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摘要：课程教学方式和内容的改革是“卓越工程师教育培养计划”中的重要组成部分。根据该计划的基本要求，从“自动控制原理”课程教学和实践的角度出发，以卓越工程师素养培养为导向，分析和研究了“自动控制原理”课程教学方法的改革和实践探索。首先分析了“自动控制原理”课程教学中普遍存在的问题，其次提出了针对性的改进方案，最后对改进方案的实践过程进行了总结。
关键词：卓越工程师教育培养计划；自动控制原理；教学改革
作者简介：谢林柏（1973-），男，湖南永州人，江南大学物联网工程学院，副教授；徐颖秦（1965-），女，江苏无锡人，江南大学物联网工程学院，教授。（江苏 无锡 214122）
基金项目：本文系江南大学教学改革成果（项目编号：JXCG200924）、江南大学本科教改项目（项目编号：JGB2011057）、江苏省质量工程培育项目（项目编号：江大教[2008] 240号）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0091-02
自2010年6月教育部“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）启动以来，推动了新一轮的高等教育和教学改革。为了实现“卓越计划”对卓越工程师培养提出的宏观要求以及培养目标，我国高校必须根据本校实情制订具体的培养标准，研究、设计和构建新的课程教学体系和内容，不断探索和改革教学方式来适应“卓越工程师”人才培养的需求。[1]
“自动控制原理”是高校自动化及相关专业的专业基础课，是电气信息类、机械类和能源动力类等许多专业的学科基础课程。该课程也是上述专业本科生后续课程和研究生课程的基础课程，在控制科学与工程学科中占有基础性的地位。在课程内容上，其教学内容具有一定的理论基础，抽象性强，要求学生具备扎实的专业基础和较强的抽象思维能力，学习的难度较大，尤其是在概念与其工程含义的理解上，学生往往难以掌握，这也是在卓越工程师培养为导向下其课程教学必须解决的问题。
一、“自动控制原理”教学中存在的问题
进入新世纪以来，一大批新颖的《自动控制原理》教材及其教学改革成果不断涌现，[2-6]在课程体系优化、教学方法创新和教学平台搭建等方面均取得了丰硕的成果，给学生提供了丰富的学习参考资源，给教师提供了多样性的教学借鉴和案例。尽管如此，由于“自动控制原理”课程不仅要求学生具有一定的多学科的理论知识，而且要求对理论的理解必须结合工程背景，再加上系统的分析与综合过程中大量使用图解方法，给学生的学习和概念理解带来了很大的挑战。在教学实践中发现，该课程的教学过程中常常存在如下问题：
1.对课程的基础性地位认识不够
高校里各个专业开设“自动控制原理”课程的时间通常在本科三年级，此时学习该课程的一些必修课已经完成，如高等数学、大学物理等。在理论上学习自动控制原理不存在知识上的缺陷了，但是在实际当中，一些学生特别是自动化专业的学生对“自动控制原理”课程内容和概念的基础性地位认识不够，难以体会和理解到课程中的一些基本概念和方法将贯穿控制科学与工程的各个学科分支，比如建模的含义和方法、稳定性概念和分类、奈氏稳定性判据与多变量系统稳定性的关联、频域法与时域法的关系等等。而准备报考研究生的学生往往专注于题海战术，对一些概念的理解也限于解题技巧上的运用。在后续的本科专业课以及研究生授课过程中，经常可以看到一些控制学科的本科生和研究生对一些控制理论的基本概念混淆不清，理解不透。
对课程基础性地位认识不够带来的另一个后果是学生的学习兴趣逐渐变淡，只要考试过关就万事大吉，不利于能力的进一步培养，影响学生对知识的理解应用。特别是在后续的专业课程如现代控制理论、计算机控制系统以及智能控制等课程的教学中，这一后果带来的负面影响就会显现出来。
