随着自动控制技术在整个经济产业的高速发展及应用,教育部提出在本科教学中要加强学生实践能力的培养｡与此同时,理论基础的重要性日渐凸显,这就要求自动化专业的理论教学与时俱进,让学生在掌握理论基础的同时,真正做到理论联系实际,理论应用于实际｡
CDIO工程教育理念是当今国际高等工程教育的一种创新模式｡CDIO以构思(Conceive)､设计(Design)､实现(Implement)以及运作(Operate)为主线,以工程项目为载体,让学生以主动的､实践的､课程之间有机联系的方式学习｡CDIO模式通过团队设计和实践环节的训练,要求在人才培养的过程中,培养学生扎实的专业理论基础知识,强化学生工程能力和专业技能的培养,使学生具有卓越型工程师的综合素质｡
基于问题的探究式教学(Problem BasedLearning,PBL)和及时教学(Just-in-TimeTeaching,JTT)都是激发学生学习的主动性和思维的创新性的有效教学手段｡因此,将CDIO理念融合到教学中,并结合PBL和JTT教学方法,以实际案例为驱动进行教学,这必将促进理论课程与实践知识的结合,真正实现理论实践一体化的课程建设目标｡
1教学中普遍存在的问题
现代控制理论这门课程具有跨学科､概念抽象､公式多､数学推导烦琐､难以理解等特点,因此在课程的教学工作中往往表现为:重视理论知识的讲授,忽略工程方面的应用;内容抽象难懂;实验教学与实际应用脱节;重视理论知识的学习､轻视实践､创新能力的培养;强调个人能力的提高､忽视团队协作精神｡现代控制理论课程作为自动控制原理的后续课程和自动化本科的专业基础课程在我校已开设多年,同时该课程也是硕士研究生学位课线性系统理论课程的基础,其重要性不言而喻｡
国内学校针对该课程存在的问题主要进行了以下几个方面的改革:教学模式的改革､实验课建设的改革及考试机制的改革｡然而,这些改革方法在理论与实践结合､学生综合能力培养方面尤显不足｡综上可见,现代控制理论课程的教学内容及模式对学生创新能力及工程实践能力培养方面存在不足,与本校卓越工程师培养计划相违背｡因此,在现代控制理论课程的教学中,如何以理论基础为依托,实际案例为驱动,培养卓越型工程技术人才是现代控制理论课程作为理论教学所面临的新问题,也是该门课程改革的重要内容｡根据“新型工程师”的培养要求,在现代控制理论课程的教学中,注入CDIO教育理念,依托实际工程项目,结合
PBL和JTT教学方法,构建创新型理论与实验教学体系,激发学生的主动学习兴趣,培养学生CDIO所要求的多种能力,促进高素质人才的培养｡
2教学改革解决的问题
(1)教学内容是本次改革的基础
基于CDIO培养理念,分析学生的实际情况,根据课程的内容､新技术的发展及理论与实践之间的联系,围绕实际对象建模､性能分析､控制方法､MATLAB仿真验证和实际对象控制这一主线选择典型的实际工程案例,并将实际案例贯穿于整个教学过程中｡
(2)学生能力的培养是本次改革的重点参考CDIO工程教育能力培养大纲的内容,按4个层次的能力培养设计教学内容,提高学生工程应用能力和创新能力,增强学生团队合作能力和解决问题能力,从理论课教学角度提升学生的实践､创新能力｡
(3)教学模式的改革是本次改革的难点
针对教学内容进行合理调整与改进,以实际案例为导向,以PBL和JTT教学方法为手段,建设网络资源共享平台,构建立体化的创新实验教学体系,推进课程考评改革,激发学生主动学习的动力,培养学生主动学习的兴趣｡
(4)教师队伍的建设是本次改革的瓶颈问题CDIO模式下的现代控制理论课程教学改革也将提升教师工程实践能力,促进“双师型”队伍的培养｡同时,也促进教师将理论研究方向的相关内容引入教学,即将科研课题引入教学,凸显了科研与教学的结合的优势｡
