杨兴果，肖会芹，孔玲爽

（湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412000）

0 引言

当今是信息的时代，人类知识总量和信息总量每天以指数量级快速增加，在2018年互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）发布的白皮书《Data Age 2025》中，对2025年全球数据量总和的预测高达175万亿GB[1]。面对如此庞大的信息，迫使人们不得不改变传统的学习习惯，能够独立思考、筛选、归纳、提炼信息，能从庞大繁杂的信息中提取新知识、新技能。要学会创新，增强动手能力，学会思考，提高综合素质，培养宽阔的视野。

在信息和知识快速增长的形势下，传统的课堂的授课方式已经不适合当下环境对人才培养的需求，高校在人才培养上必须根据当前情况进行适当调整，以便完成新时期教育教学任务。此外，从2016年我国正式加入国际工程教育《华盛顿协议》组织以来，就倡导以学生为中心，以产出为导向、持续改进的教育理念，培养学生解决复杂工程问题的能力[2]。这一理念也契合当今海量网络信息知识环境下，要求培养学生不仅仅了解书本上的经典知识，还要了解当下发生的或即将要发生的新知识、新技术，人才培养才能紧跟时代的发展。因此，教学的中心任务就是引导与培养学生的独立学习能力和思考能力，能够从纷繁芜杂的信息与数据中获取解决问题的方法与技能。

1 授课现状与改革探索

在传统的自动控制原理教学中，一方面，教师主要将精力放在了理论的讲解上，会在理论分析、公式推导、计算上花费大量的时间，因为授课理论偏多，容易使学生难以对课程提起兴趣，学习热情较低；另一方面，对学生来说，课程学习经常是为了完成课后任务，通过考试而学习，学习的主动性和积极性严重不足；因为学生个人自由支配的时间较少，学生们缺乏足够的时间去思考、探索、动手和实践，对学习的东西只知其然而不知其所以然，融会贯通和应用能力不足。此外，授课时经常需要面面俱到，这就需要教师花费大量的时间和精力做课前准备，而最终收获的效果却有限。

随着互联网大数据的发展，网上有极为丰富的学习、实验、科研和工程实践案例资料，学生要能够从网上筛选、获取信息并结合线下课程学习，熟练掌握并运用课程知识，是新时期对高水平应用型人才的基本要求。笔者以自动化专业工程认证改革为契机，着手对传统培养方案和课程教学大纲进行改革。通过加强课程建设，优化课程内容和教学方法，对接工程教育专业认证标准，对课程教学大纲进行了修订，以适应新形势环境下对人才培养的要求。具体通过自动化专业原来的三门专业核心课程“自动控制原理”“现代控制原理”和“计算机控制”改革为例来说明具体改革方法。

“自动控制原理”是为理工科电气信息类专业开设的专业基础课之一，它以拉氏变换理论为数学基础，用传递函数来描述数学模型，研究单输入-单输出，线性、定常、时不变系统，改革前有64课时。“现代控制理论”是在经典控制理论的延续和拓展。它以时域法特别是状态空间方法为主，研究系统状态的运动规律，并按所要求的各种指标最优为目标来改变系统的运动规律，课程总学时48课时。“计算机控制技术”课程主要介绍计算机控制系统分析与设计的基础知识。它以数字系统控制分析及数字控制器设计为课程的基本理论支柱。重点介绍基于计算机的数字控制系统建模与分析、数字控制器的设计与实现的基本方法。课程总学时48课时。三门课程共计160个学时。

课程大纲改革的目标是给学生们留出充足的独立学习和思考时间，减轻课堂学习的负担，因此需要在课程设置中大大压缩理论内容授课课时。改革后，三门课程合成一门新课程，称作“现代控制工程”，由原来三门课程共计160课时压缩成现在的64课时。其中理论授课40课时，实践16课时。虽然课程开设课时大量压缩，但是按照教学大纲要求，需要学生掌握的知识点与改革前相差无几。在较短的课时内完成教学任务并保证教学质量对学生和老师来说都是一项挑战。这就意味着学生不能拘泥于仅在课堂上学习知识和技能，必然要花费很大精力在课前进行预习和课后进行复盘。另一方面，对教师来说，有限的课时内不仅要梳理课程的疑难重点，还要激励学生的学习热情。这就要求学生在教学中的角色由接受者转变为知识的探究者。

2 教与学多种改革方法与尝试措施

为了在有限的授课时间内，保障教学质量及提高学生的学习兴趣，本文采用了多种教学措施，改变学生从被动学习到主动学习的学习习惯。

2.1 课堂授课采用翻转课堂的形式提高课堂学习效果

通过翻转式课堂教学改变传统的授课方式。在“翻转课堂式教学模式”下，学生可以通过互联网使用优质的教育资源完成自学，如慕课、各类网站、各种论坛和各种APP，不再单纯地依赖授课老师去教授知识和技能。学生在课下完成知识的学习，课堂上主要是与老师或同学之间进行互动，包括答疑解惑、知识的运用等，从而达到更好的教育效果。通过翻转课堂，可以培养学生对信息资料的采集归纳能力队合作和交流沟通能力，从而逐渐具备分析、解决复杂工程问题的能力。

