論群體一致性教學(xué)在“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用

王 靜，喬 欣，唐 靜

(1.巢湖學(xué)院 電子工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000；2.菲律賓科技大學(xué) 工業(yè)教育學(xué)院，菲律賓 馬尼拉 0900)

0 引言

隨著自動(dòng)化生產(chǎn)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式由側(cè)重基礎(chǔ)知識(shí)向能力素質(zhì)轉(zhuǎn)變，因此“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)改革也在不斷地更新[1]。該課程理論性強(qiáng)、前導(dǎo)知識(shí)點(diǎn)多、學(xué)科交叉顯著，學(xué)生群體知識(shí)差異、思政意識(shí)薄弱、創(chuàng)新能力不足，教師團(tuán)隊(duì)實(shí)踐動(dòng)力不強(qiáng)，導(dǎo)致不同類型的學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握水平存在較大差異[2]。在“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)不斷地實(shí)踐中，針對(duì)以上問(wèn)題探索出了“群體一致性”教學(xué)理念。該理念由“四為教學(xué)”“五合一教學(xué)”和“三反饋教學(xué)”組成。在實(shí)施的過(guò)程中，采取更新教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、思政融入案例、項(xiàng)目指導(dǎo)實(shí)踐、強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方式，獲得了良好的教學(xué)成果，降低了學(xué)生群體間的知識(shí)水平差異，為培養(yǎng)高水平的應(yīng)用型人才打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 群體一致性教學(xué)理念解析

1955年，美國(guó)學(xué)者奧斯古德和坦南包姆提出態(tài)度一致性理論，該理論主要探討預(yù)測(cè)人在接受新信息后為保持內(nèi)部一致性而調(diào)整原有態(tài)度的一種理論[3]。這個(gè)理論認(rèn)為，人對(duì)周圍各種人和事物由于評(píng)價(jià)不同而有相同或相異的態(tài)度，這些態(tài)度之間可以是互不相干而獨(dú)立的。一致性理論目前多用于消費(fèi)者態(tài)度的研究，在教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用極少，在一致性概念的基礎(chǔ)上，將是教學(xué)研究一個(gè)新的視角。在目前的“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中，學(xué)生在知識(shí)掌握方面存在差異性。該課程因其獨(dú)特的特點(diǎn)面臨著“教什么，如何教；學(xué)什么，如何學(xué)”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。如何將課程中抽象的概念、原理和結(jié)構(gòu)融入到實(shí)際生產(chǎn)中，切實(shí)提升學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的經(jīng)度與緯度，培養(yǎng)學(xué)生時(shí)刻保持理論與實(shí)際相結(jié)合的思想，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，成為目前課程教學(xué)的難點(diǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)教師探索出群體一致性教學(xué)理念。

所謂群體一致性教學(xué)，指在教育教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)不同學(xué)生群體的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力，將其分為若干不同層次的群體，每個(gè)群體都有一位教師根據(jù)其特點(diǎn)采取有針對(duì)性的教學(xué)方式、合適的教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的信心，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，最終在教師的分類指導(dǎo)下，各群體學(xué)生一致達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的要求[4]。如圖1所示，在教學(xué)與估計(jì)過(guò)程中，教師A在基本授課結(jié)束后，對(duì)學(xué)生前導(dǎo)知識(shí)水平和當(dāng)前授課知識(shí)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)教師B反饋的評(píng)估結(jié)果，將學(xué)生分為對(duì)應(yīng)的群體，由對(duì)應(yīng)的教師A和教師B針對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握不足之處開(kāi)展分類教學(xué)，在分門別類有針對(duì)性的教學(xué)指導(dǎo)下，各群體學(xué)生一致達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的要求。

