楊光儀　李然　于樂　周永勤

摘? 要：工程教育專業(yè)認(rèn)證的主要理念，是以全體學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向的教育模式。文章以哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院開設(shè)《自動(dòng)控制原理》課程為例，提出了明確課程目標(biāo)、整合教學(xué)內(nèi)容、多元化教學(xué)方法、細(xì)化考核環(huán)節(jié)、加強(qiáng)持續(xù)改進(jìn)等措施，更好地啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，從而改善教學(xué)效果。

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2019）15-0113-03

Abstract： The main concept of engineering education professional certification is a result-oriented education mode centered on all students. This paper takes the course of "Automatic Control Principles" from the School of Electrical and Electronic Engineering of Harbin University of Science and Technology as an example， and proposes measures to clarify the objectives of the course， integrate teaching content， diversify teaching methods， concrete the assessment， and strengthen continuous improvement. Better inspire students' thinking， cultivate students' innovative ability and engineering practice ability， thus improving teaching effect.

Keywords： engineering education; automatic control; professional certification; teaching reform

中國的高等教育發(fā)展已有近百年的歷史，工程教育體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)較為完備，學(xué)科門類也相對(duì)全面。工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的開展，對(duì)我國的工程教育質(zhì)量的提升具有非比尋常的意義。在培養(yǎng)創(chuàng)新、實(shí)用型人才的中國教育大環(huán)境下，具有認(rèn)證資質(zhì)的高校工科畢業(yè)生，在赴海外就業(yè)與深造時(shí)會(huì)享受與其他成員國學(xué)生平等的待遇，對(duì)我國高教改革與高素質(zhì)人才的培養(yǎng)具有相當(dāng)重要的作用[1]。在我國的一部分高校中，工程教育專業(yè)認(rèn)證已經(jīng)被當(dāng)做本科教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)[2，3]。哈爾濱理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證工作于2018年向前推進(jìn)了一大步。 本專業(yè)所開設(shè)的《自動(dòng)控制原理》課程具有知識(shí)容量多，理論極具抽象性的特點(diǎn)，課程自身要求體現(xiàn)數(shù)學(xué)以及自然科學(xué)在電氣工程專業(yè)中的應(yīng)用能力培養(yǎng)。因此，如何符合我國工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，通過何種方式提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力等，是本課程教學(xué)過程中需要研究與思考的重點(diǎn)[4]。

一、本專業(yè)自動(dòng)控制原理課程特點(diǎn)及教學(xué)情況

《自動(dòng)控制原理》是我校電氣學(xué)院所有學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，需要高等數(shù)學(xué)、電路、模擬電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)等課程作為前期基礎(chǔ)，且上述各門課程聯(lián)系緊密同時(shí)涉及到多學(xué)科交叉。教學(xué)中包括了大量的理論推導(dǎo)過程，主要以經(jīng)典控制理論為主，講解了線性定常系統(tǒng)單輸入單輸出情況下的負(fù)反饋控制的理論及分析方法，包括了時(shí)域，復(fù)域和頻域內(nèi)的動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能及穩(wěn)定性的分析，并以計(jì)算機(jī)軟件，如MATLAB等，進(jìn)行輔助分析。目前本校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的自動(dòng)控制原理課程主要存在以下幾個(gè)問題：

