基于“两性一度”的自动控制原理课程教学改革研究

摘要：新工科背景下，提高人才培养质量，首要任务是提高课程教学质量。文章对自动控制原理课程教学中存在的典型问题进行梳理，以“两性一度”为标准设计教学改革思路并重建教学改革实践路径。文章以学生为中心，从教学内容、教学方式、考核评价方式等方面进行改革，构建线上线下混合式教学模式，实现了高阶性、创新性和挑战度建设。

关键词：新工科；自动控制原理；两性一度；混合式教学；以学生为中心

中图分类号：TP13 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）09-0149-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

2019年教育部印发《关于一流本科课程建设的实施意见》，进一步提出了高校要大力建设“金课”，杜绝“水课”，在“金课”建设过程中要始终遵循提升高阶性、突出创新性、增加挑战度的原则，即“两性一度”的建设标准，体现了新工科背景下课程教学改革的重要性。随着科技的发展，自动控制系统在国防、航空、航天、工业和通信等各个方面都已成为不可或缺的重要组成部分，自动控制技术正逐渐融入人工智能、机器学习等先进技术，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的生活水平。自动控制原理是电气工程及其自动化、电子信息工程等诸多新工科的专业基础核心课程，涉及的知识面范围较广，涵盖了“高等数学”“复变函数”和“信号与系统”等较为深奥的课程内容，知识概念抽象且纷繁复杂、公式较多、逻辑性比较强、不易理解，从而导致学生学习兴趣不高，让众多学生望而却步，还没有入门就放弃了相关内容学习，从而影响后续专业课程的开展。随着互联网的发展，将线上线下的教学相结合，加入思想政治元素，提高学生的学习兴趣，加深学生对所学知识的理解与掌握。以“立德树人”为根本任务，以“学生中心、产出导向、持续改进”教育理念为引导，以“两性一度”特征为标准，通过线上线下混合式教学对自动控制原理课程进行教学改革探索。本文首先分析了自动控制原理课程教学现状，然后提出了基于“两性一度”的课程改革设计思路，最后介绍了具体的改革实践和取得的成果。

1 自动控制原理教学现状

自动控制原理是面向电气工程及其自动化专业开设的一门专业基础课，是研究自动控制系统普遍规律的科学。该课程侧重理论分析，使学生树立正确的社会主义核心价值观，旨在培养学生自动控制系统的设计与维护能力。然而在实际教学过程中，仍存在以下问题。

1.1 教学资源丰富度不足，具有明显时滞性

教学资源主要依靠参考教材、教学讲义、相关练习题等教学资源不丰富，且教学内容多集中于一些传统的基础知识和研究方法，内容实时性不强。随着数学、计算机等技术的快速发展，已出现了很多更加先进、使用范围更广泛的控制理论，如与神经网络、机器学习、人工智能等相结合的智能控制理论等，这些先进理论与传统控制领域融合日渐密切[1]，然而传统教学资源并没有与现有研究热点和前瞻性领域结合，整体内容时滞性明显。

1.2 教学方法创新性不足，具有明显

课程主要采用以教师讲授为主的“填鸭式”教学，每节课通过PPT加以适当板书按章节依次讲解各章节，学生则以听讲、记笔记方式被动接受知识。在传统教与学的过程中，学生缺乏主动性思考、缺乏与理论相联系的实践过程、缺乏与教师学生之间的良性互动与交流，且学生被动听讲，会出现注意力难以维持、课程活跃度不高等特点。

1.3 教学考核方法多样性不足，具有明显单一性

目前，关于自动控制原理课程的考核方式以期末考试成绩占主导（80% 以上） ，平时成绩占较少比重（20%以内） ，且平时成绩也主要以到课率和回答问题为依据判定，较为单一，不能较准确地反映整学期学生对课程的学习态度、学习参与度以及学习成效等，也缺乏对学生平时思考能力、创新理念的培养。