2.理论教学与工程实践联系不够
在教学过程中将理论与工程实践相联系是“自动控制原理”课程教学改革的重要方向和趋势。在实际过程中由于教学课时不够、教学平台缺乏以及教师自身等原因，“自动控制原理”课程教学内容很难做到理论与实践教学同步。学生由于接触到的大都是书本知识，对事物的分析、理解和判断能力有限，很难自觉地去挖掘和匹配工程应用中的控制理论和应用问题。此外，随着现代控制理论内涵的不断发展，控制论应用的对象也不断拓展，从工程控制论延伸至经济控制论、生物控制论以及社会控制论等等，这对授课教师本身的专业素质也提出了很高的要求。
理论教学与实践的脱节不仅对学生的启发性和激励性不够，还会造成课程关键内容讲不透、挖不深和重点不突出的问题。
3.教学内容和方法的局限性
“自动控制原理”课程的教学计划一般是64学时，其中包括8个实验学时。目前针对“自动控制原理”教学内容在不断丰富，比如Matlab辅助设计、状态空间法等，因此课程学时短、内容多的矛盾日益突出。此外由于课程具有内容抽象、概念和原理理解难、理论教学信息量大等特点，而单一的“理论分析+实验”教学方法往往强调传授知识本身，对学生探索性和启发性的学习训练不够，因此学生难以在规定的课时内掌握课程内容，从而制约了学生对该课程知识灵活运用的能力。从另一方面来看，课时少和教学进度要求带来的制约，致使教师难以深入探索和实践新的、多样化的教学方法，只能继续使用以传授知识点为主，启发式教学为辅的教学方式。这种教学方式难以保证教学过程中学生的主体地位，激发学生在学习中的自觉性、主动性和创造性。
二、教学改革探索与实践
灵活运用知识和主动探索知识是培养具有卓越工程师素质人才的重要内涵。基于以上教学中存在的问题和“卓越计划”要求，总结了多年来的教学经验和改革成果，在突出学生学习主体地位、优化教学内容、创新教学方法以及改善评价方式等内容上进行了一系列的教学实践探索。 1.以评促学，激发学习的自主性
为充分强调“自动控制原理”课程的基础性地位，需要激发学生学习的自主性，在自主学习过程中让学生去感受和体会课程中基本概念的重要性和基础性。同时教师也要适时地从知识的传授者转变为学生知识获取的引导者和释疑者。
为提高学生学习的主动性，在实践中采取了以评促学的评价和激励措施。如在讨论课中，主讲学生及团队的成绩由台下学生和教师共同评定，对讨论议题能提出不同见解和方法的学生，平时成绩给予额外加分和表扬。这种以评促学的方式能激发学生的学习热情和主观能动性，有利于教学内容的长期记忆，训练学生根据问题和已有知识去探索未知问题的能力，活跃学生的抽象思维并逐步形成探索性思考的学习习惯。为强调“自动控制原理”课程的基础性地位，在教学过程中结合本科的另两门专业基础课“信号与系统”和“现代控制理论”，将传递函数和系统模型等基本概念有机结合串讲，并强调两门课程在体系和内容上的不同侧重点，让学生充分意识到经典控制理论应用的广泛性和基础性，从而自觉增强学好“自动控制原理”课程的信心和紧迫感，既可拓展学生的知识面，也能培养学生应用知识的意识。
2.优化教学内容，注重知识结构设计
根据“卓越计划”要求，卓越工程师的培养要求更广的知识面和更复杂的课程体系设计。因此在讲授“自动控制原理”课程中的知识点时，适当地根据学生的知识结构水平、培养要求以及实验设备条件等，对教学内容进行了优化，将自动控制原理授课内容分为三大功能块：建模、系统分析和系统设计。课本中的各章节均可归纳到这三个功能块的模式里。在这三个模块内容中，建模是基础，稳定性是系统分析的核心，稳定性基础上的性能要求是系统设计的主要任务。这种模块化结构与后续的现代控制理论以及研究生课程一脉相承，学生依然可以用这种结构化方式学习其他控制类课程。
