梁春輝

(長(zhǎng)春工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130012)

一、工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景

我國(guó)于2006年啟動(dòng)了工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，此項(xiàng)工作對(duì)構(gòu)建我國(guó)高等工程教育質(zhì)量保障體系、推進(jìn)高等工程教育改革、密切工程教育與工程界的聯(lián)系以及提高工程教育質(zhì)量等方面都發(fā)揮著重要作用。我校電氣與信息工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)今年也積極在開(kāi)展專業(yè)認(rèn)證的相關(guān)工作。

以產(chǎn)出導(dǎo)向?yàn)樵瓌t、以全體學(xué)生為中心、以質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)為根本目的是工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的核心思想。在工程教育專業(yè)認(rèn)證推進(jìn)過(guò)程中，專業(yè)課程體系設(shè)置要求專業(yè)基礎(chǔ)課程能體現(xiàn)數(shù)學(xué)和自然科學(xué)在本專業(yè)的應(yīng)用能力培養(yǎng)，通過(guò)工程實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

二、自動(dòng)控制原理課程特點(diǎn)及我校教學(xué)現(xiàn)狀

《自動(dòng)控制原理》是我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及的專業(yè)理論知識(shí)面廣、理論性強(qiáng)、難度大，先修課程包括高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、電路理論、電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)等，并且相關(guān)課程聯(lián)系緊密且學(xué)科交叉充分。本課程主要闡述以線性定常單輸入單輸出負(fù)反饋控制系統(tǒng)為主的經(jīng)典控制理論及分析方法，主要包括時(shí)域、復(fù)域、頻域內(nèi)的系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能及動(dòng)態(tài)性能分析，并輔以計(jì)算機(jī)輔助分析。目前我校自動(dòng)控制原理課程教學(xué)還是以教為主，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，課堂中多以灌輸式或填鴨式理論教學(xué)為主。另外課程教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工程背景間的內(nèi)在聯(lián)系較弱，無(wú)法滿足現(xiàn)代大學(xué)的工程教育要求。

結(jié)合我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與課程目標(biāo)，根據(jù)自動(dòng)控制原理課程目前教學(xué)現(xiàn)狀及教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題與矛盾，課程組對(duì)該課程進(jìn)行一系列教學(xué)研究與改革，建立能適應(yīng)新形勢(shì)下滿足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)體系，旨在提高自動(dòng)控制原理課程教學(xué)水平，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，研究結(jié)果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還可以在本校工科類其他課程中推廣應(yīng)用。

三、基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革與實(shí)施

結(jié)合我?！芭囵B(yǎng)應(yīng)用型人才”的辦學(xué)定位，從明確教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化課程體系、改進(jìn)教學(xué)方式方法、加強(qiáng)持續(xù)改進(jìn)等方面著手，側(cè)重學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和創(chuàng)新能力，建設(shè)面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)模式。

(一)修訂教學(xué)大綱，明確課程目標(biāo)

課題組成員反復(fù)研討，根據(jù)我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，并充分考慮工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中的基本要求重新修訂課程教學(xué)大綱，明確基于學(xué)生畢業(yè)要求的課程目標(biāo)。通過(guò)對(duì)本課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生具備下列七項(xiàng)能力：

目標(biāo)1：利用自動(dòng)控制的基本知識(shí)和基本理論正確描述電氣工程領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

目標(biāo)2：能夠利用時(shí)域分析法、根軌跡分析法和頻域分析法建立自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并利用數(shù)學(xué)模型分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。

目標(biāo)3：能夠?qū)ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)校正改進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能。

目標(biāo)4：能夠根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求制定實(shí)驗(yàn)方案并選擇相應(yīng)的元器件及匹配參數(shù)來(lái)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

目標(biāo)5：能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案正確搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，安全進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

目標(biāo)6：能夠正確篩選、處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出合理有效的結(jié)論，并提出控制系統(tǒng)的改進(jìn)方案。