圖1 群體一致性教學(xué)與估計(jì)過(guò)程

為提高學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)從學(xué)生特點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)選取與教學(xué)目標(biāo)完美契合的典型案例，定制與學(xué)生特點(diǎn)相符合的 “‘四為’‘五合一’‘三反饋’群體一致性”教學(xué)模式?！八臑椤笔侵敢詫W(xué)生為主體，以反饋為依據(jù)，以案例為指引，以效果為目標(biāo)。學(xué)生是教學(xué)改革的重要實(shí)施對(duì)象，教師應(yīng)該以學(xué)生為主體開(kāi)展各種教學(xué)活動(dòng)，在此過(guò)程中要考慮到教學(xué)的內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)是否適合學(xué)生，選擇適合不同學(xué)生群體知識(shí)掌握程度的案例進(jìn)行分類教學(xué)，在每一次教學(xué)過(guò)程中都要及時(shí)形成反饋，讓每個(gè)學(xué)生在自己原有的知識(shí)水平上都有所發(fā)展，從而產(chǎn)生良好的教學(xué)效果?！拔搴弦弧笔菍⒄麄€(gè)教學(xué)過(guò)程中的教、學(xué)、做、訓(xùn)、考融為一體，進(jìn)行一體化教學(xué)?！敖獭睘榛A(chǔ)知識(shí)講授；“學(xué)”為學(xué)生接收知識(shí)信息的過(guò)程；“做”是根據(jù)基礎(chǔ)知識(shí)講授內(nèi)容進(jìn)行考核并反饋的過(guò)程；“訓(xùn)”是根據(jù)考核和反饋的結(jié)果，將學(xué)生分為掌握程度不同的群體，選擇不同的案例，進(jìn)行分類教學(xué)；“考”是對(duì)前面所有過(guò)程的一個(gè)綜合考核的過(guò)程，在此過(guò)程中會(huì)再次出現(xiàn)教、學(xué)、做、訓(xùn)的過(guò)程，直至群體一致達(dá)到教學(xué)目標(biāo)要求；“三反饋”是在課堂教學(xué)和課后考核中形成三次知識(shí)狀態(tài)反饋的環(huán)節(jié)，形成學(xué)生狀態(tài)觀測(cè)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。在教、學(xué)、做的過(guò)程中形成一次反饋，在訓(xùn)的過(guò)程中形成第二次反饋，在考的過(guò)程中形成第三次反饋。通過(guò)三次反饋，形成教學(xué)閉環(huán)，教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的情況有整體和全面的把握，以便于在后期的教學(xué)中調(diào)節(jié)教學(xué)偏差、完善教學(xué)過(guò)程。

2 群體一致性教學(xué)在“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中的實(shí)施難點(diǎn)

群體一致性教學(xué)的核心要素在于一致性的要求，但是因?yàn)閷W(xué)生自身知識(shí)水平結(jié)構(gòu)不同、思政建設(shè)要求融入難度大、理論聯(lián)系實(shí)踐水平差異大、教師團(tuán)隊(duì)能力素質(zhì)參差不齊等因素的影響，群體一致性教育在實(shí)際實(shí)施的過(guò)程中往往受制于學(xué)生水平、課程案例、實(shí)操能力、教師差異等多維度因素，給群體一致性教育的具體實(shí)施帶來(lái)諸多難點(diǎn)。

2.1 工程學(xué)科較多，知識(shí)結(jié)構(gòu)存在差異

群體一致性教學(xué)的實(shí)施主體是學(xué)生，因此學(xué)生自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)水平對(duì)群體一致性的實(shí)施有重要的影響。但是，“自動(dòng)控制原理”是控制理論與工程技術(shù)相結(jié)合的一門課程，該課程的系統(tǒng)建模章節(jié)不僅涉及物理、化學(xué)等知識(shí)，還需要學(xué)生掌握電路原理、電機(jī)、電力電子、傳感器、PLC控制、單片機(jī)技術(shù)等知識(shí)，在進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)模型變換推導(dǎo)的時(shí)候還要有扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底，如高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)與積分變換等[5]。自動(dòng)控制囊括了很多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，與電氣、化工、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等學(xué)科都有交叉融合。不同學(xué)生群體之間存在顯著的知識(shí)結(jié)構(gòu)差異性，而現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系并沒(méi)有將內(nèi)容進(jìn)行分類，而且系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性也不突顯，加之傳統(tǒng)教學(xué)方法中主要采用講授式，其不能有效地解決“自動(dòng)控制原理”授課中工程知識(shí)較多的弊端，從而加劇了群體之間的知識(shí)結(jié)構(gòu)差異性，給群體一致性教學(xué)實(shí)施帶來(lái)了一定的難度。