在授课内容上，系统分析是重点讲解部分，按照功能介绍各种分析方法：时域分析法、根轨迹法和频域分析法等并进行系统的动态和静态分析。在系统设计这部分中以频域设计法为重点，与系统分析相呼应，使学生在整个学习过程中，围绕“建模、系统分析和系统设计”这条主线进行，做到举一反三，从而对经典控制理论有一个结构完整、条理清晰的理解。
在确保课程知识结构完整性和知识点覆盖全面性的基础上，有针对性地对课程中的一些基础性概念和原理进行拓展，将本学科发展动态和相应的方法进行简介，使得学生尽可能地站在学科发展和工程应用的前沿，激发学生进一步的求知欲望。
3.教学方法改革，多元化方式结合
考虑到“自动控制原理”课程对学生的定性分析能力、定量计算能力和数形结合能力有一定的要求，容易造成学生在学习过程中产生畏难情绪，影响学习效果，为提高教学质量，在实施“自动控制原理”卓越课程的教学实践过程中，对传统教学方法和教学方式进行了优化，建立了多元化方式的教学方法，如讨论式教学、数字实验教学、项目驱动式学习以及网络交互式教学等。
在开展“自动控制原理”卓越课程教学过程中，针对每章内容增设了讨论课时，将学生按小组分开进行专题讨论，由每个小组轮流主讲，提出自己的看法和解决方法。主讲小组的得分由学生和老师共同评定并计入平时成绩。这种专题讨论课以学生自己分析问题和解决问题为主导，通过师生之间的互动与探讨，从知识与技术、过程与方法、情感态度与价值观念等方面培养学生的科学兴趣和主动探究能力。
依托卓越课程的教学改革项目，设立了课外的数字实验必修环节。由辅讲教师（通常是研究生）指导学生利用Matlab软件进行控制系统辅助设计。学生在完成理论学习的基础上，通过数字实验环节的实验和考核，学习与掌握Matlab语言的基本程序设计方法，进行控制系统的仿真并完成一般控制系统的校正设计。
为提高学生的科研素养和知识应用能力，借助于江南大学电气信息类大学生创新实践基地，以项目驱动的形式组织和指导一些有兴趣的学生组成项目小组，申报创新实践基地项目，着力培养和提高学生的创新实践能力和工程应用能力。
网络教学与传统教学相互补充。基于Matlab软件，设计和开发了江南大学“自动控制原理”交互式网络教学平台，以图文并茂的形式提供了丰富动感的教学信息，形成了一个集教学、学习、答疑、讨论、实验、设计、考研辅导和信息交流于一体的网络化教学平台，实现了教育资源共享，形象地反映了专业知识模块的结构。通过网络教学，学生可以加深对课堂教学内容的理解，提高自己动手动脑、分析问题和解决问题的能力，并且在拓展知识面、提高效率、因材施教等方面对课堂教学起了很好的补充作用。
三、结束语
上述教学改革与探索依托江南大学“自动控制原理”卓越课程获得全面实施。实践证明取得了良好的教学效果，得到了学生的肯定和大力支持。随着该精品课程的进一步建设和改革，不断总结经验并在实践中加以验证和改进，才能进一步提高教学质量，培养出具有卓越工程师素质的专业人才。
参考文献：
[1]林健.面向“卓越工程师”培养的课程体系和教学内容改革[J].高等工程教育研究，2011，（5）：1-9.
[2]潘丰，徐颖秦.自动控制原理[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]周武能，石红瑞.自动控制原理教学改革与实践[J].教学研究，
2010，33（1）：63-66.
[4]李振龙，乔俊飞， 孙亮，等.自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨[J].教学研究，2009，32（2）：66-68，72.
[5]任琦梅.“自动控制原理”教学方法分析[J].中国电力教育，2013，
（2）：106-107.