为了保障翻转课堂的学习效果，采取了如下方法：一是，通过布置问题和任务，让学生带着问题自行通过网络查阅资料预先学习，保证学生目的性与专注性，而教师在课堂上通过提问，了解学生在预习中遇到的问题和掌握知识的程度再进行教授；二是，为了确保学生能够通过自己能力解决课前任务、提高自学的积极性和知识获得感，课前预留的自学内容和问题通常是简单的概念和原理或后续需要用到老知识的回顾；三是，课堂授课除了选用经典教材作为参考书目外，还结合笔者学校设立的“包装自动化与交通工程”特色课程涉及的自动化应用案例，以及教师本人科研项目对课程教学补充和拓展。通过多种方法实现教师对课程的整体性把握，使学生能加深对课程的理解，同时提高学生的学习兴趣和对理论知识的接收能力。

2.2 课堂内外采用“自组织学习”模式

在课堂内外构建自组织学习模式，即由学生自由地选择组成学习小组，实现小组学习，发挥学生的主观能动性。为了提升学生的学习兴趣和思考解决问题的能力，同时锻炼团队协作的能力，在“现代控制工程”课程教学过程采用了自由组合的“自组织学习”模式。以3～4个学生为一组，每个小组设置完成不同的任务。每个小组带着任务一起协作完成，利用网络资源、实验室或图书馆等资源，查阅资料、讨论、寻找解决问题的方法。

如果在学习过程遇到问题，组内成员或小组之间可以探讨、分析、交流解决问题的方法和经验，在这一过程中实现成绩较好的同学对成绩较差同学的帮扶。例如，布置课后思考题，什么是特征值和特征函数，它们跟状态方程有什么关系？通过设置这样的任务，小组同学组织起来针对这些问题进行探讨、分析、阐述、相互之间进行启发式学习，从而使得同学们之间形成互动互助帮扶效果，充分发挥群体的积极性，提高个体的学习主动性，达到完成特定的学习任务的目的。小组学习每个星期进行一次，主要记录讨论的知识要点、个人的心得体会、问题的解决方法等等，这些可以作为平时成绩的加分项。实施的结果表明，采用自组织模式进行学习的学生明显表现出更高的学习热情，从而获得更好的学习效果。

2.3 采用分享学习模式提高学习效率

开设课内分享实践课，使学生学会分享式学习。学生在教师指导下，以小组为单位，选择和确定研究课题任务，主动地通过网络资源搜集资料、获取知识、分析整理、小组讨论、形成学习报告、与同学分享、老师点评。通过这种方式使学生把学过的知识讲授出来，以此带动自己深刻理解学习内容，实践证明，分享式学习是最高效的学习方式[4]。

分享式学习的具体组织形式采用学生自由分组调研自动化大四毕业设计展的参展项目。毕业设计展是自动化系近几年持续探索深度“引企入教”新模式，由自动化系的大四学生通过自选队友、自选课题组成独立设计团队，进行毕业项目设计并进行成品展示。毕业设计展这两年的热门选题有：自动小车寻迹、飞控、平衡车、机器人控制等等，这些基本上都是涉及了自动控制、系统、反馈的理论。通过布置调研毕业设计作品的任务，引导组织学生对控制项目实例进行系统调研，了解系统控制策略、软件硬件设计方、控制系统的性能等等，学会与项目设计者进行沟通、交流。调研的结果最终以笔记、小组讨论、上台演讲、动手实践、制作PPT答辩等等形式进行检验。在这一过程中，学生在知识搜索、发现、提炼，基础知识掌握和运用、团队协作能力、沟通能力和解决复杂工程问题等能力得到了综合锻炼。

此外，通过举办学习经验分享反馈，促进自我认知及提高学习兴趣。每次授课开辟出十分左右的时间，让一位同学分享自己在这个知识点上的学习方法，并在老师的引领下和同学们一起讨论该方法的优缺点，思考可改进的方法，让学生们都尽可能地参与到学习中来，促进学生形成更好的学习习惯和学习氛围。

2.4 在课内实践中引入科研项目

把科研项目引入到课内实践中来，以科研、工业项目和网络资源为依托，实现课程教学与实际应用相结合。例如把锅炉温度数字PID控制、机械手数字PID控制等项目引入实践课，让学生自己动手一步一步从如何寻找、查阅相关资料、选题、建模分析、控制方法的选择、控制策略的实施与调整，到实际项目完成与检验，帮助学生建立完整控制项目的实现过程及其注意事项，从而建立起控制系统的完整认识。通过这一过程锻炼学生从实践活动中提炼理论知识并相互印证能力，从而提升学生的专业能力和学习兴趣。教师在这一过程中引导学生体验知识发现与提炼、科研经历与创新思维，体会理论知识如何应用于科研和工业项目。同时引导学生了解企业的支持与合作、企业人才培养、技术攻关、工艺改善等。实践证明，此方式可高效地将科研成果转化为教学内容，形成理论水平高、实用性强、特色鲜明、丰富生动的日常教学内容。

3 结语

随着互联网大数据时代的发展，网络上的数据和信息量每天都在迅猛增加，并且信息和知识更新较快，为了了解最新的知识，更好地更快完成课程学习，传统的学习方式已不适应新的要求。笔者总结了“自动控制原理”“现代控制理论”和“计算机控制技术”3门课程合并为一门“控制工程课程”后，在授课课时大大减少的条件下，既要完成教学任务又要保障教学质量这一挑战时，尝试采用了多种授课方式和多种学习组织形式，引导学生学会利用互联网资源寻找、查阅、学习相关知识，学会沟通、交流和分享学习，形成系统的学习方法，培养独立思考的学习习惯，适应新形势下的学习方式，为以后学习、工作和研究打下好的基础。