面向课程育人的IATCV五位一体本科教育教学模式研究

［摘 要］基于课程育人的本质要义与内涵，文章从需求侧和供给侧探索了IATCV五位一体本科教育教学模式，即以兴趣（Interest）、能力（Ability）、思维（Thinking）、创新（Creativity）、价值（Value）培养为导向的课程育人法，同时研究了其与体验式教学的内在映射关系机制，并在计算机控制技术课程中进行了该模式的实践探索，以期为当前的课程教学改革提供一定的参考。

［关键词］教学改革；课程育人；人才培养；IATCV五位一体；体验式教学；映射机制

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）05-0069-05

本科教育教学改革历来都是国家实施教育教学改革的重点。为有效推进本科教育教学水平的不断提升，教育部组建了高等学校教学指导委员会，负责开展高等学校本科教学的研究、咨询、指导、评估、服务等工作。自2019年2月《中国教育现代化2035》印发后，高等院校的本科教育教学改革进行得如火如荼，不断与国际深度接轨。本科教学强调知识理解和实践应用的同时，对学生的自主学习能力也提出了较高要求[1]。自主学习能力本质上是一种思维品质，是学生在其今后任职岗位上进行创造性工作必备的科学素养，而对知识的活学活用是学生在未来工作中必备的实践素养。这决定了在本科教学中要始终坚持思维品质训练与实践能力训练的有机融合，回归启发式“教”与自主性“学”的本真过程。此外，在本科生的课程教学中，能力的培养比知识的传授更加重要。这里的能力是多方面的，如创新能力、批判性思维能力、自主学习能力、发现与解决问题能力等[2]。如何在本科生课程教学中潜移默化地培养学生的这些能力是一个值得探索和思考的问题。笔者在计算机控制技术课程教学中，以兴趣（Interest）、能力（Ability）、思维（Thinking）、创新（Creativity）、价值（Value）为导向，总结出了面向课程育人的IATCV五位一体本科教育教学模式，根据学生的反馈情况，其所取得的效果是明显的。

一、IATCV教学理念初衷与实施构想

（一）理念初衷

教育的核心是育人，坚持立德树人，培养新时代高素质理工科人才是理工类院校的使命任务[3]。这就需要回归教育原点，坚守教育初心，从课堂教学走向课程育人。课程育人一直是教育界关注的话题，在理论层面也产生了许多新观念、新思想和新方法。然而，围绕课程育人“教什么、怎么教”的问题，目前尚未有定论[4]。为了让课程育人走实落地，从需求侧分析：个体层面，学生期望通过课程学习能够学知识、强能力、学做人；国家层面，希望课程育人能够立德树人，培养社会主义建设者和接班人。综合这两个层面，课程育人的根本需求是知识传授、能力培养和价值塑造，对学生而言，具体体现为社会主义核心价值观的树立，如图1所示。

为满足知识传授、能力培养、价值塑造等课程育人的基本诉求，从供给侧分析，笔者提出IATCV五位一体本科教育教学模式，即将兴趣（Interest）、能力（Ability）、思维（Thinking）、创新（Creativity）、价值（Value）有机融合，以共同实现课程育人目标。如图2所示，学习兴趣和学习能力的培养融入知识传授，学习能力、思维品质和创新意识的塑培共同促进综合能力的养成，创新意识和品格价值的提升实现价值塑造。IATCV五个方面并不是孤立存在的，能力培养受兴趣使然，思维锻造建立在能力提升基础之上，创新发展蕴于思维形成过程之中，情感价值在创新孕育中得以升华，五位一体合力促成了课程育人目标的实现。

（二）实施构想

本科教学讲求互动，互动教学从本质上说是教师与学生之间的一种“交往”，没有师生之间、生生之间的研讨与交流、沟通与理解，“教”与“学”的过程就不是一个真实自然的教学行为。对学生来说，学习知识和培养能力固然是直接目标，但从更深层次的情感价值来考虑，“交往”的实质在于体验知识发现的过程，体验知识的“源”，因此，本科教育教学的本质就是体验。体验是学习者亲身经历创造知识的过程，是对知识的活学活用和对真理的孜孜追求。它对教学的直接要求是“放手”，它的最大特征是“自主”，是教师无需“教”的秘诀。