[6]王令其，左健民，汪木兰.大工程观与应用型工科教学改革的研究[J].理工高教研究，2009，28（2）：130-132.
（责任编辑：王意琴）
关键词：卓越工程师教育培养计划；自动控制原理；教学改革
作者简介：谢林柏（1973-），男，湖南永州人，江南大学物联网工程学院，副教授；徐颖秦（1965-），女，江苏无锡人，江南大学物联网工程学院，教授。（江苏 无锡 214122）
基金项目：本文系江南大学教学改革成果（项目编号：JXCG200924）、江南大学本科教改项目（项目编号：JGB2011057）、江苏省质量工程培育项目（项目编号：江大教[2008] 240号）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0091-02
自2010年6月教育部“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）启动以来，推动了新一轮的高等教育和教学改革。为了实现“卓越计划”对卓越工程师培养提出的宏观要求以及培养目标，我国高校必须根据本校实情制订具体的培养标准，研究、设计和构建新的课程教学体系和内容，不断探索和改革教学方式来适应“卓越工程师”人才培养的需求。[1]
“自动控制原理”是高校自动化及相关专业的专业基础课，是电气信息类、机械类和能源动力类等许多专业的学科基础课程。该课程也是上述专业本科生后续课程和研究生课程的基础课程，在控制科学与工程学科中占有基础性的地位。在课程内容上，其教学内容具有一定的理论基础，抽象性强，要求学生具备扎实的专业基础和较强的抽象思维能力，学习的难度较大，尤其是在概念与其工程含义的理解上，学生往往难以掌握，这也是在卓越工程师培养为导向下其课程教学必须解决的问题。
一、“自动控制原理”教学中存在的问题
进入新世纪以来，一大批新颖的《自动控制原理》教材及其教学改革成果不断涌现，[2-6]在课程体系优化、教学方法创新和教学平台搭建等方面均取得了丰硕的成果，给学生提供了丰富的学习参考资源，给教师提供了多样性的教学借鉴和案例。尽管如此，由于“自动控制原理”课程不仅要求学生具有一定的多学科的理论知识，而且要求对理论的理解必须结合工程背景，再加上系统的分析与综合过程中大量使用图解方法，给学生的学习和概念理解带来了很大的挑战。在教学实践中发现，该课程的教学过程中常常存在如下问题：
1.对课程的基础性地位认识不够
高校里各个专业开设“自动控制原理”课程的时间通常在本科三年级，此时学习该课程的一些必修课已经完成，如高等数学、大学物理等。在理论上学习自动控制原理不存在知识上的缺陷了，但是在实际当中，一些学生特别是自动化专业的学生对“自动控制原理”课程内容和概念的基础性地位认识不够，难以体会和理解到课程中的一些基本概念和方法将贯穿控制科学与工程的各个学科分支，比如建模的含义和方法、稳定性概念和分类、奈氏稳定性判据与多变量系统稳定性的关联、频域法与时域法的关系等等。而准备报考研究生的学生往往专注于题海战术，对一些概念的理解也限于解题技巧上的运用。在后续的本科专业课以及研究生授课过程中，经常可以看到一些控制学科的本科生和研究生对一些控制理论的基本概念混淆不清，理解不透。
对课程基础性地位认识不够带来的另一个后果是学生的学习兴趣逐渐变淡，只要考试过关就万事大吉，不利于能力的进一步培养，影响学生对知识的理解应用。特别是在后续的专业课程如现代控制理论、计算机控制系统以及智能控制等课程的教学中，这一后果带来的负面影响就会显现出来。
2.理论教学与工程实践联系不够
