应从全局的角度出发，用自控的思想去思考问题，运用反馈的原理去分析和解决问题，培养学生的整体和全局意识，具体的目标如下。

知识性目标：①明确控制系统的任务、组成及自动控制的基本概念，开环控制和闭环控制的基本原理和特点；②理解系统的微分方程，认识系统的传函和系统的结构图，熟悉拉普拉斯变换，掌握典型环节的传函；③掌握时域分析法和频率特性法；④掌握系统的稳定性概念、系统的稳定必要条件、代数判据、对数频率判据、自动控制系统的稳定性分析，掌握系统稳态误差的概念、系统稳态误差的求法，掌握系统动态性能指标的求取、动态性能指标与对数开环频特的关系；⑤理解校正的概念和基本过程，明确串联校正、反馈校正和顺馈校正的作用，并掌握利用这些手段提高系统性能的方法。

技能性目标：①在理解有关自动控制系统的基本概念和建立控制系统数学模型的基础上，掌握并灵活运用时域法频率法进行系统分析及正确的性能分析；②掌握系统分析、校正的思路和方法，为日后控制系统的分析设计打下基础。

3 改革教学内容，构建多元化的课堂

3.1 结合企业需求，修订教学目标，明确教学任务

“自动控制原理与系统”课程作为高职院校一门专业课程，须与相关企业生产或实际设备联系起来。课程从应用的角度出发，增加对应的技能目标，比如：从生活的角度引入自动控制系统的概念，学生在理解有关的基本概念的基础上，建立控制系统数学模型，灵活运用时域法频率法进行系统分析及正确的性能分析；根据企业实例，展开分析，从而掌握系统分析方法、掌握校正的思路和方法。制定实用性强的教学目标，根据教学目标，更新教学任务。教学内容要时刻与现代智能制造领域中的自动控制技术相结合，也要时刻与相关企业实际相结合，树立要在教学中解决面向实际工程问题的目标，确保教学内容与时俱进，才能充分调动学生积极性。讲解课程内容时也务必目标明确，从实际应用的需求出发，不断为学生搭建自控系统的框架，让学生明确知道自己现在学习的内容是自控系统的哪个部分，减少公式的推导过程，让学生理解课程内容和企业相联系的部分，从而巩固学生的理论知识。

3.2 优化课程体系，整合教学内容

“自动控制原理与系统”课程由自动控制的基本概念、控制系统数学模型的建立、控制系统的性能分析、控制系统的设计和校正等内容组成。由于课程内容繁多并且理论性较强，在为高职学生讲授时，需要精选教学内容，根据各章节不同的重点和难点，结合教学目标，对教学内容进行筛选，增加广度同时减小理论深度。本课程设计了5个模块[3]，分别是自动控制系统概述、自动控制系统的数学模型、分析自动控制系统性能常用的方法、自动控制系统的性能分析和自动控制系统的校正。

每一个模块都有对应的工程实例，都有具体的工作任务，例如，模块一自动控制系统的概述，工作任务是通过示例和实训，建立起系统的基本概念，初步掌握由系统工作原理图画出系统方块图的方法。掌握系统的性能指标，正确理解对控制系统稳、准、快的要求。完成每个模块，还需要分析每个模块的重点难点，例如，模块一的难点是系统组成框图的绘制。绘制系统框图是分析系统的最终结果，也是日后分析建立数学模型的理论基础，它是自控系统的一个入门点，所以非常关键。但由于实际系统往往比较复杂，如果理论基础薄弱的话，学生分不出来各部件究竟属于组成框图中的哪一个单元，会使初学者感到无从下手。所以在完成该部分时，教师会带领学生学习并绘制思维导图，同时总结出一套方法。常用的方法是先找到被控量，按照被控量（输出量）→控制对象→执行元件→放大元件→比较环节→给定元件→反馈元件（检测元件），逐步画出各单元的框图，再标写：给定量→反馈量→扰动量→各中间变量，逐渐把组成框图分析清楚。

本课程教学内容源于企业岗位典型工作任务，经过科学提炼与教学设计；课程教学目标源于企业相关岗位知识技能要求，突出能力培养但不放弃对基本知识的讲解，强调基本知识与企业实例的紧密联系；本课程教学的实训系统源于企业实际设备，课程模块内容来源于实训设备的分解，通过分解实训设备各个模块的功能，使每个环节都与自动控制的基本概念相联系，让学生真实看到自控系统的每个环节在设备上是怎样的一种形式。实训环境是企业工作环境的缩影与再现。课程采用项目式教学及多种教学方法并用，将素质教育引入专业课教学，明确学生的学习目的，激发学生的学习兴趣，挖掘学生的学习潜能，保证课程教学任务的完成与教学目标的达到[4]。对于课程标准中要求的重点内容，应该做到删繁就简，推陈出新，涉及到的基本理论和具体应用应讲深讲透，减少公式和结论的推导，重点突出理论的使用方法；一些不重要的纯理论性教学内容可以略讲；课程中规定的了解性内容，应少讲或者不讲等等。通过课程内容的整合提高学生学习兴趣，从而加强高职学生对自动控制概念和方法的理解。