目標(biāo)7：能夠利用計(jì)算機(jī)仿真軟件構(gòu)建控制系統(tǒng)仿真模型，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行模擬預(yù)估。

每一個(gè)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)一項(xiàng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，比如課程目標(biāo)2對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求為：能夠針對(duì)電氣電子系統(tǒng)建立合適的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行推導(dǎo)、求解和分析，得出有意義的結(jié)果。這樣就可以將分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、系統(tǒng)評(píng)價(jià)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约坝?jì)算機(jī)仿真技術(shù)等工程教育認(rèn)證要求融入到大綱的每一部分，實(shí)現(xiàn)了課程目標(biāo)對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生畢業(yè)要求的支撐。

(二)整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程體系

根據(jù)大綱分解的課程目標(biāo)，將自動(dòng)控制原理教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新整合，并與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，如表1所示。教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)自動(dòng)控制技術(shù)的共性規(guī)律和基本方法，重視工程應(yīng)用，淡化理論的演繹推導(dǎo)；強(qiáng)調(diào)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思和綜合設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練。

(三)多元化教學(xué)方法，細(xì)化考核標(biāo)準(zhǔn)

教師在授課過(guò)程中，以學(xué)生為中心，采用全方位教學(xué)方法，在保證知識(shí)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性和知識(shí)點(diǎn)布局的全面性基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容分別采用案例教學(xué)法、啟發(fā)式互動(dòng)教學(xué)法、PBL教學(xué)法、項(xiàng)目教學(xué)法、滲透式教學(xué)、傳統(tǒng)多媒體和板書(shū)教學(xué)法等全方位立體化教學(xué)方式方法。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理課程的積極主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)分析工程實(shí)際問(wèn)題。

表1 課程目標(biāo)與主要教學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)表

開(kāi)辟引入多元化教學(xué)方式，理論推導(dǎo)和計(jì)算等教學(xué)內(nèi)容采用多媒體和板書(shū)結(jié)合的教師講解方式，對(duì)于控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)等內(nèi)容采用半封閉式課堂，引入CDIO模式，即學(xué)生分組—分工設(shè)計(jì)—討論—教師總結(jié)。建設(shè)自動(dòng)控制原理課程精品課網(wǎng)站，在網(wǎng)站上給學(xué)生分享電子資源，開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)論壇。建設(shè)網(wǎng)絡(luò)在線課程，開(kāi)展師生及時(shí)互動(dòng)。

課程的考核以考核學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，以檢查學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的掌握情況和應(yīng)用能力為重點(diǎn)內(nèi)容。課題組討論最后成績(jī)包含期末試卷、平時(shí)測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、單元作業(yè)、考勤、課堂討論等多項(xiàng)綜合標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)課程目標(biāo)都有針對(duì)性地采用不同的考核方式。如課程目標(biāo)7，計(jì)算機(jī)仿真只通過(guò)單元作業(yè)的形式進(jìn)行考核，而課程目標(biāo)2則通過(guò)單元作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、期末試卷等多種方式進(jìn)行綜合考核。同時(shí)每項(xiàng)考核標(biāo)準(zhǔn)都有相應(yīng)的評(píng)分細(xì)則，以單元作業(yè)為例，其評(píng)分細(xì)則如表2所示?？己谁h(huán)節(jié)增加討論發(fā)言的平時(shí)成績(jī)的比重，考核學(xué)生的綜合分析能力。對(duì)于期末試卷部分，課題組成員建立一定規(guī)模的試題庫(kù)，并進(jìn)行定期更新。

表2 單元作業(yè)評(píng)分細(xì)則

(四)評(píng)價(jià)課程目標(biāo)達(dá)成度，建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制

課程目標(biāo)是所有課程教學(xué)活動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)，教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度則是評(píng)價(jià)課程教學(xué)質(zhì)量、為教師提供反饋信息的手段。教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度是指教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)考核標(biāo)準(zhǔn)后，在教學(xué)實(shí)施中所能達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)的程度。