（一）教學(xué)大綱內(nèi)容老化，與實(shí)際聯(lián)系較少

目前自動(dòng)控制原理課程的教材內(nèi)容主要以經(jīng)典控制理論、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論和MATLAB在控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和仿真中的應(yīng)用等為學(xué)習(xí)主線。經(jīng)典控制理論是以往教材中的重點(diǎn)，而近幾年的教材當(dāng)中[5]， 現(xiàn)代控制理論因其對(duì)數(shù)學(xué)模型要求的一般性，其所占的比重越來越大。本課程的教學(xué)大綱中，對(duì)于頻率特性法中關(guān)于PID控制器的內(nèi)容、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論以及基于MATLAB的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與仿真內(nèi)容涉及很少。另外，對(duì)于目前與本專業(yè)非常相關(guān)的電力、新能源領(lǐng)域，如電力電子裝置中控制問題、風(fēng)光發(fā)電及儲(chǔ)能的控制系統(tǒng)，新能源汽車整車與汽車電子控制系統(tǒng)等，均沒有相應(yīng)的介紹。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，很多先進(jìn)的控制理論已經(jīng)成功的應(yīng)用于工業(yè)制造過程中[6，7]，而課程中對(duì)于控制系統(tǒng)在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用也幾乎沒有詳細(xì)的講解。當(dāng)前的大綱內(nèi)容無法反映自動(dòng)控制行業(yè)最新的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)、新成就、新經(jīng)驗(yàn)、新問題。這從一定程度上阻礙了學(xué)生對(duì)于教學(xué)內(nèi)容更好地理解，對(duì)于學(xué)生提高實(shí)踐能力形成了障礙。因此，以成果為導(dǎo)向的教學(xué)大綱改革勢在必行。

（二）教學(xué)手段匱乏、課堂效果較差

自動(dòng)控制原理課程需要的前修基礎(chǔ)課程較多，課程新概念多、涉及知識(shí)面廣，教學(xué)內(nèi)容中還包含大量的公式推導(dǎo)，響應(yīng)波形分析等，即便使用多媒體教學(xué)，也會(huì)使教師教學(xué)難度增大，降低學(xué)生聽課效果。學(xué)生在聽課的時(shí)候?qū)⒋蟛糠謺r(shí)間用于記筆記，并以最終成績?yōu)槟繕?biāo)，與老師交流、討論的機(jī)會(huì)較少，限制了其自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。教師講課時(shí)也都把完成教學(xué)任務(wù)作為目標(biāo)，重點(diǎn)不是很突出，教學(xué)過程相對(duì)單一。這種教學(xué)方法無法體現(xiàn)以學(xué)生為中心的工程教育專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)指導(dǎo)思想。尤其基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生更難以跟上教學(xué)節(jié)奏，課堂也成為了“填鴨式”的灌輸知識(shí)、復(fù)制知識(shí)的過程，使其失去對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣。很顯然，目前的教學(xué)方法和教學(xué)效果只能勉強(qiáng)滿足現(xiàn)代大學(xué)的工程教育要求。課程小組需要對(duì)該課程提出改進(jìn)措施，構(gòu)建新形勢下符合工程教育專業(yè)認(rèn)證要求的自動(dòng)控制原理教育體系，重點(diǎn)對(duì)當(dāng)前的教學(xué)模式和考核方法進(jìn)行革新，加強(qiáng)與工程及實(shí)踐的聯(lián)系，把學(xué)生由“被動(dòng)接受”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)學(xué)習(xí)”，旨在到預(yù)期的教學(xué)水平。

（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較少

自動(dòng)控制原理課中的實(shí)踐環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)本門課程知識(shí)的重要環(huán)節(jié)，是將理論與實(shí)際聯(lián)系，消化并理解教學(xué)內(nèi)容的重要手段，也是對(duì)課堂教學(xué)的一種延伸。當(dāng)前，自動(dòng)控制原理課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)投入不足， 實(shí)驗(yàn)設(shè)備以自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)箱為主，設(shè)備型號(hào)陳舊且不能保證人手一臺(tái)，實(shí)驗(yàn)得出的控制精度也很難達(dá)到課程要求，且僅涉及經(jīng)典控制理論部分，無法支撐日后的教學(xué)大綱改革需求。由于自動(dòng)控制原理在工業(yè)應(yīng)用場合必須結(jié)合控制對(duì)象的輸出響應(yīng)進(jìn)行分析[8]，而自動(dòng)控制原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證性和演示性的實(shí)驗(yàn)居多，學(xué)生根據(jù)自己興趣選擇實(shí)驗(yàn)對(duì)象來設(shè)計(jì)控制器，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行控制器參數(shù)調(diào)節(jié)的機(jī)會(huì)并不多。最終導(dǎo)致了學(xué)生只能通過指導(dǎo)書的內(nèi)容進(jìn)行單一的實(shí)驗(yàn)，而操作能力、創(chuàng)新能力得不到鍛煉，難以調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性。因此教學(xué)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)亟待改革與創(chuàng)新。