3.3 精选案例，强化学生的专业背景

设计课程内容时应精选案例，选择案例的原则是将理论知识与生活实例相结合，将系统框架与工程实例相结合，使具体案例融入到教学中，可以降低学生理解的难度。讲授时以问题为导向，引出知识点，将关键知识点结合具体实例，重点讲解物理意义，最终以解决问题。从绪论开始注重课程的引入和方向的引导，课程每个章节讲解都要循序渐进，举例要从日常生活中的实例开始，例如，从学生熟知的空调控制系统和热水器控制系统开始，然后再引入经典的炉温自动控制，再到较为复杂的与工作相关的领域，如汽车领域自动喷涂系统、农业自动浇灌控制系统，最后到高科技领域，如自动导航巡航控制系统、人造卫星控制系统等，使学生可以充分认识自动控制领域的相关应用。讲授过程中，可以举例某一个控制系统的分析过程，如热水器，然后让学生自行分析系统结构、组成、相互关系和控制过程等。然后逐渐加大实例的难度，从而不断地培养学生的系统分析能力，锻炼学生运用课本中的知识，解决生活和工作过程中实际的自动控制相关的问题。

4 构建“混合式”教学模式，实施多元化考核方式

4.1 线上线下有效衔接的应用

5G网络、物联网、人工智能等信息科学的出现和发展，将会进一步加快产业的转型升级，也将赋能职业教育。各大教学平台，乃至全国各大教学机构，可以实现互联互通，各个专业开展教学时，可跳出学校有限资源的束缚，依托5G平台里的全国乃至国际教学资源，用来准备教学相关资源。尤其是在疫情后，大量的网络课程出现，网络资源使用已经被教师和学生所熟知。学生可通过各种智慧媒介，快速访问云端丰富的教学资源，随时随地观看直播，可看视频完成线上学习，还可在任课老师指导下通过各种新型教学方式来完成线下学习。但是无论是线上教学还是线下教学都有它的缺陷，它们不仅仅是简单的叠加融合，更重要的是如何融合。

新技术的出现同时对课程内容的要求也越来越高。要求高职院校自动化类专业的学生具有较高的学习能力、分析能力和学科融合能力，线上教学能为学生提供更多的自主学习的空间，它是移动的图书馆，实现随时随地学习。线下教学可以实现重难点解析，提高学生学习主动性，实现师生之间、生生之间的个性化互动。把教学过程划分为课前线上预习行为做指导、课中线下互动为核心、课后巩固参与来夯实3个阶段，如图1所示。

图1 课程实施

4.2 以学生为中心的多元评价体系

传统的课程以试卷考核为主，以教师为中心，考核方式较为单一，缺少自主思考，难以反映学生的真实学习状况。本课程根据学生的特点，增加了实训考核的比例，考核过程为过程性考核，考核以学生为中心，注重考核学生的能力。本课程利用线上线下相结合的方式开展教学，注重线上课程与线下课程有效衔接。考核方式具体实施也是由线上和线下共同评价来完成。如图2所示，本课程的考核内容分以下4个部分，分别是采用线上任务20%、项目考核20%、实训考核20%和期末理论考核40%。线上评价可利用智慧树或超星平台发布学习资源和测验、作业、课程讨论等。线下评价通过考核学生掌握实训的程度和考核面授课程后的相关知识点来实现。期末理论考试改变以往死记硬背知识点的卷面考试，以综合题为主来考核学生的能力。线下评价及考核也可利用智慧树或超星平台的工具，可以采集课堂学习相关数据。这样，通过线上线下相结合的方式来考核，参考学生课前、课中和课后学习的情况，能从多维度、多环节考核学生学习本课程的学习效果和学习能力，从而激发学生的学习积极性和主动性，课程相关数据也为教师课程改革提供了方向。

图2 考核评价体系

5 总结

通过对“自动控制原理与系统”的课程特点、教学内容、学生的现状和传统的教学方法现状的分析，对课程进行了改革，精选和优化教学内容，改革考核方式，采用了线上线下相结合的方式。实践表明，通过这些改革，学生理解了自动控制系统的构成及相关概念，构建了负反馈的思想，充分了解Matlab软件的用处和意义，提高了学生学习的积极性，培养了学生的独立思考能力、分析判断能力和解决实际问题能力，为将来从事相关领域的工作打下了理论基础、建立了系统框架。