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期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN 15-1362/G4
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我刊投稿论文
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2021-10-20 | 所属栏目:我刊投稿论文 | 阅读次数:

  【摘要】面向新工科背景下自动化大类学生的多元化培养模式需求,在对现有教学模式进行分析介绍的基础上,提出融思政建设与多元化培养模式为任务驱动的现代控制理论课程的教学改革与实践方法,从课程内容与教学模式两个维度对课程的改革方案进行了阐述。实际应用效果表明,此改革措施不仅可以提高学生分析问题、解决问题能力,同时可以彰显不同培养需求的个性化与专业化特色,提升学生的科学素养。
  【关键词】多元培养模式  思政建设  教学改革  现代控制理论
  【基金项目】山东大学教育教学改革项目(2020Y150);山东大学研究生课程思政专项计划;山东大学2020年研究生教育教学改革研究项目(XYJG2020091)。
  【中图分类号】G642.0  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2021)07-0016-03
  一、引言
  现代控制理论是自动化专业的一门重要专业课,属于自动控制原理的后续课程,在自动化专业教学中具有承前启后的作用[1]。该课程研究范围较广,内容抽象,理论性强、实践性要求较高,对于培养学生的控制思维能力、综合分析和解决问题的能力、建立理论联系实际和团队合作的科学素养都具有重要的指导作用。
  随着“人工智能”“大数据”“机器人”等行业的发展,国家对复合型高级人才的需求日益增加[2]。 与之相适应,各个高校相继开展了“新工科”背景下多元人才培养模式。作为在自动化专业的必修主干课程,如何进行新的教学体系建设、如何在总结多年以来教学改革经验的基础上进一步进行深化改革探索,将思政建设融于日常的教学内容、建立以多元培养目标为任务驱动的个性化教学模式,使其适应学科和社会的需求,是“现代控制理论”教学中亟待解决的问题。
  二、现代控制理论课程教学存在的问题
  (一)理论性较强,学生学习难度较大
  现代控制理论是一门理论性强的课程,不仅需要学习者对控制原理有一定的认识,具备一定的数学推导计算能力,而且要求学生对“矩阵论”的相关知识掌握程度较高。该课程所需的前期课程包括高等数学、线性代数、电路原理、自动控制原理等,课程体系具有内容体系大、涉及的理论知识面广、信息量大、逻辑性强、对数学和物理等基础理论知识要求高等特点。这些特点造成学生在学习过程中感觉内容抽象、难于理解、掌握难度大等困难,从而使学生在学习过程产生较大的学习压力和学习障碍,容易产生厌學及倦怠的不良情绪。
  (二)知识新颖度不足,没有体现最新发展动向
  随着科学技术的发展,“人工智能”“机器人”“大数据”等行业成为社会新兴产业,对此类行业的控制代表着控制理论的又一主要发展方向——智能化控制。“智能化控制”是一门交叉前沿学科,是系统控制的高级阶段。上述新兴专业的知识及信息化更新很快,但在现有的课程教学过程中,缺乏对这些最新发展成果的介绍,没有将这些最新的控制与基本控制理论相结合、相对比的环节[3],造成目前的课程与最新科技发展动向相脱节的情况,限制了学生在学习过程中思维的发散度,同时降低了学生的学习热情和学习兴趣。
  (三)教学方式过于单一,不适应多元化培养目标体系
  目前对于现代控制理论课程,所采取的教学方式大多是“PPT演示+黑板板书”这一传统的授课模式,,教学方式较为单调。学生在上课的过程中对于知识点的学习基本属于被动接受状态,学习兴趣得不到刺激。随着“卓越工程师班”“人工智能班”“理工复合班”等新工科多元化培养模式的出现,目前的现代控制理论课程教学方式依然存在重理论轻工程的特点,缺乏“个性化和专业化”教学特色,缺乏针对不同培养目标任务驱动的教学模式,难以保证培养质量,不能满足多元化培养目标体系要求,限制了新工科多元化培养体系的特色。
  (四)课程教学缺乏思政建设,忽视对学生科学工匠精神的培养
  随着高校专业分工的日益细化,目前各个学院的思想政治课程与专业课程的教学工作由不同教学单位的教师承担。尤其对理工科专业,专业课知识与思想政治教育的直接关联度不高,导致在理工科的专业教学过程中只重视专业知识的传授,而忽视了学生的思政教育,现代控制理论课程也不例外。培养具有家国情怀的工匠一直是工科院校追求的培养目标,而现代控制理论课程的学习对于学生控制思想的建立具有重要的意义。如何将核心价值观、工程伦理道德等思政元素融于专业课及专业设计的教学中,使该课程的教学不仅重逻辑知识,也重人文思想,为培养具有道德伦理意识以及以造福人类为理念的现代工程师奠定基础是现代控制理论课程教学中亟待解决的问题。
  三、课程改革思考
  (一)课程体系科学化及多元化
  现代控制理论课程体系改革的总体思路:针对新工科背景下多元化的培养目标体系,以培养目标任务为驱动,建立具有学习表现与跟踪评估反馈的闭环式课程体系。从课程的设置、教学方式、教学侧重点等多个方面进行改革,实现个性化培养。不断优化课程内容,加强与学科最新发展方向的关联,全方位体现智能化自动化发展的最新动态。课程建设将着眼于“理论讲授+仿真实验+工程案例+前沿讲座”四个模块,采用混合式教学、在线视频、信息化教学、专家讲座等多种教学手段,完成系统模型建立、系统分析和系统设计三大教学内容的讲解,实现课程体系的科学化及多元化,为学生控制思想的培养与建立提供基础。现代控制理论课程体系示意图如图1所示。
  (二)教学模式改革
  1.课堂教学改革
  现代控制理论课程理论性强、抽象程度高,学生的学习兴趣较低。面向不同培养目标体系的学生,如何引入富有变化的教学方式、取代传统的授课方式、形成“个性化+专业化”的授课模式、动态可观地展现课程内在的知识体系是该课程教学改革面临的重要内容。
  (1)构建基于多维度的课堂教学改革模式


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