1)課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算

根據(jù)本課程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)包括課程分目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)和課程總目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)兩部分，計(jì)算方法如下。

課程分目標(biāo)達(dá)成度=

課程總目標(biāo)達(dá)成度=

根據(jù)自動(dòng)控制原理課程目標(biāo)的劃分方法，需要計(jì)算7個(gè)分目標(biāo)達(dá)成度和一個(gè)總目標(biāo)達(dá)成度。以課程目標(biāo)2為例，由平時(shí)測(cè)驗(yàn)、單元作業(yè)、期末試卷三部分成績(jī)共同支撐該項(xiàng)目標(biāo)。平時(shí)測(cè)驗(yàn)和單元作業(yè)對(duì)應(yīng)目標(biāo)2的總得分為A2，期末試卷對(duì)應(yīng)目標(biāo)1的得分為B2，則目標(biāo)2的達(dá)成度計(jì)算方法見(jiàn)表3：

表3 課程目標(biāo)2的達(dá)成度計(jì)算方法

課程評(píng)價(jià)周期為每一年評(píng)價(jià)一次，設(shè)置達(dá)成度目標(biāo)值為0.70，采用成績(jī)分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果用于持續(xù)改進(jìn)。

2)建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制

根據(jù)本學(xué)期自動(dòng)控制原理課程達(dá)成度進(jìn)行分析，成立課程持續(xù)改進(jìn)組，由課程負(fù)責(zé)人組織執(zhí)行并監(jiān)督持續(xù)改進(jìn)過(guò)程，制定持續(xù)改進(jìn)措施。

平時(shí)成績(jī)持續(xù)改進(jìn)機(jī)制：根據(jù)每屆學(xué)生學(xué)習(xí)情況，課程組教師每4周匯總統(tǒng)計(jì)學(xué)生平時(shí)成績(jī)考核的各項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整，并做好相應(yīng)的記錄。期末考試考核機(jī)制：對(duì)期末考試試卷進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)各部分試題得分情況，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果用于整體分析研究該門課程，將在下一屆學(xué)生中進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

3)本課程持續(xù)改進(jìn)措施

根據(jù)前面提出的方法計(jì)算的各目標(biāo)達(dá)成度和總目標(biāo)達(dá)成度，分析在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生對(duì)本門課程的掌握情況，有針對(duì)性地提出持續(xù)改進(jìn)措施。通過(guò)計(jì)算我校電氣工程及其自動(dòng)化15級(jí)自動(dòng)控制原理課程的達(dá)成度，課程目標(biāo)2的達(dá)成度為0.66沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)值，而總達(dá)成度和其他目標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度都滿足目標(biāo)值，說(shuō)明學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制原理課程整體的掌握水平達(dá)到了預(yù)期要求，較好地掌握了基本概念和基礎(chǔ)理論，能夠正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，能夠正確應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能預(yù)估。

針對(duì)課程目標(biāo)2提出相應(yīng)的持續(xù)改進(jìn)措施。這一部分主要考查學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的建模和分析能力，理論性強(qiáng)，在下一輪授課過(guò)程中側(cè)重強(qiáng)化這一部分內(nèi)容的講解，加強(qiáng)課堂例題和課后習(xí)題的練習(xí)。增加答疑和課后輔導(dǎo)，增加對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的研討，成立學(xué)習(xí)小組并與學(xué)生單獨(dú)交流等。

四、結(jié)論

以我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，秉持“以學(xué)生為本”的基本理念，開(kāi)展自動(dòng)控制原理專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革和研究。首先基于學(xué)生畢業(yè)要求明確課程目標(biāo)，整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程體系。通過(guò)采用多元化教學(xué)方法、細(xì)化考核環(huán)節(jié)以及加強(qiáng)持續(xù)改進(jìn)等措施，突出本課程的工程意義。實(shí)踐證明提高了教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。