2 自动控制原理课程改革设计思路

2.1 高阶性设计

课程高阶性设计是指在课堂教学过程中将传统知识讲解、学生主动性培养与素质能力培养较好的融合。以达成学生在学习过程中不仅学习基础知识，还学习对知识的理解、运用以及解决实践问题的能力。自动控制原理内容理论强，知识点复杂繁多，在常规教学环境下，很难培养学生的高阶思维能力。主要体现在图1 中的教学设计环节，因此，从以下三方面进行高阶性建设：第一，增加教学内容的深度和广度：授课教师依托智慧平台搜集教学资源，结合学校教学情况，将每一章节的知识点的概念、综述、学科前沿的教学资源等传入学习通供学生自主学习，课堂上着重进行知识点的理论分析（如二阶系统的性能指标分析、根轨迹绘制等内容） ，提高学生对高阶知识的掌握；第二，教学内容需要理论联系实际：在教学过程中，多引入实际工程案例（如直流电机、磁盘驱动器、倒立摆控制系统） ，将理论知识与实际相结合，提升学生的学习兴趣和创新思维；第三，教学内容中融入课程思政元素：深入挖掘课程内容中所蕴含的思政元素资源，如在时域数学模型建立中，引入倒立摆控制系统案例，培养学生在分析、解决问题时要追本溯源，抓住关键问题并处理复杂工程案例的能力，不仅使学生实现对课程内容的透彻领悟，还可以将理论知识提升到情感价值观方面[2]。

2.2 创新性设计

课程创新性设计主要是指课程教学中对学生创新思维能力的培养，和教学方法、教学手段的创新，同时注重教学内容的前瞻性，引入案例的实时性。主要体现在图1中的教学内容、教学方法与教学形式环节，针对自动控制原理课程，从以下三方面进行创新性建设：第一，在学科基础上，多增加智能控制的工程案例等高新技术知识内容，适应新工科发展的需要；第二，在教学上引入混合式教学方式，线上自主学习+线下探究式学习，实现“老师教为中心”向“学生学为中心”的转变；第三，依托“实验+学科竞赛+课程设计”，提升学生的动手实践能力和创新能力。

2.3 挑战度设计

挑战度从课程内容来看，是否根据学生的特点增补教学内容，需要跳一跳才能够得着，从评价机制上看，是否综合采取形成性评价与终结性评价。主要体现在图1中教学内容和教学评价环节，针对自动控制原理课程，从以下两方面进行挑战度建设：第一，以问题和薄弱点为导向，重新设计教学各环节安排和教学内容，以启发学生进行自主式学习；并在讲授时增加知识点最新应用案例或最新研究动向，以引导学生课后根据兴趣继续衍生学习和思考，最终提高学生整体能力和素质。第二，重新建立多元化考核方式，在以往期末考试的基础上，结合平时作业情况、实验情况、考勤、课堂讨论、学习通平台学习表现等多项综合标准进行考核，对学生进行知识、能力和素质全方位评价。

3 自动控制原理课程教学改革与实践

3.1 教学理念转变：以学生为中心、以“两性一度”为标准

为深入贯彻落实以“两性一度”为标准的教学改革与实践，以“学生为中心”的教学理念落实在自动控制原理教学过程中，主要进行以下三种举措：第一，转变教师教学理念，摒弃传统教师“填鸭式”教学方法。课前，教师在学习通中发布相关学习视频等资料，让学生提前预习并对相关知识要点开展讨论；课中，教师主要通过抛出问题，引导学生主动思考；通过主题小组讨论，引导学生积极讨论与交流；课后，教师注重教学反思，同时注重对学生衍生知识兴趣的培养。第二，转变学生学习理念，线上线下混合式教学过程中，学生参与每个环节过程中主动学习、回答问题、参与讨论、主题汇报等，这让传统死板的课堂活跃了起来；让学生做回课堂的主人，发挥学习主观能动性。第三，树立高阶思维能力的培养目标。以“两性一度”为标准，更多地强调培养学生的高阶思维能力，凸显学生应用基础知识解决复杂问题的综合能力[3]。在完成教师和学生理念的转变之下，学生主动积极地参与课堂中来，在教师引导之下完成创新性思维能力的培养。完成自动控制原理课程传统教学的转变，具体过程如图1所示，以思政教学为基础，理论与实践相结合，线上线下混合式教学为手段深入落实“以学生为中心”的教学理念。

