譚樹彬 關守平 常玉清 徐林

[摘 要]課程設計是高校工科專業(yè)必要的教學環(huán)節(jié)。為改進運動控制系統(tǒng)課程設計的成績評定方法，該研究將班級學生分成若干小組，將過程考核和內容答辯相結合，將教師考核和學生互評相結合，綜合評定每個學生的小組整體成績，以貢獻率等差異化權值計算學生個人成績，最后加上個人的實驗平時表現(xiàn)成績，即可得到學生的最后等效成績。該成績評定方法將課程考核和課程設計整個過程緊密結合，評分標準統(tǒng)一，評定模塊固定，操作過程規(guī)范，有借鑒和推廣價值。

[關鍵詞]課程設計;成績評定;運動控制系統(tǒng)

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）02-0189-03

課程設計是大學某一課程的綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，是完成教學計劃、達到本科學生培養(yǎng)目標的重要環(huán)節(jié)，是教學計劃中進行綜合訓練的重要實踐環(huán)節(jié)，是有助于培養(yǎng)應用型人才的一種教學形式，它使學生在綜合運用所學知識解決本專業(yè)方向的實際問題方面得到系統(tǒng)性的訓練。

運動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)主干課，是培養(yǎng)自動化專業(yè)學生理論聯(lián)系實際能力的關鍵課程。課程要求我們綜合利用“自動控制原理”“電力電子技術”“電機原理及拖動”“計算機控制系統(tǒng)”等前期課程的基礎知識，將自動控制系統(tǒng)等專業(yè)基礎課程知識應用到傳動系統(tǒng)中，并對此進行分析。課程旨在培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，掌握運動控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法，這就要求學生在了解運動控制系統(tǒng)的相關知識的基礎上，增強系統(tǒng)設計能力、參數(shù)調節(jié)能力和動手能力。東北大學自動化專業(yè)運動控制系統(tǒng)課程設計，目的是使學生掌握以調速系統(tǒng)為代表的自動控制系統(tǒng)的組成和工作原理以及基本概念和分析方法，并具備構造、調試和工程設計自動控制系統(tǒng)的能力;了解以轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)為代表的多環(huán)系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性分析方法及工作原理;掌握基于二、三階典型系統(tǒng)的工程設計方法。運動控制系統(tǒng)課程設計為學生提供了近距離接觸實驗設備、親自設計系統(tǒng)結構，調整系統(tǒng)參數(shù)的機會。讓學生通過這一課程的學習，能夠對自動系統(tǒng)的組成有更深一步的了解，并將所學到的各門理論知識綜合利用并與實踐緊密結合，掌握系統(tǒng)設計的方法、步驟，培養(yǎng)創(chuàng)新能力、對系統(tǒng)的單元及整體調制的能力以及獨立排除故障的能力;讓學生掌握系統(tǒng)參數(shù)的測定方法，提高數(shù)據(jù)測量及總結報告的能力，對學生更好理解掌握自動控制系統(tǒng)及相關課程很有裨益。運動控制系統(tǒng)課程設計的整個教學過程包括基礎知識、動手能力、仿真分析、實驗報告等環(huán)節(jié)。針對課程設計的成績評定，無法僅僅憑一份課程設計報告就能客觀地評定學生的理論掌握能力和實踐動手能力。因此，我們必須轉變觀念，大膽探索，努力建構適應課程設計課程的教學特點和內在規(guī)律的成績評定體系。

一、課程設計成績構成

經過多年的實踐，加上綜合考慮任課教師的經驗和體會以及征求部分學生的意見后，筆者對課程設計成績采用百分制評定法，明確這個成績由實驗平時表現(xiàn)成績、實驗成績、課程設計報告成績3部分構成。其具體分值構成如下文所述。（1）實驗平時表現(xiàn)成績占5%（5分）。分為實驗出勤和實驗表現(xiàn)2部分，其中，缺勤1次扣1分，缺勤3次或3次以上的實驗平時表現(xiàn)成績記零分;實驗表現(xiàn)主要為實驗過程中的上課紀律、操作規(guī)程遵守情況等，如違規(guī)1次扣1分。（2）實驗成績占40%（40分）?？紤]到課程設計具有研究性，題目設置無法保證每個學生都能夠完成全部內容，因此課程設計實驗部分根據(jù)課程設計題目分解為4個子任務，每個子任務10分，共計40分。（3）課程設計報告成績占55%（55分）。其中，課程設計報告質量占10%（10分），包括課程設計報告的形式排版、標題設置、序號排列等版式方面的評價;課程設計答辯占45%（45分），包括實驗內容的路演匯報和視頻演示，簡要講述實驗過程及成果，考量學生的歸納和答辯能力（考查點主要分為控制對象建模、控制效果及分析、仿真系統(tǒng)HMI畫面設計等）。