2.2 思政元素欠缺，案例載體存在差異

群體一致教學(xué)課程面對(duì)的是高校學(xué)生，根據(jù)教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知要求，理學(xué)、工學(xué)類專業(yè)課程要在課程教學(xué)中把馬克思主義立場(chǎng)、觀點(diǎn)、方法的教育與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生正確認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。但是目前在“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)實(shí)踐中存在思政元素挖掘難度大的問(wèn)題，特別是該門課程偏重理論，設(shè)計(jì)優(yōu)秀的教學(xué)思政案例存在一定的難度[6]。同時(shí)，由于工科教師的思政底蘊(yùn)欠缺，在教學(xué)中對(duì)課程思政元素的挖掘深度還不夠，融入課程思政的意識(shí)還不強(qiáng)，因而還不能有機(jī)、有效地對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育[7]。在現(xiàn)有的“自動(dòng)控制原理”課程中也有一些課程思政教學(xué)案例，但是這些案例只是將一些愛(ài)國(guó)主義精神和一些科學(xué)家的研究精神融入到課程教學(xué)中，不能將群體的學(xué)科思維融入到理想信念層面，也不能加強(qiáng)與專業(yè)發(fā)展、課程教育結(jié)合的深度，更不能完全激發(fā)所有群體的思政意識(shí)。

2.3 理論脫離實(shí)踐，實(shí)操能力存在差異

任何工科專業(yè)理論教學(xué)都要與實(shí)踐相結(jié)合，所以群體實(shí)操能力的一致性也是群體一致性教學(xué)的要求。但是，“自動(dòng)控制原理”課程具有突出的純理論特征，更多體現(xiàn)的是將實(shí)際的物理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為模型，理論性和抽象性過(guò)強(qiáng)，內(nèi)容比較枯燥，學(xué)生理解起來(lái)也比較困難。普通的課程教學(xué)方式中，多數(shù)教師把很多的精力和時(shí)間放在公式的推導(dǎo)和理論的講解上，而忽視了理論知識(shí)與應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合，所以學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性相對(duì)較差。在當(dāng)前課程教學(xué)的教材中，控制系統(tǒng)的物理模型都相對(duì)簡(jiǎn)單，特別是在目前的物聯(lián)網(wǎng)和智能制造等工業(yè)經(jīng)濟(jì)背景下，被控對(duì)象會(huì)出現(xiàn)高階、非線性、強(qiáng)耦合等特性，直接通過(guò)機(jī)理分析和推導(dǎo)很難得到系統(tǒng)模型，而且現(xiàn)在的控制過(guò)程也趨于智能化和網(wǎng)絡(luò)化，會(huì)使目前的課程教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)出現(xiàn)一定的脫節(jié)。另外，學(xué)生前導(dǎo)課程中存在掌握不牢固、沒(méi)有工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題，也會(huì)影響理論和實(shí)踐的結(jié)合。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)課程過(guò)程中，不能理解課程的邏輯體系，對(duì)控制系統(tǒng)的框架缺乏整體認(rèn)識(shí)，存在學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不高、理論聯(lián)系實(shí)際能力不強(qiáng)、實(shí)操能力群體差異大等問(wèn)題。

2.4 團(tuán)隊(duì)背景傳統(tǒng)，教學(xué)主體存在差異

群體一致性教學(xué)的實(shí)施離不開(kāi)教師這個(gè)主體，但是目前“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的授課教師大部分都是傳統(tǒng)的自動(dòng)化和控制學(xué)科等專業(yè)背景，存在知識(shí)結(jié)構(gòu)、教學(xué)理念、實(shí)踐動(dòng)力差異等問(wèn)題，會(huì)影響群體一致性的教學(xué)效果。尤其在新工科不斷發(fā)展的前景下，學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)也呈現(xiàn)多樣化，要求教師在教學(xué)中不僅要給能力和水平較高的學(xué)生提供更高質(zhì)量的專業(yè)技能教學(xué)，還要給其他水平的學(xué)生提供就業(yè)所需的一般技能學(xué)習(xí)，這就無(wú)形中增加了群體一致性教學(xué)過(guò)程的復(fù)雜性。此外，由于高校的不斷擴(kuò)招，教學(xué)任務(wù)日益加重，工作瑣事也較為繁多，團(tuán)隊(duì)教師往往不愿意走出校門去企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐能力提升，以至于出現(xiàn)了校內(nèi)和校外的協(xié)同機(jī)制缺失、理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)等問(wèn)題，也給群體一致性教學(xué)帶來(lái)很大的難度。