3.2 高阶性建设：确定教学目标，优化教学内容

课程目标是整个教学大纲的核心，是课程教学的产出，支撑着毕业要求的达成。按照工程认证“产出导向”的理念，以“两性一度”为标准，修订自动控制原理教学大纲，明确课程目标，突出教学重难点。现有的教材和课堂教学内容侧重理论分析，公式推导，弱化了工程实际中的控制应用问题。为了体现教学内容的高阶性与创新性，围绕新的课程目标，对其知识内容重新进行筛选整合，适当淡化推导和证明，在传统的经典教学内容上巧妙地引入更高阶的工程技术综合案例和学科前沿，以拓宽学生的知识面，激发学生的学习兴趣和创新思维。以“立德树人”为根本，基于课程目标，将思想政治教育与自动控制原理专业知识相结合，深入挖掘与自动控制原理课程专业知识相关的思政元素。而通过思政教育的融入，可以提高学生的学习兴趣，将课程教学变得更加生动有趣，学生不仅学习了相关的理论专业知识，同时通过思想政治教育的融入，对学生正确的世界观、人生观、价值观的形成具有重要的作用，培养学生的求实精神、家国情怀和创新意识，使学生成为“新工科”要求下的工程应用型人才。

3.3 创新性建设：线上线下混合教学的方式方法

在“互联网+”环境下，改变传统的教师“满堂灌”教学模式，利用超星学习通等互联网平台，给学生提供充足的、优秀的教学资源，对课程知识点的讨论题、作业、测验和课外导读材料等进行了完善，提升了课程内容的高阶性。借助于“学习通”等智慧教学手段，进行讲授、答疑、投票、互评、讨论、汇报等多种教学设计，还可以开展讨论式教学、探究式教学、案例式教学等教学活动，充分调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣，提高教学质量与教学效果。课前：教师借助学习通平台发布课件、视频、学习目标、学习任务与考核标准，让学生在讲授之前预习和提前完成自主学习任务和测试题，教师根据结果分析学生预期学习成效，并针对学生薄弱知识点，重新调整课堂教学内容，完成学生“低阶+高阶”思考能力的培养。课中：课前十分钟学习通签到；选择学生弱点和章节重难点展开讲解，并将与这些知识相融合的最新案例、实践应用融合理论讲解中；通过案例分析引导学生思考、开展小组讨论。学生与教师成为课堂两位主导者，使学生完成“高阶+创新”的知识内化。课后：针对各知识点布置练习题，提供相关热点拓展信息让学生课后继续思考，学生根据自己的个性化兴趣自主完成知识拓展与延伸，完成学生“高阶+挑战”的素质培养[4]。

3.4 挑战度建设：完善多元化、全方位的课程考核评价方式

有效的考核方法可以更好为学生学习的主动性和课堂互动讨论过程进行评价。为了检验课程教学目标是否达成以及衡量学生的学习成果，须改变传统以期末考试为主的考核方式。将线上学习通教学平台中的学习统计数据（如课前浏览预习资料时长、练习题得分、主题讨论情况等） 与线下课堂上的参与度、活跃度、小组讨论发言度、回答问题准确度等充分结合，并设计相对合理的分数占比。使基于“两性一度”标准下重新设计的教学内容、教学环节中学生的各项表现都在课程成绩中充分体现[5]，这样也反向促进学生更加注重过程性学习内容和成效，一改传统考试中“死记硬背”式方法。老师也可以从学生的学习成果分析每个课程目标的达成情况，用于课程的持续改进。针对改革前后的学生成绩进行统计，统计结果如表1所示。通过表1可以看出，学生的学生成绩、学生自我学习兴趣等方面均有所提高。

4 结束语

在新工科背景下，基于“两性一度”建设标准的混合式教学改革真正体现了以学生为中心的教育理念，本文从教学设计、教学内容、教学方法、评价方式等方面分层次阐述高阶性、创新性与挑战度的设计思路，并应用于本科教学中，取得了良好的效果。教学理念的革新是培养目标的重塑，课程的改革要在立德树人的基础上不断优化教学手段、多样化教学方法，并不断改进，持续优化。