二、工程認(rèn)證背景下的《自動(dòng)控制原理》教學(xué)改革

隨著認(rèn)證工作的全面展開，面向工程教育的新一輪的專業(yè)與課程改革也在不斷強(qiáng)化和加深。下面從確定課程教學(xué)能力要求、優(yōu)化課程體系、改進(jìn)授課方法、加強(qiáng)持續(xù)改進(jìn)等方面入手，闡述如何在專業(yè)認(rèn)證背景下，關(guān)注學(xué)生的應(yīng)用與創(chuàng)新能力，構(gòu)建針對(duì)工程教育專業(yè)認(rèn)證的自動(dòng)控制原理教學(xué)方式，目的是改革現(xiàn)有的工程人才培養(yǎng)方式。

（一）確定課程教學(xué)能力要求，完成教學(xué)大綱的修訂

工程專業(yè)教育認(rèn)證的重點(diǎn)是以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向所進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)[9]。在明確課程中要具體培養(yǎng)的能力的前提下，解決傳統(tǒng)教學(xué)中只注重傳授專業(yè)知識(shí)的問題。在課堂教學(xué)上，通過加入分組討論、觀點(diǎn)辯論以及翻轉(zhuǎn)等方式[10]，培養(yǎng)學(xué)生的溝通與協(xié)作等能力。教師應(yīng)該在備課時(shí)進(jìn)行充分的調(diào)研和思考，通過本門課的教學(xué)環(huán)節(jié)，主要培養(yǎng)社會(huì)需求學(xué)生的哪些基本綜合素質(zhì)。課堂的教學(xué)內(nèi)容要緊密服從社會(huì)需求，以培養(yǎng)學(xué)生的能力為引導(dǎo)，以工程認(rèn)證的培養(yǎng)目標(biāo)為方向，以社會(huì)和業(yè)界的需求為目標(biāo)。唯有貫徹執(zhí)行能力、目標(biāo)和需求的導(dǎo)向，將學(xué)生視為中心點(diǎn)，才能從根本上培養(yǎng)出實(shí)踐能力強(qiáng)、適應(yīng)社會(huì)需要的合格的畢業(yè)生。建議針對(duì)專業(yè)性較強(qiáng)的課程，可在學(xué)校財(cái)政能力允許的情況下，聘請(qǐng)企業(yè)技術(shù)人員參與部分教學(xué)活動(dòng)，包括技術(shù)報(bào)告以及人文素養(yǎng)講座等。

課程組教師開會(huì)研討，依據(jù)我校電氣專業(yè)最新的培養(yǎng)方案，緊密結(jié)合工程教育認(rèn)證的基本要求對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行修訂，確定了滿足畢業(yè)要求的課程目標(biāo)。學(xué)生通過課上理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作后應(yīng)掌握如下技能：（1）能夠應(yīng)用自控原理的基礎(chǔ)理論對(duì)電氣工程領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行正確的描述;（2）對(duì)自控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模后，能夠利用時(shí)域分析法、根軌跡分析法和頻域分析法，通過對(duì)模型的分析判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能;（3）能夠利用性能指標(biāo)來評(píng)價(jià)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能，并通過補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)改善系統(tǒng)性能;（4）能夠設(shè)計(jì)符合系統(tǒng)性能指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)方案并搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);（5）能夠通過安全的實(shí)驗(yàn)過程獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);（6）能夠正確的分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出實(shí)驗(yàn)結(jié)論并提出改進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法;（7）能夠借助計(jì)算機(jī)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)行預(yù)判。

每個(gè)課程目標(biāo)都有特定的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)與之相對(duì)應(yīng)，如課程目標(biāo)2對(duì)應(yīng)“能夠針對(duì)電力電子系統(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”這一畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)。如此一來就可以將分析、解決問題、對(duì)于系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的設(shè)計(jì)、仿真技術(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰θ谌氲浇虒W(xué)大綱的各個(gè)部分，從而實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)對(duì)于畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐。

