自动控制原理课程教学改革探索与实践

摘  要：基于军队院校教学面向战场、面向部队的教学特点，自动控制原理课程坚持“以战领教，为战教战”为导向，秉承人才培养坚持“供给侧”同部队“需求侧”精准对接，教学内容向需求聚焦，教学中心向学员转移，教学手段与时俱进的建设思路。通过积极推进课程教学改革，实现知识传授和能力培养的双重目标，达到有效提升教学质量和学习效果的目的。

关键词：军队院校；自动控制；教学改革；思维导图；课程思政

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）22-0133-04

Abstract： Given the characteristics of facing the battle field and facing the military forces inherent in the teaching of military academies， advancement of the Principles of Automatic Control Course should adhere to the guiding principles of "learning from wars and teaching for wars"， aiming at a precise alignment of the "supply side" being the talent training and the "demand side" being the army force， with class content focusing on actual demands， the core of teaching shifting towards students as well as keeping teaching methods up with the times. By actively promoting reform of the academic curriculum， the aim is to effectively enhance teaching quality and learning outcomes through both imparting knowledge and cultivating capabilities.

Keywords： military academies; automatic control; teaching reform; mind mapping; curriculum ideology and politics

基金项目：2020年安徽省质量工程教学研究项目“面向首次任职岗位的测控技术与仪器专业教学质量提升途径研究”（2020jyxm1873）

第一作者简介：郑玲玲（1983-），女，汉族，安徽滁州人，硕士，副教授。研究方向为计算机控制、高等教育教学。

*通信作者：张金（1973-），男，汉族，安徽潜山人，博士，教授。研究方向为装备计量测试工程，高等教育教学实践。

随着科技创新步伐的加快，自动化、智能化、数字化趋势也进一步显现，工业互联网、航天航空及军事等领域对于自动控制技术的应用也越来越广泛，自动控制技术的作用在新一轮技术变革的浪潮中将发挥重要作用[1]。我国军队现代化、装备现代化改革正快速推进，自动控制原理课程作为电子、信息、计算机领域基础性理论知识体系已经成为了军队院校重要的专业基础课，对培养打赢现代战争的军事指挥人才提供了有效支撑。

该课程具有较强的理论性、抽象性和复杂性，从授课对象来看，学员在学习过程中存在学习目标不明确、学习方法单一化等共性问题；从授课主体来看，课程教学存在如“战”的浓度不够、“融”的深度不够、“联”的广度不够等一些个性问题。所以基于军队院校要面向战场、面向部队的教学需求，本文以“注重工程素养，突出军事特色”为指导思想，从教学理念、教学内容、教学策略和课程思政四个方面，提出教学内容向需求聚焦，学习效果向岗位看齐的课程教学改革，力求从知识层面和精神层面达到全面育人的教学目的。

一  更新教学理念

课程教学坚持以学为本，树立“因需而学、学有所成、因学而教、有教之学”的教学理念，沿着“瞄准实战、岗位牵引、逆向设计”体系化课程改造的方向，利用有限的学时把学员第一岗位任职亟需、影响长远发展的核心知识和技能基础打牢，发挥课程承上启下的作用。结合科研和工程实践经验，将更多军事领域的自动控制系统案例增加到课堂教学中，注重对学员的军事能力培养，拓展学员的知识面，使学员了解科学前沿、培养科学探索精神。

二  优化教学内容

根据学院校教学大纲和人才培养方案，针对专业背景课的需求，提出坚持经典与现代、设计与校正、理论与实践相结合的课程内容体系。课程体系结构图如图1所示。课程以“基本概念-数学模型-性能分析-系统校正”为主线，让学员在了解自动控制相关的基本概念基础上，通过微分方程、传递函数、结构图和信号流图四种方式构建分析模型，应用时域法、复域法和频域法对系统的稳定性、准确性和快速性三大性能评估指标进行分析，当系统的性能评估指标不满足给定技术指标要求时，选取最优校正方式对系统进行校正[2]。