3 群體一致性教學(xué)在“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中的路徑探析

在目前的“自動(dòng)控制原理”教學(xué)實(shí)踐中，雖然課程理論性強(qiáng)，但是課程團(tuán)隊(duì)已經(jīng)結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)，構(gòu)建出一套完整的課程體系。在整個(gè)學(xué)生培養(yǎng)教育過(guò)程中，將案例教學(xué)與課程思政相結(jié)合、教學(xué)方法與反饋環(huán)節(jié)相統(tǒng)一、團(tuán)隊(duì)建設(shè)與達(dá)成目標(biāo)相一致，并取得了一定的實(shí)效。

3.1 以學(xué)生為主體，提高群體水平

3.1.1 更新教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建內(nèi)容體系

在群體一致性教學(xué)的不斷探索中，團(tuán)隊(duì)教師發(fā)現(xiàn)合理的教學(xué)內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)可以解決“自動(dòng)控制原理”課程中涉及數(shù)理和工程知識(shí)較多、學(xué)科交叉顯著的問(wèn)題。教學(xué)內(nèi)容體系與課程教學(xué)的效果緊密相關(guān)，在課堂教學(xué)中，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，就必須以創(chuàng)建一套科學(xué)合理的教學(xué)體系為前提條件?！白詣?dòng)控制原理”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)本著“以學(xué)生為主體”的思想，構(gòu)建了“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 “自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)

該體系結(jié)構(gòu)由理論教學(xué)、思政教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)三部分構(gòu)成，其中思政教學(xué)貫穿于理論和實(shí)踐教學(xué)之中。理論教學(xué)分為線上教學(xué)和線下教學(xué)等2個(gè)基本模塊，實(shí)踐教學(xué)分為實(shí)驗(yàn)教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)和課程設(shè)計(jì)等3個(gè)基本模塊，這些基本模塊下還有相應(yīng)的子模塊。其中，項(xiàng)目教學(xué)的學(xué)習(xí)流程如圖3所示。該結(jié)構(gòu)體系和學(xué)習(xí)流程將電氣自動(dòng)化與機(jī)械自動(dòng)化理論與實(shí)踐相結(jié)合，將教、學(xué)、做、訓(xùn)、考“五合一”，使教學(xué)過(guò)程思路和層次清晰分明、課程內(nèi)容銜接良好、教學(xué)效果顯著。

圖3 “自動(dòng)控制原理”項(xiàng)目教學(xué)的學(xué)習(xí)流程

自動(dòng)控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象和傳感器組成，自動(dòng)控制是指在脫離人的直接干預(yù)，利用控制器(控制裝置)使被控對(duì)象(生產(chǎn)過(guò)程)的某一物理量(輸出量)準(zhǔn)確地按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行[8]。自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，隨著人力成本的日漸提高，越來(lái)越多的企業(yè)需要降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，迫于這樣的需求，生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)得到了更多的應(yīng)用和推廣，尤其是現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)流程自動(dòng)化程度不斷發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程已經(jīng)步入了互聯(lián)網(wǎng)與智能制造融合的時(shí)期，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)應(yīng)用顯然成為未來(lái)提升制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵點(diǎn)，在整個(gè)自動(dòng)化產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品管理、生產(chǎn)過(guò)程等智能化起到了重要的推動(dòng)作用[9]。在深入分析控制系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)化問(wèn)題的基礎(chǔ)之上，將優(yōu)化控制與智能方法相結(jié)合成為自動(dòng)化控制領(lǐng)域的新方向，從而大大優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，提高生產(chǎn)效率，減少更多的成本，為企業(yè)帶來(lái)更多的盈利。在群體一致性線下教學(xué)中，將涉及到與工業(yè)大數(shù)據(jù)下的優(yōu)化控制過(guò)程和應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容增加進(jìn)來(lái)，以滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)對(duì)課程內(nèi)容的升級(jí)需求。利用大數(shù)據(jù)可以分析工作狀態(tài)與控制量之間的關(guān)系，優(yōu)化控制參數(shù)，從而提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，如圖4所示。

圖4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)控制原理課程內(nèi)容的融合

3.1.2 改進(jìn)教學(xué)方法，拓展教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)該課程的知識(shí)點(diǎn)較多、學(xué)科交叉比較明顯等特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)教師在授課過(guò)程中積累總結(jié)出“三反饋”的群體一致性授課方法，即課程教學(xué)采用“基本授課+水平觀測(cè)(一反饋)+分組討論+效果驗(yàn)證(二反饋)+質(zhì)量評(píng)價(jià)(三反饋)”相結(jié)合的模式進(jìn)行[10]。以控制系統(tǒng)的校正授課為例，因?yàn)樵摬糠謨?nèi)容比較抽象，而且涉及實(shí)際物理系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，并且還有學(xué)科的交叉，所以一直都是教學(xué)的難點(diǎn)。其教學(xué)模式如圖5和圖6所示。