（二）優(yōu)化課程體系，整合教學(xué)內(nèi)容

課堂教學(xué)改革需要結(jié)合專業(yè)認(rèn)證中畢業(yè)要求的復(fù)雜工程問題進(jìn)行能力的綜合培養(yǎng)。在專業(yè)認(rèn)證所給出的畢業(yè)要求中，解決復(fù)雜的工程問題是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，更是工程教育認(rèn)證在本科教育中的突出特點(diǎn)。復(fù)雜的工程問題本身就交叉學(xué)科和社會(huì)綜合知識(shí)，包含分析、計(jì)算、合作、溝通、交流、文化等多個(gè)能力的綜合培養(yǎng)。上述知識(shí)要求我們?cè)谡n堂教學(xué)中，盡量采用案例教學(xué)和小組合作的競爭方式，并盡量接近實(shí)際工程的情況，以全面的鍛煉本科生的能力。

依照前面所述的大綱分解出的課程目標(biāo)，重新整合自動(dòng)控制原理的教學(xué)內(nèi)容，使其與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。如，目標(biāo)（1）對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)的基本概念、基本原理、控制方式、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類、自動(dòng)控制系統(tǒng)基本要求;目標(biāo)（2）對(duì)應(yīng)系統(tǒng)微分方程的建立與求解;傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì);系統(tǒng)方框圖的等效變換與簡化;系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和問題性能指標(biāo)計(jì)算;系統(tǒng)穩(wěn)定性分析;利用根軌跡分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能;系統(tǒng)頻率特性，奈氏曲線、伯德圖的繪制;目標(biāo)（3）（4）對(duì)應(yīng)常用的校正裝置及其特性; 基本校正方法; 系統(tǒng)性能改善的方法;目標(biāo)（5）（6）對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;目標(biāo)（7）對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)仿真軟件在控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用。

（三）多元化教學(xué)方法，完善考核標(biāo)準(zhǔn)

課堂教學(xué)環(huán)節(jié)要體現(xiàn)出以學(xué)生為中心的能力的綜合培養(yǎng)。課堂教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)眼于提升課堂的教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)該從教師一味的講解，學(xué)生被動(dòng)的接受，逐步向著師生都作為課堂主體，以交流互動(dòng)為主的課堂氛圍進(jìn)行轉(zhuǎn)變。通過設(shè)定活潑輕松的教學(xué)方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生聽課的積極性，使學(xué)生學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)，懂得思考并學(xué)會(huì)在實(shí)踐當(dāng)中不斷的學(xué)習(xí)和提升自己。只有這樣，學(xué)生的能力才能可以得到培養(yǎng)和提高，才能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造力。授課教師應(yīng)該更注重專業(yè)知識(shí)的傳授，向更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)和思辨能力的方向進(jìn)行培養(yǎng)。授課的內(nèi)容從基于課本的教學(xué)向基于工程案例的教學(xué)方向發(fā)展。建議我校教師的授課課堂從以固定班級(jí)為主的學(xué)生群體，向著針對(duì)所有想學(xué)習(xí)該門課程的學(xué)生的開放課堂進(jìn)行轉(zhuǎn)變。這樣一來，學(xué)生可以自主選擇自己喜歡的老師，更能激發(fā)學(xué)生融入課堂教學(xué)活動(dòng)的積極性。

將學(xué)生能力的培養(yǎng)作為課程考核的主要目標(biāo)，將學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況及應(yīng)用能力的檢查作為方向。課程組研討得出，最終成績包括期末成績、隨堂測驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、課后作業(yè)、出勤情況、課上提問等多項(xiàng)綜合標(biāo)準(zhǔn)，有針對(duì)性的采用不同的考核方式。如目標(biāo)（7）和（2）對(duì)比，目標(biāo)（7）中計(jì)算機(jī)仿真只通過課后作業(yè)的形式進(jìn)行考查，而目標(biāo)（2）則通過課后作業(yè)、隨堂測驗(yàn)、期末成績等多種方式進(jìn)行考查，同時(shí)制定了相應(yīng)的評(píng)分細(xì)則，考增加了課上提問的成績比重，考查學(xué)生的總結(jié)歸納與分析能力。對(duì)于期末成績部分，課程組應(yīng)在保密的原則下建立題庫，討論新的期末試卷提醒以及出題方式，并逐年對(duì)題庫進(jìn)行更新。