如上所述，課程設計成績構成如表1所示。

二、實驗成績評定

根據(jù)運動控制系統(tǒng)課程設計實驗任務，筆者一般將綜合課程設計的內容分解為4個相對獨立的子任務，由易到難，循序漸進，然后綜合調試，完成綜合控制系統(tǒng)課程設計。自動化專業(yè)9個班通常同時進行，2個班級在1個實驗室，60人左右。由于實驗設備有限，不可能每人1套，再加上運動控制系統(tǒng)課程設計任務重、內容多，因此筆者一般以小組形式完成課程設計。這樣的課程設計不僅可以培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，而且可以培養(yǎng)學生的團隊合作精神。課程設計開始時，筆者會根據(jù)學生上學期成績分布情況，將5～6個學生分為1個小組，每個小組推選1名組長，負責組織完成課程設計任務并提交。每個課程設計的子任務需要小組成員分工完成。每個子任務的成績代表整個小組的水平，根據(jù)其完成質量不同分為6分、8分和10分3個檔次，用于組間區(qū)別。在完成子任務的過程中，小組內部確定其成員在完成每個子任務中的實際貢獻率大小，以此體現(xiàn)組內成員的區(qū)別。

根據(jù)實驗需要，筆者一般設計15個小題目作為實驗子任務，供學生選擇?，F(xiàn)簡單列舉以下5個例子。

1.現(xiàn)有1臺小型電風扇，由直流電動機傳動，要求設計1套自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：（1）風扇風量大小可以調節(jié);（2）風扇工作方式有風量大、小2種選擇;（3）風扇可以隨時打開、關閉;（4）風扇工作時可以每隔0.2分鐘自動換向。

2.現(xiàn)有1個小型輸出系統(tǒng)，由1臺直流電動機帶動1個閥門，要求設計1套自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：（1）工作方式分為手動和自動2種方式;（2）自動控制方式，閥門定時打開、關閉、停止，每0.5分鐘開1次，打開1分鐘后自動關閉，0.5分鐘后再打開，如此往復;（3）手動控制方式，可以隨時進行手動操作打開、關閉或停止。

3.要求設計1套直流自動控制動態(tài)測試系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有以下功能：（1）可以實現(xiàn)單閉環(huán)調速;（2）測試階躍速度響應;（3）測試斜坡輸入的速度響應。

4.要求設計1套直流自動控制動態(tài)測試系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有以下功能：（1）可以實現(xiàn)開環(huán)系統(tǒng)設計;（2）測試速度和電流響應;（3）測試速度環(huán)參數(shù)功能;（4）測試電流環(huán)參數(shù)功能。

5.要求利用2套直流自動控制系統(tǒng)設計1套隨動自動控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有以下功能：（1）第一臺直流電動機以任意速度啟動后，第二臺直流電動機隨機以同樣的速度旋轉;（2）至少提出2種實現(xiàn)方法。

比如以3947小組（組名為組長學號后4位數(shù)）為例，其每個成員的實驗貢獻率如表2所示。

根據(jù)每個小組不同階段子任務完成質量的不同，分別給予6分、8分或10分，4個子任務滿分共計40分。每個子任務的中值分數(shù)為8分，每組貢獻率區(qū)間越大則高低分越明顯。如果貢獻率相等則為中值分數(shù)，體現(xiàn)出鼓勵組內分工不同、貢獻不同則其分數(shù)也有差別。也就是說，每個成員的平均成績由其小組完成的子任務質量決定，但每個成員在每次作業(yè)上拿到的分數(shù)與其在小組中的貢獻大小有關系。其具體計算如式（1）所示。