圖5 群體一致性課堂授課架構(gòu)

圖6 群體一致性課堂授課導(dǎo)圖

課堂教學(xué)中，首先引入鍋爐爆炸事故現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合精益求精的工匠精神和不斷探索的科學(xué)精神思政內(nèi)容，進(jìn)行基礎(chǔ)內(nèi)容講授；隨后讓學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)入案例1的學(xué)習(xí)，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，并促使學(xué)生主動(dòng)思考，直至完成控制器的設(shè)計(jì)，并能分析其穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性和抗干擾性；然后結(jié)合案例1的分析步驟，在學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布典型例題參數(shù)計(jì)算，學(xué)生在提交計(jì)算結(jié)果后，主講教師和助教在學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行批改，主講教師根據(jù)助教的反饋結(jié)果，將學(xué)生分為A、B、C三個(gè)群體；接著主講教師在學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布案例2、3、4，并分組進(jìn)行討論。主講教師和助教分別負(fù)責(zé)對(duì)各組同學(xué)進(jìn)行分類教學(xué)和組織討論，在各位教師的指導(dǎo)下，各組學(xué)生最終一致達(dá)成A群體目標(biāo)。

3.2 以案例為指引，提升群體意識(shí)

課程思政以塑造正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀為主要內(nèi)涵，它是一項(xiàng)隱性教育，通過(guò)無(wú)形的方式融入課程中，將其內(nèi)涵在不知不覺(jué)中落實(shí)到教學(xué)主線中。教學(xué)團(tuán)隊(duì)在實(shí)踐中，探索出案例教學(xué)的思政融入和教學(xué)內(nèi)容的思政重構(gòu)路徑，取得了群體創(chuàng)新意識(shí)和思政意識(shí)提升的效果。

3.2.1 思政融入案例，提升創(chuàng)新意識(shí)

大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的覺(jué)醒離不開(kāi)榜樣的力量，自動(dòng)控制理論從古至今的發(fā)展中有很多創(chuàng)始人的經(jīng)典案例和感人事跡，與之相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)和創(chuàng)始人的經(jīng)典理論內(nèi)容如表1所示。例如，“自動(dòng)控制原理”課程中重要的模型變換方法——拉普拉斯變換是由法國(guó)數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯創(chuàng)立的。在介紹機(jī)械位移系統(tǒng)微分方程通過(guò)拉普拉斯變換轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)的過(guò)程中，介紹拉普拉斯的生平和成就，強(qiáng)調(diào)他創(chuàng)立的拉普拉斯變換、定理、方程被應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)其事跡介紹，讓學(xué)生明白，只有最原始的創(chuàng)新才能經(jīng)得起實(shí)踐的考驗(yàn)，才能給自動(dòng)控制研究領(lǐng)域帶來(lái)重大的突破。通過(guò)表中每一個(gè)經(jīng)典理論所對(duì)應(yīng)的課程案例，并輔以創(chuàng)始人的事跡講授，對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新意識(shí)教育。這些耳熟能詳?shù)目蒲芯拮蛹捌湔撐木拗瑹o(wú)不是喚起大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的榜樣素材，無(wú)不是激勵(lì)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)極好的榜樣。

表1 “自動(dòng)控制原理”課程中涉及的創(chuàng)始人

3.2.2 思政教學(xué)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)思政意識(shí)

課程思政的核心是深度挖掘課程內(nèi)容中蘊(yùn)含的思政元素資源，“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在群體一致性教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的制定過(guò)程中，深入挖掘課程內(nèi)容中的不同思政源，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)設(shè)計(jì)，找到合適的切入點(diǎn)，深度拓展其思政教學(xué)內(nèi)容，而且針對(duì)“自動(dòng)控制原理”課程中的每個(gè)章節(jié)設(shè)計(jì)了相關(guān)的思政點(diǎn)，做到每章教學(xué)內(nèi)容中都融入相應(yīng)的思政元素。具體設(shè)計(jì)如表2所示。經(jīng)過(guò)思政內(nèi)容重構(gòu)后的實(shí)踐證明，團(tuán)隊(duì)教師設(shè)計(jì)的課程思政取得了一定的效果，學(xué)生思政意識(shí)和思想素養(yǎng)得到了明顯的提升。

