“双一流”建设背景下“机械工程控制基础”双语教学与实践

2015年，国务院发布关于印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》的通知，提出全面提升学生的综合素质、国际视野、科学精神和创业意识、创造能力，推进国际交流合作，加强与世界一流大学和学术机构的实质性合作，将国外优质教育资源有效融合到教学科研全过程，营造良好的国际化教学科研环境［1］。一流本科教育是“双一流”建设的重要内涵［2］，要求科学合理地引进国外前沿性的学科知识与先进的科研方法［3］，开展双语教学就是实现这一目标的手段之一。大学课程国际化是世界大学双语教学实践数量不断增加的主要原因［4］。“机械工程控制基础”是机械工程本科相关专业的学科基础必修课，也是一门理论性和应用性都很强的课程，具有较强的国际共通性，非常适合进行双语教学。对该课程实施双语教学可以使学生更好地理解机械工程学科的英文文献并加以利用，拓宽学生的国际视野，更多地了解机械学科在国际前沿的发展动态，养成新工科思维方式［5］。目前，“机械工程控制基础”双语教学存在一些不足，如教学内容相对陈旧，机械工程学科的前沿研究和经典控制理论在机械工程学科的应用体现不足；另外，双语教学理论体系相对较为匮乏，无法满足“双一流”建设对机械工程专业国际化教学科研环境和机械工程专业人才国际视野的要求。一、“机械工程控制基础”双语教学存在的问题（一）教学内容设置与教材的选用“机械工程控制基础”课程涉及较多的抽象概念和数学推导，要求学生具有扎实的“高等数学”“复变函数与积分变换”“大学物理”“理论力学”“电工学”等理论课程基础，增加了学生的学习困难［6］。新工科建设使得课程学时被压缩［7-8］，部分基础先修课（如“复变函数与积分变换”）被取消。为顺利开展教学，不得不在“机械工程控制基础”课程中补充相关知识（如拉普拉斯变换），进一步压缩了课程学时，导致学生对课程中系统、模型、反馈、控制等重要概念理解不深，影响了学习效果［9］。“机械工程控制基础”双语教材选择基本可以分为四种模式：第一种模式为国外全英文教材，辅助以中国学者编著的中文教材；第二种模式为国外全英文教材，辅助以对应的中文译本教材；第三种模式为选择国内学者编著的中英文对照双语教材；第四种模式为选择国内学者编著的全英文教材。第一种模式下，由于选用不同体系的教材，中英文教材内容和编排差异较大，使得教学大纲无法统一，既加重了学生的学习负担，也不利于教师统筹教学内容。前两种模式下，一般会选择两本国外经典教材，一本是美国加利福尼亚大学戴维斯分校的Dorf教授编著的ModernControlSystems［10］，中文译本为国防科技大学的谢红卫教授翻译的《现代控制系统》［11］；另一本是美国明尼苏达大学Ogata教授编著的ModernControlEngineering［12］，中文译本为北京航空航天大学卢伯英教授翻译的《现代控制工程》［13］。对“机械工程控制基础”课程来说，这两本教材内容过多，不适合作为教材使用。国内学者编著的中英对照双语教材比较经典的有李道根编著的《自动控制原理（中英文对照）》［14］，但该教材为控制工程专业通用教材，未体现机械工程的学科特点。另外，笔者认为中英文对照的双语教材并不适合双语教学，一方面，由于中英文之间的差异，直接将中文教材翻译成英文，往往不够准确；另一方面，在教学实践中发现，采用中英文对照的双语教材，无形中将双语教材只作为中文教材来使用。国内学者针对双语教学编著的全英文教材有孙晶编著的《控制工程基础（英文版）》［15］，这本教材同样是控制工程专业的通用教材。综上可见，目前针对“机械工程控制基础”课程的双语教材非常匮乏，亟须编写适合该门课程的全英文教材。（二）课程体系与成绩考核目前，由于双语教学课程体系不完善，相互衔接的课程只有个别课程开展了双语教学，这使得开展双语教学的课程与先修课程之间衔接不紧密。另外，同一门课程只在部分教学班开展双语教学，这使得同一门课程的考核标准无法完全统一，进而影响学生评奖和保研的公平性。课程所采用的考核方式主要以笔试为主，双语教学承担的一个重要任务是提高学生阅读和理解专业文献的能力及交流学术问题的能力，而以闭卷考试为主的考核方式无法全面考核这种能力。（三）学生英语水平参差不齐除了教师要具有较高的英语水平外，决定双语教学能否顺利进行的一个主要因素是学生的英语水平。由于各生源地高中教育水平不同，导致大学生英语水平存在明显差异。基础教育发达地区生源的学生英语水平普遍较高，而偏远落后等基础教育欠发达地区生源的学生英语水平则普遍较低。同时，一些学生的阅读和写作水平较高，但听说能力较低。另外，很多学校没有开设专业外语课程，使得学生对专业词汇的表达方式非常陌生。这些不利因素都给双语教学造成了一定的困难。