分數(shù)=（設定最高分+設定最低分）/2+[（設定最高分-設定最低分）/2]/（組內最大貢獻率-組內最小貢獻率）×（個人貢獻率-小組平均貢獻率）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

同樣以3947組為例，經過換算的等效成績如表3所示。

以中值分數(shù)為均值，等效分數(shù)近似服從正態(tài)分布，組內成員體現(xiàn)出貢獻不同則其分數(shù)也不同;組間由于設定最高分檔次不同，也體現(xiàn)出小組之間的任務質量差別，即分數(shù)差別。

三、課程設計報告成績評定

運動控制系統(tǒng)課程設計報告至少包括以下幾部分內容：概述、課程設計任務及要求（包括設計任務和設計要求）;理論設計（包括方案論證、系統(tǒng)設計、結構框圖及說明、系統(tǒng)原理圖及工作原理、單元電路設計、單元電路工作原理、元件參數(shù)選擇等）;仿真系統(tǒng)設計與開發(fā)（包括軟件設計、編寫過程、仿真效果等）;實驗編程與調試（包括調試過程、故障分析等）;結論、體會和建議。如前所述，課程設計報告成績占整個課程設計成績的55%，為55分，其中，課程設計報告質量由任課教師根據(jù)學生上交的課程設計報告進行評分，滿分為10分;答辯環(huán)節(jié)由2部分組成，學生代表打分占30分（打分滿分為30分，最低分為18分），任課教師打分占15分。筆者以2019年授課的某2個班級為例來論述這個問題。這2個班共分為12個小組，每個小組選出1名代表給其他小組的答辯成績進行打分，不用給自己小組打分，11個學生打分成績加和除以打分人數(shù)11，計入每組學生評分。

以筆者2019年授課的某2個班級為例，12個小組最后的等效答辯成績構成如表4所示。

分組答辯以整體實力體現(xiàn)，因此每個小組答辯的最后成績?yōu)樾〗M整體成績。每個小組成員在課程設計報告撰寫和答辯環(huán)節(jié)的貢獻不同，故采用小組中每個人拿出10分，然后按照其貢獻大小進行二次分配，小組成員基礎答辯分數(shù)為原答辯成績減去10分的分值，最后每個成員的答辯分數(shù)為基礎答辯分數(shù)與二次分配分數(shù)之和。答辯總體分數(shù)以每組綜合實力認定，每個小組內分數(shù)差異化則根據(jù)每人的貢獻來確定。其計算辦法如式（2）所示。

個人等效答辯成績=（小組等效答辯成績-10分）+10分/人×小組人數(shù)×個人貢獻率? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

四、學生最終成績評定

根據(jù)實驗平時表現(xiàn)成績、子任務成績和個人等效答辯成績，就可以計算出每個學生的最終成績。以3947組為例，每個成員的最終成績構成如表5所示。

五、結論

運動控制系統(tǒng)課程設計作為自動專業(yè)必不可少的實踐環(huán)節(jié)，對引導學生掌握理論知識、提高動手能力、培養(yǎng)工匠精神都有極其重要的作用。通過將課程設計報告考核與課程設計整個過程進行緊密結合，建立基于過程考核、內容答辯以及實驗表現(xiàn)的創(chuàng)新考核方式，有助于發(fā)揮課程考核所具有的正確導向功能。經過2年的教學實踐，筆者在自動化專業(yè)開設的運動控制系統(tǒng)課程設計成績評定中使用這個方法，任課教師評分標準統(tǒng)一，評定模塊固定，操作過程規(guī)范，計算結果自動生成，減少了不同班級之間由于任課教師的不同而產生的成績差異。經過調查，絕大部分學生認為這個方法公平合理、客觀科學，這在一定程度上說明這個課程成績評定方法科學可行，值得借鑒和推廣。

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[收稿時間]2020-08-09

[基金項目]2020年東北大學PBL教學方法研究與應用項目“新工科背景下基于PBL&OBE 的交互式教育模式研究”。

[作者簡介]譚樹彬（1974—），男，河南人，博士，副教授，研究方向：復雜工業(yè)過程建模、控制與優(yōu)化，故障診斷與智能運維。

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