在教学过程中将理论与工程实践相联系是“自动控制原理”课程教学改革的重要方向和趋势。在实际过程中由于教学课时不够、教学平台缺乏以及教师自身等原因，“自动控制原理”课程教学内容很难做到理论与实践教学同步。学生由于接触到的大都是书本知识，对事物的分析、理解和判断能力有限，很难自觉地去挖掘和匹配工程应用中的控制理论和应用问题。此外，随着现代控制理论内涵的不断发展，控制论应用的对象也不断拓展，从工程控制论延伸至经济控制论、生物控制论以及社会控制论等等，这对授课教师本身的专业素质也提出了很高的要求。
理论教学与实践的脱节不仅对学生的启发性和激励性不够，还会造成课程关键内容讲不透、挖不深和重点不突出的问题。
3.教学内容和方法的局限性
“自动控制原理”课程的教学计划一般是64学时，其中包括8个实验学时。目前针对“自动控制原理”教学内容在不断丰富，比如Matlab辅助设计、状态空间法等，因此课程学时短、内容多的矛盾日益突出。此外由于课程具有内容抽象、概念和原理理解难、理论教学信息量大等特点，而单一的“理论分析+实验”教学方法往往强调传授知识本身，对学生探索性和启发性的学习训练不够，因此学生难以在规定的课时内掌握课程内容，从而制约了学生对该课程知识灵活运用的能力。从另一方面来看，课时少和教学进度要求带来的制约，致使教师难以深入探索和实践新的、多样化的教学方法，只能继续使用以传授知识点为主，启发式教学为辅的教学方式。这种教学方式难以保证教学过程中学生的主体地位，激发学生在学习中的自觉性、主动性和创造性。
二、教学改革探索与实践
灵活运用知识和主动探索知识是培养具有卓越工程师素质人才的重要内涵。基于以上教学中存在的问题和“卓越计划”要求，总结了多年来的教学经验和改革成果，在突出学生学习主体地位、优化教学内容、创新教学方法以及改善评价方式等内容上进行了一系列的教学实践探索。 1.以评促学，激发学习的自主性
为充分强调“自动控制原理”课程的基础性地位，需要激发学生学习的自主性，在自主学习过程中让学生去感受和体会课程中基本概念的重要性和基础性。同时教师也要适时地从知识的传授者转变为学生知识获取的引导者和释疑者。
为提高学生学习的主动性，在实践中采取了以评促学的评价和激励措施。如在讨论课中，主讲学生及团队的成绩由台下学生和教师共同评定，对讨论议题能提出不同见解和方法的学生，平时成绩给予额外加分和表扬。这种以评促学的方式能激发学生的学习热情和主观能动性，有利于教学内容的长期记忆，训练学生根据问题和已有知识去探索未知问题的能力，活跃学生的抽象思维并逐步形成探索性思考的学习习惯。为强调“自动控制原理”课程的基础性地位，在教学过程中结合本科的另两门专业基础课“信号与系统”和“现代控制理论”，将传递函数和系统模型等基本概念有机结合串讲，并强调两门课程在体系和内容上的不同侧重点，让学生充分意识到经典控制理论应用的广泛性和基础性，从而自觉增强学好“自动控制原理”课程的信心和紧迫感，既可拓展学生的知识面，也能培养学生应用知识的意识。
2.优化教学内容，注重知识结构设计
根据“卓越计划”要求，卓越工程师的培养要求更广的知识面和更复杂的课程体系设计。因此在讲授“自动控制原理”课程中的知识点时，适当地根据学生的知识结构水平、培养要求以及实验设备条件等，对教学内容进行了优化，将自动控制原理授课内容分为三大功能块：建模、系统分析和系统设计。课本中的各章节均可归纳到这三个功能块的模式里。在这三个模块内容中，建模是基础，稳定性是系统分析的核心，稳定性基础上的性能要求是系统设计的主要任务。这种模块化结构与后续的现代控制理论以及研究生课程一脉相承，学生依然可以用这种结构化方式学习其他控制类课程。
在授课内容上，系统分析是重点讲解部分，按照功能介绍各种分析方法：时域分析法、根轨迹法和频域分析法等并进行系统的动态和静态分析。在系统设计这部分中以频域设计法为重点，与系统分析相呼应，使学生在整个学习过程中，围绕“建模、系统分析和系统设计”这条主线进行，做到举一反三，从而对经典控制理论有一个结构完整、条理清晰的理解。