表2 “自動(dòng)控制原理”課程中涉及的思政元素

3.3 以賽項(xiàng)為依托，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)

3.3.1 以項(xiàng)目為指導(dǎo)，增強(qiáng)教學(xué)效果

在群體一致性教學(xué)過(guò)程中，為突出對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)、增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，改革發(fā)展原來(lái)單一的模擬驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模式，變?yōu)榫€上線下相結(jié)合授課。教師線上采用直播平臺(tái)，實(shí)時(shí)介紹編程思路和步驟，線下采用探究式教學(xué)，按照群體一致性分類要求，采取項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)，將學(xué)生按照項(xiàng)目及環(huán)節(jié)進(jìn)行分類，根據(jù)學(xué)生理論知識(shí)的掌握程度選擇不同的生產(chǎn)線，最后對(duì)各類學(xué)生群體統(tǒng)一用總線進(jìn)行監(jiān)控。項(xiàng)目化教學(xué)方式，以工廠生產(chǎn)線項(xiàng)目為例，如圖7所示。工廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包含生產(chǎn)管理、控制中心和生產(chǎn)線 。

圖7 項(xiàng)目式教學(xué)工廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

學(xué)生在此項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過(guò)程中，需要完成整個(gè)生產(chǎn)線的檢測(cè)、診斷和控制環(huán)節(jié)。根據(jù)教師的授課內(nèi)容，學(xué)生在線下利用設(shè)備和仿真軟件學(xué)習(xí)，模擬真實(shí)的控制環(huán)境進(jìn)行程序下載、測(cè)試以及對(duì)其中的故障進(jìn)行診斷、排除和控制。在項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程中采用群體一致性教學(xué)方式，取得了良好的效果。

3.3.2 以競(jìng)賽為平臺(tái)，提升群體能力

以學(xué)科競(jìng)賽為平臺(tái)，將“‘四為’‘五合一’‘三反饋’群體一致性”教學(xué)理念實(shí)施到教學(xué)實(shí)踐中，以自動(dòng)控制原理為中心，融合可編程控制器(PLC)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、電路、模擬和數(shù)字電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等基本課程的第二實(shí)踐教學(xué)課堂，如圖8所示。在第二實(shí)踐課堂，學(xué)生要結(jié)合自動(dòng)控制原理的理論知識(shí)與其他相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行融合和再學(xué)習(xí)，將設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的水準(zhǔn)上升到全面自動(dòng)化的層面。將硬件與軟件結(jié)合，借助虛擬仿真軟件模仿實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程課堂化學(xué)習(xí)。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生不斷掌握控制系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)流程，在實(shí)際設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，通過(guò)不斷糾錯(cuò)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，逐步完善工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在后續(xù)的培養(yǎng)過(guò)程中具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

圖8 自動(dòng)控制原理為核心的課堂知識(shí)架構(gòu)

3.4 以效果為目標(biāo)，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)建設(shè)

3.4.1 以導(dǎo)師制為抓手，開(kāi)展學(xué)習(xí)實(shí)踐

在群體一致性教學(xué)中，為了提高學(xué)生綜合培養(yǎng)的質(zhì)量，需要進(jìn)行有效的教學(xué)質(zhì)量改革，實(shí)行有效的手段和措施。在課程團(tuán)隊(duì)的不斷努力下，探索出一條借鑒研究生培養(yǎng)模式的“導(dǎo)師制”實(shí)踐學(xué)習(xí)。在“導(dǎo)師制”學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中，仍然根據(jù)不同學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握程度的不同，采用群體一致性教學(xué)，對(duì)群體學(xué)生進(jìn)行分類教學(xué)，完美體現(xiàn)因材施教的過(guò)程。從學(xué)生剛進(jìn)校開(kāi)始，就為其配備專業(yè)導(dǎo)師，由導(dǎo)師按照研究生的培養(yǎng)模式進(jìn)行培養(yǎng)，參與導(dǎo)師的教學(xué)科研項(xiàng)目，作為助教參與導(dǎo)師的課堂教學(xué)等。教師在整個(gè)育人過(guò)程中，充分體現(xiàn)了主導(dǎo)作用，建立健全育人平臺(tái)，使用分類教學(xué)的模式，實(shí)行因材施教。此方法充分展示了教師全方位、全過(guò)程參與育人的能力，也有助于實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生間的良好互動(dòng)，使學(xué)生課內(nèi)和課外均能參與學(xué)習(xí)。同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究資源和優(yōu)質(zhì)教師資源的最大化利用，能夠培養(yǎng)出一批專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、動(dòng)手實(shí)踐能力強(qiáng)和綜合素質(zhì)出眾的高水平應(yīng)用型人才。