（四）計(jì)算課程目標(biāo)達(dá)成度，建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制

工程教育專業(yè)認(rèn)證中的課程目標(biāo)是課上教學(xué)活動(dòng)的基本點(diǎn)，課程目標(biāo)達(dá)成度則是對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)，可以視為教師獲取教學(xué)質(zhì)量反饋信息的一種重要手段。課程目標(biāo)達(dá)成度具體是指教師根據(jù)教學(xué)的內(nèi)容涉及考核標(biāo)準(zhǔn)后，在教學(xué)環(huán)節(jié)中所得到的教學(xué)目標(biāo)占總體目標(biāo)的百分比，也可理解為一種程度。根據(jù)課程特點(diǎn)來設(shè)計(jì)課程目標(biāo)達(dá)成度，其評(píng)價(jià)包含課程分目標(biāo)和總目標(biāo)達(dá)成度這兩種。

分析近三年自動(dòng)控制原理課程目標(biāo)達(dá)成度，建立持續(xù)改進(jìn)課程小組，由課程組負(fù)責(zé)人直接擔(dān)任組長，督促組員的持續(xù)改進(jìn)工作過程，提出持續(xù)改進(jìn)的方案。平時(shí)成績的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制如下：參考近三年各屆學(xué)生學(xué)習(xí)情況，按月統(tǒng)計(jì)學(xué)生平時(shí)成績中的各項(xiàng)考核指標(biāo)，如發(fā)現(xiàn)問題必須及時(shí)作出調(diào)整，并由專人記錄問題。期末成績考核機(jī)制：具體化分析期末考試試卷，分塊統(tǒng)計(jì)得分情況，并將最終的統(tǒng)計(jì)結(jié)果用于本課程的成績分析中，也可以用于下一輪次課程的持續(xù)改進(jìn)當(dāng)中。

結(jié)合前面計(jì)算的目標(biāo)達(dá)成度及總達(dá)成度，通過分析和研究學(xué)生對(duì)于該課程的學(xué)習(xí)情況，具體的提出持續(xù)改進(jìn)意見。如果某項(xiàng)目標(biāo)達(dá)成度沒有達(dá)到預(yù)期，而總達(dá)成度及其他指標(biāo)點(diǎn)都達(dá)到理想值，足以說明學(xué)生的整體掌握情況已經(jīng)達(dá)到了專業(yè)認(rèn)證的要求，較好地掌握了基本的概念和理論，并能夠正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操縱，同時(shí)還可以正確使用仿真軟件對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)研。

最后有必要對(duì)其中沒有達(dá)到目標(biāo)的項(xiàng)目提出持續(xù)改進(jìn)措施，在下一輪次的教學(xué)環(huán)節(jié)中重點(diǎn)增強(qiáng)這一部分內(nèi)容的講授，由淺入深的增加課上的例題和課后作業(yè)。安排附加的課時(shí)進(jìn)行答疑、輔導(dǎo)，增加互動(dòng)討論環(huán)節(jié)，組織學(xué)生成立學(xué)習(xí)小組并與理解困難的同學(xué)進(jìn)行一對(duì)一的輔導(dǎo)。

三、結(jié)束語

通過在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)模式改革，促進(jìn)教師對(duì)本門課程的教學(xué)理念，提高本門課的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，更好地啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將“成果為導(dǎo)向、學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念深入到教學(xué)和實(shí)踐中去。以自動(dòng)控制原理發(fā)展的前沿技術(shù)為起點(diǎn)， 以提升學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)為目標(biāo)， 以適應(yīng)新時(shí)期人才培養(yǎng)要求為前提， 秉承以上三個(gè)原則，使自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革向著正確的方向持續(xù)推進(jìn)。

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