综上所述，体验式教学是本科教学的本质回归，因而教学中的重难点问题，不是依赖教师单方面讲授，而是学生在师生交往过程中体验并领悟出来的。这种体验式教学在实施过程中贯穿于兴趣、能力、思维、创新、价值五个具体环节中，五个环节环环相扣，并以学生为中心，共同形成IATCV五位一体本科教育教学模式，如图3所示。

从图3中可以看出IATCV的核心在于体验，各环节的具体实施方法及其与体验式教学的映射关系如表1所示。

二、IATCV的课程实践

（一）激发兴趣的知识体验

在计算机控制技术课程教学的作业环节中，笔者目前采取的是口头报告+大作业（课后习题）形式。鉴于本门课程理论性和应用性较强，学科发展也比较迅速，口头报告需要学生对学科前沿做深入了解和掌握，课后习题对学生的基础巩固也是必不可少的。这样做的目的一是使学生在查阅文献资料后，能清晰地表述内容及观点，并提出一些问题和自己的想法；二是以思考为主，让学生挖掘自己的学习和研究兴趣，从中发现乐趣，寻找自己的兴趣点。善于思考既是一种良好的学习素养，也是一种能力的体现。

例如，笔者在讲授“离散系统稳定性”一章的内容前，先向学生提出三个问题：

①为什么要研究离散系统稳定性？离散系统稳定性与连续系统本质区别在哪？“离散系统中的变量不发散系统就稳定”这种说法对吗？

②为什么只研究离散系统零平衡态的稳定性？

③大部分计算机控制技术教科书在讨论稳定性问题时，只考虑齐次差分方程，因此有人认为“稳定性与输入无关”，是不是这样？如果给定非齐次差分方程，有没有稳定性问题？

以上三个问题的提法对吗？如果对，应该如何回答？如果提法不对，应该如何改正？

在给出三个问题前，笔者已经让学生进行了课前预习，学生不仅需要对问题本身作出回答，而且需要对其合理性作出辨别和解释。学生在进行课前预习之后，发现自己难以回答或无法回答上述问题，笔者就会引导他们如何对概念与理论作进一步思考，充分调动他们的积极性，使其参与到问题讨论与解决当中。在思考与争论中，学生的兴趣逐步提升，同时也加深了对问题的认识，提高了发现问题、分析问题和解决问题的能力。从问题提出、引导启发到形成结论，这个过程并不需要教师单方面地传授知识，在以学生为主体的思考辩论中，教师只要考虑如何最大限度地激发学生学习兴趣，为学生能力的提升营造一个良好的环境。

（二）发现知识的过程体验

国学大师陈寅恪先生在授课过程中有“三不讲”：不讲书本上有的、不讲别人讲过的、不讲自己讲过的[5]。这“三不讲”实际上就是在告诉我们：对教师来说，除了关注教材基本知识，更要教授新知识。不讲书本上有的——讲前沿知识；不讲别人讲过的——讲自己对知识的独特见解；不讲自己讲过的——讲自己对课程知识的新的理解。这对教师提出了很高的要求，然而要培养学生的创新思维能力，教师必须这样讲，也只能这样讲。通过前沿知识的教与学，学生才能沉浸于创造新知识的过程，才会有新鲜的体验。在计算机控制技术课程教学中，笔者自始至终努力贯穿和渗透这一指导思想。

例如，在讲授状态空间离散化方法一节的内容前，笔者查阅了计算机控制技术的所有同类教科书，大部分都采用了经典的Z变换方法。当时笔者正从事一项有关控制系统离散化方法的最新研究，因此计划通过自身的研究经历，将最前沿的科学方法介绍给学生。但单纯的介绍和解释对学生创造性思维的启发没有任何作用，因为那只是关注学生“知”的结果，而忽略了“认”的过程。因此，在教学过程中，笔者于课前布置了预习任务，在这节课开始时，就列举了DSP高速数据采集系统的数学模型离散化问题，让学生用课前所预习的知识加以解决。随着计算的深入，学生发现利用书本上的方法，将原来的连续动态系统作离散化处理后却得到了一个静态系统——“离散化改变了系统的属性”！学生得到了这样一个不合理的结论。此时，笔者开始引导学生用批判性思维来重新审视书本知识。学生通过翻阅课本，最终发现书上的方法是有适用范围的，其不适合高速采样。然而仅仅发现问题还不够，如何解决问题才是我们面临的更大难题。在这里，学生的基础知识体系就发挥了重要的作用。有学生想到Z变换方法本身就有局限性，就利用在数学课中所接触到的Delta变换尝试解决这一问题，果然得到了另一种截然不同的离散化方法，而且意外地发现，这个方法在非高速采样情况下竟然也能回归到书本上的方法。这些发现虽是已有的科研成果，但学生仍心怀喜悦与成就感。在这个过程中，学生的创造性思维能力得到了有效提升。这有赖于学生较完备的知识体系和教师较高的科研水平。就学生而言，书本知识都是最基础的，靠课后自学即可完成；就教师而言，其应基于教材的课程知识体系力求使学生在课堂上所获取的知识都是最新的。可见，学生创新思维的培养很大程度上依靠教师的科研水平，所谓科研反哺教学，意义也在于此。