3.4.2 以科研促教研，拓寬群體眼界

在群體一致性教學(xué)中，為了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的思維方式和能力，進(jìn)一步探究所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，“自動(dòng)控制原理”課程團(tuán)隊(duì)的教師在具備高水平的理論教學(xué)基礎(chǔ)上，還不斷提高自己的科研和技術(shù)開(kāi)發(fā)能力，以滿足新形勢(shì)下“導(dǎo)師制”培養(yǎng)的學(xué)生群體的需求。尤其是目前的新產(chǎn)業(yè)技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能制造等，在開(kāi)展教學(xué)改革的同時(shí)，還要將新興技術(shù)交叉融合到課程教學(xué)中。同時(shí)，聘請(qǐng)生產(chǎn)一線的專家到團(tuán)隊(duì)擔(dān)任部分環(huán)節(jié)的主講教師和實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師，實(shí)行校內(nèi)和校外雙導(dǎo)師聯(lián)合培養(yǎng)。本團(tuán)隊(duì)的教師在從事“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)之余，還要到企業(yè)掛職培養(yǎng)鍛煉，以拓寬眼界，做到理論與實(shí)踐的完美契合。通過(guò)鍛煉，教師的教學(xué)和科研水平也得到了很大的提高。

3.4.3 強(qiáng)化教學(xué)改革，提升團(tuán)隊(duì)水平

在群體一致性教學(xué)中，團(tuán)隊(duì)教師緊緊圍繞專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)目標(biāo)、省級(jí)一流專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目和工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，結(jié)合專業(yè)實(shí)際，積極討論和完善教學(xué)管理、教學(xué)研究、教學(xué)改革等基本制度建設(shè)，以專業(yè)認(rèn)證為重要目標(biāo)，落實(shí)專業(yè)認(rèn)證中重點(diǎn)落實(shí)的例會(huì)制、學(xué)業(yè)導(dǎo)師制、教學(xué)過(guò)程管理制、檔案資料管理制。同時(shí)，以基本制度建設(shè)為出發(fā)點(diǎn)和考察點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)成員積極參加各級(jí)各類教學(xué)研究、教學(xué)改革和科研項(xiàng)目的申請(qǐng)，認(rèn)真謀劃電氣專業(yè)建設(shè)。以社會(huì)需求為前提，以一流專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為參照，強(qiáng)化專業(yè)特色，持續(xù)提升專業(yè)內(nèi)涵和建設(shè)水平。以工程教育專業(yè)認(rèn)證促進(jìn)專業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，落實(shí)“以學(xué)生為主體，以案例為指引，以賽項(xiàng)為依托，以效果為目標(biāo)”的理念，形成以提高人才培養(yǎng)水平為核心的教學(xué)建設(shè)模式。在團(tuán)隊(duì)以研促教的過(guò)程中，定期開(kāi)展學(xué)術(shù)交流例會(huì)，由團(tuán)隊(duì)多位教師深入進(jìn)行學(xué)術(shù)探討交流，并且明確學(xué)習(xí)方式的多樣性，形成了相應(yīng)的學(xué)習(xí)小組。在多項(xiàng)舉措下，科研水平取得較大的突破。

4 結(jié)語(yǔ)

“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，緊緊圍繞群體一致性教學(xué)開(kāi)展課程建設(shè)，積極探索新工科和工程教育專業(yè)建設(shè)發(fā)展思路與改革實(shí)踐，深入研討一流課程建設(shè)指標(biāo)內(nèi)涵，詳盡梳理、積極謀劃、凝練特色，努力推進(jìn)一流課程建設(shè)。團(tuán)隊(duì)教師要本著“凝心聚力謀發(fā)展，銳意進(jìn)取謀特色，見(jiàn)賢思齊謀創(chuàng)新，穩(wěn)中求進(jìn)謀提高”的初心，在課程建設(shè)、教學(xué)科研、教學(xué)效果等方面取得豐碩的成績(jī)，努力培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代要求的應(yīng)用型高水平人才。