课程本着以战领教、为战教战的导向，注重自动控制理论与工程实际相结合，在教学内容案例选取上以实际应用需求为驱动载体，增设与自动控制技术相关的军事案例贯穿整个教学始终。例如将“火炮随动控制系统的分析设计问题”作为教学内容的一条主线，从原理分析到数学建模，再到性能分析及校正，让学员在了解武器装备基本组成的基础上，对整个控制系统有了完整性的认识，从而使主线落到实处，同时培养了学员知装爱装情怀。通过学习反馈效果来看，学员对军事典型案例与课程内容的立体化学习模式的教学效果给予了高度评价，也受到了学校督导组专家和同行的一致认可。

三  改进教学策略

课程教学坚持以学员为主体，教员为主导，以首次任职岗位核心能力要素和任职培训知识需求为导向，将信息技术手段与教学内容深度融合，从知识脉络、教学形式、实验方法、实战机制和考核体系五个方面合理改进教学策略，实现知识目标、能力目标和素质目标的有机衔接。

（一）  文字图形交汇，理清知识脉络

教员不仅注重在知识层面上帮助学员梳理各知识点能找到各章节之间的相关性，也注重在分析方法上引导学员找到知识点之间的关联性，授课过程中要善于运用思维导图，将不同环节知识点通过归纳、演绎等逻辑方式有效连接，把主题关键词与图像、颜色等辅助要素建立关联，通过图文并重的方式表现出来，一方面提高“把知识记住”的效率，另一方面帮助学员有效理解、掌握课程内容和逻辑关系[3]。线性系统时域分析法的思维导图如图2所示。

（二）  线上线下融合，提升教学效果

依托“智慧校园工程”、校园网课程教学资源云平台等大型网络教学应用平台，聚力聚焦智慧教室、电子书包、云存储等对课堂教学手段的改变。目前云平台和爱课堂学习平台有相关教学视频和各种电子教材资源10多部，提供EWB、LabVIEW、Matlab等多种虚拟实验平台，并附有相关电子学习教程。利用网络资源，分别在“课前”“课中”和“课后”三个阶段实施线上线下的融合式教学。课前阶段，教员做好学习任务，并上传至爱课堂等学习平台，学员参照学习任务清单，提前搜索、挖掘相关知识资源，开展自主学习，并将结果进行反馈；课中阶段，教员以线上反馈问题为牵引，利用思维导图、微课视频、导学定标和疑问翻转等方式开展典型问题探究，结合具体案例引导学员开展研究性的学习活动；课后阶段，学员通过课后练习巩固知识点，并根据条件进行拓展性学习，在各种学习平台讨论区与教员、其他学员之间进行实时交流和问题反馈。通过这种三段式融合式教学形式，将“板书+ppt”的传统课堂展现方式插上信息技术的翅膀，使学习效果呈现螺旋式上升的超循环效果，实现高效、生动的课堂教学[4]。实践表明，基于爱课堂的线上线下融合式教学，能够实现课程内容的可视化、学习过程的轨迹化和教学评估的数字化，将教员学员等主体和教学内容、教学载具等客体之间形成深度融合，有效提升了教学质量，从问卷调查结果来看学员满意度高达85%。

（三）  理论实践一体，增强动手能力

为了提高学员理论联系实际的能力和科学主导工程的创新思想，课程依据理论分析—软件仿真—硬件仿真的探究过程，依据现有实践教学环境积极开展实践教学活动。首先以案例为牵引理论讲授其工作原理；其次利用控制系统仿真软件如Matlab/Simulink等将控制系统的数学模型和内在运作机理进行测试，了解系统输出指标和各输入变量指标的相关性，实现对控制系统性能指标的分析；最后借助硬件实验箱作为实验平台，开展控制系统的模拟实验[5]。学员通过搭建模拟电路，观察实验效果，分析现象原因，解决矛盾问题，真正实现案例探究的理论实践一体化，进一步激发学员将理论应用于实践的内在动力，有效增强学员实践动手能力。二阶系统的软件仿真界面和硬件模拟电路如图3、图4所示。

（四）  比武竞赛亮剑，锻造实战技能

聚焦实战搞教学，为提升学员们“练为战”的思想意识和专业能力，学员在导师指导下以兴趣为导向，组成不同的自动控制兴趣小组，如机器人小组、人工智能小组、无人机小组等，积极参与全国、全军、学院组织的各种技能比武、专业竞赛。学院“开拓杯”比赛、安徽省智能车大赛、全国教育机器人大赛、国际ICAN大赛等分层次、分模块的竞赛形式，都在很大程度上激发了学员参与的积极性，开拓了学员的眼界和视野，让学员感受到了竞争的压力和实战的考验。从整个参赛主题的分析、参赛内容的设计、参赛作品的打磨到参赛现场的组织及参赛结果的复盘等各个环节给予学员身临其境的战场氛围，让其思考在未来作战环境下自动控制原理相关知识的应用，从而达到反哺教学的目的。