（三）应用知识的实操体验

传统的本科教学更关注学生对知识原理的理解，因而实验教学相对理论教学较弱化。然而对标新工科的培养目标，实验教学恰恰是岗位任职技能形成的重要环节。没有实验支撑的理论教学犹如无米之炊，对学生进行科学实验训练，使其在实操环境中体会到理论知识的实用性以及知识创造的趣味性，是本科生实践能力形成的必要途径。与当前社会对学生毕业后的岗位任职需求相比，部分在校生的实践动手能力相对较弱，当这部分学生将来到基层岗位任职时，在现有的以理论授课为主导的培养模式下，这一缺陷可能会继续存在。因此，培养和强化学生的实践能力是教师义不容辞的责任。笔者在计算机控制技术课程基础上单独增设了计算机控制技术实验，采用先进的倒立摆控制系统装置，在课堂上通过实验演示，将基于计算机控制技术实现稳摆的神奇效果呈现给学生，并且向学生展示了倒立摆系统在工程装备上的实际应用案例，学生对其表现出了极大的兴趣，纷纷跃跃欲试。其中有一位学生不仅用所学离散最优控制方法成功稳定了摆杆的运动，而且进一步通过师生间的互动交流、查阅文献以及与同学的讨论，利用近年来出现的一种新的权矩阵优化法，调节了控制器参数，进一步提高了控制算法的实时性和灵敏度，将摆杆运动的稳定时间和控制精度都提高了一个数量级。之后，该学生依据此实验成果在核心期刊上发表了高水平的科技论文。可见，本科实验教学除了让学生体会到知识应用的价值，还能在实验过程中通过师生互评、生生互辩激发学生的灵感和创造力，不断改进和优化知识。但这种实践能力实际上根植于强大的思维能力，没有思维能力的训练，实践能力的养成也只是纸上谈兵。因此，教师不仅要在理论课上培养学生的思维能力，还应将这种思维能力培养贯穿于实验教学的各个环节，并有机融合学生的实践能力培养，两种能力的形成和共生对学生将来在任职岗位上的发展是十分有益的。

（四）扩展思维的创新体验

身处信息爆炸时代的本科生知识面比过去更广、知识深度更深，但部分学生已形成一定的惯性思维，易钻死胡同，如果不加引导，学生的思维就会僵化；但若引导失之偏、失之过，学生的思维往往容易走向另一个极端——“胡思乱想”“天马行空”，导致事倍功半。教师在教学中应该思考要将学生思维引导到什么程度，既达到培养学生独立思考及自主学习能力的目的，又不至于“物极必反”，使学生的能力培养变为一种“苦力”训练。本科生课堂教学的思维引导关键是要处理好“扶”和“放”的关系。“扶”就是教师相机引导，适当点拨，发挥教师的主导作用；“放”就是让学生积极主动地理解、分解、探究问题，自求解释，不依赖于教师。

在讲授离散控制系统状态极点配置时，笔者以单变量控制系统为例，讲授其具体的极点计算及生成方法，这些经典方法的讲授需要教师“扶”；而对以下几个问题则需要教师“放”：①是否可将单变量系统扩展到多变量？请说明你的理由。②如能够扩充，在方法及生成规律上与单变量系统有何不同之处？这些问题均在学生思维量度范围之内，问题①是基础，难度适合多数学生，问题②是问题①的深入，供学有余力的学生思考。本科生已经接受过基础教育，具备一定的知识储备，教师只需给予必要的方向性指导和建议，其余的则可交给学生，在这个过程中学生的思维能力会潜移默化地得到提升，同时建立在思维扩展基础上的自主学习能使学生沉浸在解决问题的创新情境之中。本科教学中教师应敢于放手，对于内容讲到什么程度、问题深入到什么地步，要做到心中有数，拿捏得当。