3教学改革的实施内容
教学理念是整个教学过程的灵魂和指挥棒,它决定了教学体系中每个环节的构成模式､发展方向､改革方向,因此具有先进意义､创新思维的教学理念能够形成更加科学､合理的培养模式,更加优化的教学体系,也更有利于创新型人才的培养｡此外,教学理念的发展理应与时俱进,要随着学科发展､专业认知､社会需要的提高而改进｡因此,在教育部提出“高等学校本科教学质量与教学改革工程”及“关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见”的背景下,先进的､创新的教学理念显得尤为重要｡
我校自动化专业以培养学生的工程实践能力和创新素质为目标,基于“大工程”理念构建自动化专业“学以致用､能力为本､就业为上”的人才培养模式｡基于CDIO的教学理念正符合培养我校自动化专业本科生的实践能力与创新能力的发展要求,在这一理念下,合理定位现代控制理论课程教学目标是教学改革行之有效的前提和保障｡我校现代控制理论课程的教学目标是树立以实际项目案例为载体的教育目标,构建立体化的创新､实验教学体系,激发学生学习兴趣,从理论课的教学层面上,培养学生CDIO所要求具备的多种能力,真正实现理论实践一体化的教学模式｡
数学内容过多､实际问题较少,使得现代制理论课程过于枯燥,无法激发学生对于理论学习的兴趣｡但是对于课程本身来说,最终目的是让学生将理论应用于实际,实现理论实际一体化的目标｡因此,根据授课内容､学生实际情况,选择典型的实际控制系统,从实际案例出发,抽象出数学模型,分析研究其运动规律,让学生主动参加实践训练,通过对实际案例的学习与训练,让学生真正达到“做中学”｡
CDIO模式下的现代控制理论课程教学体系结构,以工程应用为背景,涵盖内容丰富,涉及多门基础知识,是一门综合型课程｡在教学活动中,以相关的基础专业理论知识为依托,实际案例为载体,在教师的组织下,以学生自主性学习为基础,引导学生对相关内容进行前期调研,从而激发学生的主动学习热情｡
课程实行理论教学与实践教学教师负责制,实践教学教师提供教学实验案例,负责学生的实践训练活动,理论教学教师负责从实践案例中提取系统数学模型､运动特性及控制特性,结合现代控制理论课程的理论内容向学生进行讲授;同时将学生分成小组,以小组为单位,按照要求完成实际案例的构思､设计和实施,进行讨论､协作学习,以达到对所学知识的融会贯通,从而培养学生的团队协作能力､提高学生对未知知识的探索能力｡
以实际项目为依托,将PBL与JTT方法引入到现代控制理论课程的教学中,其结构虚线框所示,该教学模式通过对设置预习问题､调整教学计划､进行课堂教学､加深知识理解4个教学环节的研究及实施,达到了激发学生的学习兴趣,提高学生分析､解决问题的能力,增强学生对实际项目的认识及分析能力的目的,其核心内容是“反馈机制”,利用课堂､网络平台等有效手段解决学生学习中存在的问题,同时通过网络平台,教师和学生可以及时获得教学效果和学习效果的评价｡
现代控制理论这门课的教学方法可以从以下几个层面着手进行改革｡
(1)通过讲解相关工程案例,刺激学生对这门课程的重视和热情｡案例教学的方法可以从《绪论》部分开始,贯穿到整门课程的始终｡
(2)设立预习问题｡以实际工程案例为导向,整理教学内容,将知识点进行整理,设立预习问题,在进行课堂教学前将预习问题布置给学生,安排学生查阅资料｡通过这样的形式,提高教学效果,培养学生思考､分析及解决问题的能力｡
(3)调整教学计划｡通过检查学生预习问题完成的情况,了解学生课前掌握的情况,根