二、“机械工程控制基础”双语教学模式的探讨与实践（一）以问题为导向和学生为中心的教学模式优化课程架构，将以教师为中心的被动式教学模式转变为以学生为中心的主动式教学模式。根据不同的教学内容特点，选择相应的教学方法。在思考中学习，在解决问题中学习。每堂课开始时，可以先用英文回顾上节课所学内容，然后再用英文讲授基本理论概念。对一些比较抽象和理论性较强的内容，则用汉语详细剖析讲解。之后，再提出常见机电系统中与控制相关的问题，并推荐相关英文文献供学生研读，引导学生根据所学基本理论，深入钻研文献和教材中的相关内容。学生可以根据自己参加的各种科研活动提出需要解决的问题，结合本课程的学习，找到更好的解决方案。这种形式使学生体验到应用本课程所学知识分析和解决工程实际问题成功的喜悦，充分调动了学生学习本课程的兴趣和主动性，实现“要我学”向“我要学”转变，体现以学生为中心的教学理念。（二）优化课程体系与考核方式为取得良好的双语教学效果，仅在一门专业课上开展教学改革是远远不够的。“机械工程控制基础”的先修课程有“高等数学”“积分变换”“理论力学”“电工学”“机械工程测试技术”等，很多先修课的知识点会在“机械工程控制基础”中出现，这些课程如果不开展双语教学，势必会对“机械工程控制基础”双语教学带来困难。因此，有必要进一步优化课程体系，在与“机械工程控制基础”联系紧密的课程中同步开展双语教学。双语教学的主要任务是在学习专业知识的同时强化学生的英语应用能力，特别是在“机械工程控制基础”这种国际共通性较强的专业基础课程的学习中，可以培养学生同时使用母语和外语两种思维方式进行专业知识的学习和思考，以及根据交际对象和工作环境的需要进行两种语言切换的能力［16］。因此，双语教学相比传统的单一汉语教学方式，过程考核显得更为重要。这就要求在双语教学中改革固有的以期末闭卷考试为主的考核方式，强化过程考核，采取过程考核与考评结合的方式，引导学生重视平时学习，弱化期末考试。在每堂课中设定抢答、随堂小练习、讨论等环节，并根据学生的参与度给予相应的奖励积分。每个知识单元都设计了两种练习，一种是较为简单的“Exercises”；另一种为综合性较强，并需要一定的钻研才能完成的“Problems”。同时，还设计了相应的小测验，这些练习和测验全部都使用英文，也要求学生用英文完成这些练习和测验。这些环节帮助学生及时巩固和强化了阶段性学习成果。这些积分和测验成绩都采用加权算法，折算为过程分数。期末考试采用全英文试卷，同样要求学生完全用英文作答。最终课程成绩采用过程分数和期末成绩各占50%的考核方式来评定。（三）高质量双语教材建设教材是制约双语教学“教与学”的重要因素，考虑到中文和英文表达的差异性，既不能直接引进国外全英文教材，又不能简单地将中文教材翻译为英文教材作为双语教材，更不能采用中英对照的双语教材。笔者在新西兰奥克兰大学访学期间，曾担任奥克兰大学工学院“机械工程控制基础”课程的助教，全程参与了“机械工程控制基础”课程的教学工作。回国后，笔者反复研读了奥克兰大学“机械工程控制基础”课程的教材，以及Dorf教授编著的ModernControlSystems等英文教材，结合国内高校“机械工程控制基础”的大纲及机械工程控制领域的最新研究成果，融入课程思政内容，编写了“机械工程控制基础英文讲义”，并在此基础上制作了全英文课件。首先，在各个知识点设置了丰富的示例，这些示例反映了最新的机械系统及其控制的前沿动态，并通过视频的方式呈现给学生，能够拓宽学生的视野，使学生了解最新的学科前沿发展，激发学生学习这门课程的兴趣。其次，用一个实例贯穿教材，由简到繁，逐步深入地设计这个实例的控制系统。在整个教学内容中，都以“数控机床伺服进给系统”为实例。从开环控制到闭环控制，从数学建模、微分方程到传递函数，从稳定性分析、时域动态性能分析到频域分析，将一个学生熟悉的机械系统的完整控制系统逐步展现出来，这有助于学生将教材的各个知识点串联起来，形成完整的机械系统自动控制思维。最后，将课程思政贯穿其中。如在绪论部分，由《论语·学而》中“吾日三省吾身：为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？”引出反馈的概念，引导学生树立目标，并不断检验自己，使行动与目标一致。讲义中融入了大量诸如此类的课程思政元素。只有中外结合，才能编写出符合我国实际情况的双语教材，将双语教学与我国机械学科教学有机结合，实现“机械工程控制基础”课程的高质量教学效果。结语在“机械工程控制基础”这类国际共通性较强的课程中开展双语教学具有更好的适应性。要做好双语教学工作，需要从课程体系和考核方式等方面进行优化，并加强教材和师资力量建设。通过加强过程考核，结合项目式教学方式，充分激发学生在英语环境下学习专业知识的兴趣，督促学生及时