（五）  多元考核并行，完善评估机制

课程针对各阶段教学内容和特点，坚持终结性考核、形成性考核相结合，构建多元化考核体系，将考核评价分为传统考核、成果考核、实践考核、自我评估及小组总体评估等几部分，通过综合考核体系来全面评价学员，以激发学员学习的自主性。传统考核主要采取课堂测试、课后作业、阶段性测试和闭卷考试等形式；成果考核采取在线自主学习、线上讨论考核等形式；实践考核采取模拟电路搭建分析系统性能考核、比武竞赛考核等；自我评定及小组总体评估以学员学习行为评估为主，包括学习笔记、课堂互动、团队配合等方式[6]。针对不同的考核内容制定详细的课程考核制度，侧重对学员学习过程和综合应用能力的检查与评定，细化相应的激励与惩罚措施，调动学员学中做、做中学的积极性。通过多元化考核成绩的反馈，科学评价学员学习效果。

四  注重课程思政

自动控制原理课程内容相对抽象、复杂，理论内容偏多，学员学习难度较大，学习兴趣偏弱，课程教学组将思想品德、工匠精神、三观教育、家国情怀及强军兴军等思政点与课程知识点结合构建课程思政元素库。例如讲解自动控制理论的发展，强调自动化技术对我国生产力的促进，发扬艰苦奋斗和改革创新精神，增强为人民服务的理念；讲解控制系统数学模型，引入基于“钱学森弹道”设计的高超音速导弹DF-17的案例，给学员树立了科技强军的思想；通过讲解系统的时域性能分析，由系统稳定性引出国家稳定的重要性，启发学员正确认识个人利益与祖国利益的关系，树立社会主义核心价值观；由根轨迹的渐进线引出人生目标的实现必须遵守一定的规则才能走得更远，实现目标；通过讲授频域带宽与抗干扰的关系引导学员做人做事要有底线有原则，坚守职业素养；将系统校正的过程比如人生，引导学员要设立人生目标，并不断自我约束、自我修正，实现人生价值。

授课过程中将思政教育内容以润物细无声的方式自然和谐地融入到课程教学中，增强思政教育的亲和力与感染力，给学员带来真实的参与感与获得感，让看似枯燥的专业知识更加鲜活生动，激发了学员的学习兴趣，提升了对专业知识的吸收，让学员在增长知识的同时又能促进人格的全面发展，进一步实现了培养军校学员在自动控制领域工程素养的课程育人目标[7]。

五  结束语

为了适应军队院校高等教育改革趋势，本文以自动控制原理课程为例从教学理念、教学内容、教学策略和课程思政四个方面入手，突出教学理念对象化、教学内容实战化、教学策略混合化和课程思政具体化，充分凸显了教学中心向学员转移，教学手段与时俱进的教学改革建设思路。教学实践表明，通过教学改革可以提升学习效果和教学质量，实现知识传授和能力培养的双重目标，进一步促进教学良性循环，达到全方位育人的目标。

参考文献：

[1] 杜辉，王梅，缑亚楠.自动控制原理课程的思政设计与研究——以化工机械专业为例[J].广东化工，2021，48（12）：280-281，285.

[2] 朱文兴.“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.

[3] 余洁.巧用思维导图打造《自动控制原理》高效课堂——以时域分析课程教学为例[J].智慧中国，2020（7）：85-86.

[4] 王万良.“自动控制原理”课程教学中的几个关键问题[J].中国大学教，2011（8）：48-51.

[5] 艾伟清，徐伟，钟黎萍.基于知识链的自动控制原理课程教学改革[J].中国教育技术装备，2018（24）：99-100，103.

[6] 王立红.自动控制理论课程思政建设探索[J].轻工科技，2021，37（10）：133-134.

[7] 周悦，周鲁宁，霍海波，等.《自动控制原理》课程思政建设探讨[J].课程教育研究，2018（20）：215.