在确保课程知识结构完整性和知识点覆盖全面性的基础上，有针对性地对课程中的一些基础性概念和原理进行拓展，将本学科发展动态和相应的方法进行简介，使得学生尽可能地站在学科发展和工程应用的前沿，激发学生进一步的求知欲望。
3.教学方法改革，多元化方式结合
考虑到“自动控制原理”课程对学生的定性分析能力、定量计算能力和数形结合能力有一定的要求，容易造成学生在学习过程中产生畏难情绪，影响学习效果，为提高教学质量，在实施“自动控制原理”卓越课程的教学实践过程中，对传统教学方法和教学方式进行了优化，建立了多元化方式的教学方法，如讨论式教学、数字实验教学、项目驱动式学习以及网络交互式教学等。
在开展“自动控制原理”卓越课程教学过程中，针对每章内容增设了讨论课时，将学生按小组分开进行专题讨论，由每个小组轮流主讲，提出自己的看法和解决方法。主讲小组的得分由学生和老师共同评定并计入平时成绩。这种专题讨论课以学生自己分析问题和解决问题为主导，通过师生之间的互动与探讨，从知识与技术、过程与方法、情感态度与价值观念等方面培养学生的科学兴趣和主动探究能力。
依托卓越课程的教学改革项目，设立了课外的数字实验必修环节。由辅讲教师（通常是研究生）指导学生利用Matlab软件进行控制系统辅助设计。学生在完成理论学习的基础上，通过数字实验环节的实验和考核，学习与掌握Matlab语言的基本程序设计方法，进行控制系统的仿真并完成一般控制系统的校正设计。
为提高学生的科研素养和知识应用能力，借助于江南大学电气信息类大学生创新实践基地，以项目驱动的形式组织和指导一些有兴趣的学生组成项目小组，申报创新实践基地项目，着力培养和提高学生的创新实践能力和工程应用能力。
网络教学与传统教学相互补充。基于Matlab软件，设计和开发了江南大学“自动控制原理”交互式网络教学平台，以图文并茂的形式提供了丰富动感的教学信息，形成了一个集教学、学习、答疑、讨论、实验、设计、考研辅导和信息交流于一体的网络化教学平台，实现了教育资源共享，形象地反映了专业知识模块的结构。通过网络教学，学生可以加深对课堂教学内容的理解，提高自己动手动脑、分析问题和解决问题的能力，并且在拓展知识面、提高效率、因材施教等方面对课堂教学起了很好的补充作用。
三、结束语
上述教学改革与探索依托江南大学“自动控制原理”卓越课程获得全面实施。实践证明取得了良好的教学效果，得到了学生的肯定和大力支持。随着该精品课程的进一步建设和改革，不断总结经验并在实践中加以验证和改进，才能进一步提高教学质量，培养出具有卓越工程师素质的专业人才。
参考文献：
[1]林健.面向“卓越工程师”培养的课程体系和教学内容改革[J].高等工程教育研究，2011，（5）：1-9.
[2]潘丰，徐颖秦.自动控制原理[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]周武能，石红瑞.自动控制原理教学改革与实践[J].教学研究，
2010，33（1）：63-66.
[4]李振龙，乔俊飞， 孙亮，等.自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨[J].教学研究，2009，32（2）：66-68，72.
[5]任琦梅.“自动控制原理”教学方法分析[J].中国电力教育，2013，
（2）：106-107.
[6]王令其，左健民，汪木兰.大工程观与应用型工科教学改革的研究[J].理工高教研究，2009，28（2）：130-132.
（责任编辑：王意琴）