顏 森，周紅鍇，李高宇，李崇山，王守峰

（桂林理工大學南寧分校，廣西 崇左 532100）

0 引言

為了推動職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展，提高勞動者技術(shù)技能水平，促進就業(yè)創(chuàng)業(yè)，建設(shè)教育強國和技能型社會，推進社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，2022 年5 月1 日起正式實施《中華人民共和國職業(yè)教育法（修訂草案三次審議稿）》（下稱《職業(yè)教育法》）[1]?！堵殬I(yè)教育法》作為國家層面對職業(yè)教育的頂層設(shè)計，為新時期我國的職業(yè)教育發(fā)展提供了可靠的法治保障，對推動我國技能型社會的建設(shè)具有重大意義，彰顯了中國特色社會主義職業(yè)教育已經(jīng)進入了高質(zhì)量發(fā)展的新階段[2]。2020年9 月，教育部等九部門聯(lián)合印發(fā)《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃（2020-2023 年）》，提出職業(yè)教育“三教”（教師、教材、教法）改革攻堅行動任務(wù)，全面深化“三教”改革，要求樹立新發(fā)展理念，服務(wù)建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系和實現(xiàn)更高質(zhì)量更充分就業(yè)需要，對接科技發(fā)展趨勢和市場需求，為高等職業(yè)院校課程改革確立了基本的邏輯起點[3]?！白詣涌刂圃怼闭n程是高等職業(yè)院校自動化類和機電一體化專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是控制理論與實際工程應(yīng)用緊密結(jié)合的一門經(jīng)典課程，與高質(zhì)量就業(yè)和適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求密切相關(guān)。然而，當前的“自動控制原理”課程內(nèi)容相對陳舊，與企業(yè)需求和未來的工作崗位技能要求匹配度不夠；在課程的教學中普遍存在教學內(nèi)容理論性過強、教學實踐少的問題，不符合“三教”改革背景下的人才培養(yǎng)，因此開展高等職業(yè)院校自動控制原理課程內(nèi)容重構(gòu)的研究勢在必行。

1 OBE 理念對“自動控制原理”課程改革的意義

OBE（Outcome Based Education）以學習成果驅(qū)動整個課程教學體系并進行學習評價的先進教育理念，對于解決上述問題具有重要的指導意義。OBE 教育理念的核心是以學生預期獲得的學習目標和達到畢業(yè)要求為導向，以學生為中心，反向重構(gòu)課程教學內(nèi)容[4]。根據(jù)學生畢業(yè)要求達成度持續(xù)改進教學體系、修正課程培養(yǎng)目標，從而形成閉環(huán)的持續(xù)改進機制，如圖1 所示。在“三教”改革和專業(yè)分級建設(shè)的背景下，基于OBE 的先進理念對于高等職業(yè)院校課程改革和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重大的現(xiàn)實意義。

圖1 OBE 理念模型

國內(nèi)已有較多學者基于OBE 理念對課程改革展開了研究[5-7]，但對“自動控制原理”課程改革研究相對較少。通過分析“自動控制原理”課程的特點、教學現(xiàn)狀以及存在的問題，結(jié)合社會發(fā)展需求，基于OBE 理念對自動控制原理課程進行重構(gòu)研究。首先突出就業(yè)行動導向，明確課程培養(yǎng)目標；然后根據(jù)培養(yǎng)目標重構(gòu)教學理論，將知識點與項目相融合設(shè)計教學內(nèi)容，優(yōu)化教學體系；最后采用自主式、探索式、團隊式相互融合的方法改革實踐教學，并建立以學生為中心，根據(jù)學生畢業(yè)要求達成度持續(xù)改進教學體系、修正培養(yǎng)目標，從而構(gòu)建閉環(huán)持續(xù)改進機制。課程內(nèi)容重構(gòu)深度融合OBE 理念，將提高學生學習積極性、理論與工程實踐融合的能力以及解決復雜工程問題的能力，以促進就業(yè)和適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，實現(xiàn)高質(zhì)量就業(yè)[8]。

2 課程學前分析

2.1 課程的地位與作用

“自動控制原理”課程是高等院校自動化、機電一體化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是建筑電氣與智能化等專業(yè)的必修課，并且是工程類碩士研究生考研專業(yè)課之一。根據(jù)2019-2021 年桂林理工大學南寧分校選課人數(shù)數(shù)據(jù)得出，該課程本科選課人數(shù)呈線性增長，且2021 年增長率為114%，專科選課人數(shù)也呈現(xiàn)增長趨勢。由于機電一體化專業(yè)減少2 個班的招生人數(shù)，但是2020 年與2021 年選課人數(shù)基本一致，說明本課程在專業(yè)課程體系中占有舉足輕重的地位。如圖2 所示。

圖2 本?？七x課人數(shù)

“自動控制原理”對課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計具有重大意義，根據(jù)自動化專業(yè)2022 年畢業(yè)論文選題數(shù)據(jù)得出，與自動控制系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計高達70%，而且跟學院的就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量息息相關(guān)。

2.2 課程存在問題

采用問卷調(diào)查的方法，對目前進行自動控制原理課程授課的2021 級自動化和機電一體化專業(yè)進行調(diào)查分析，問卷調(diào)查向168 人發(fā)放了問卷，有效回復問卷152 份，無效問卷0 份，缺失問卷16 份，有效問卷超過91.0%，問卷有效。本課程是專業(yè)必修課，課程對于初學者來講，屬偏難課程，根據(jù)問卷調(diào)查的情況，采用頻數(shù)分析法，進行調(diào)查分析。

2.2.1 學習興趣不高

自動控制原理課程涉及的理論知識包含多門課程如高等數(shù)學、電機拖動技術(shù)和電力電子技術(shù)等，其控制系統(tǒng)的數(shù)學模型建立和轉(zhuǎn)換理論性很強，具有很強的專業(yè)性，對控制系統(tǒng)進行性能分析內(nèi)容繁雜，容易導致學生對自動控制原理課程的學習興趣不高，超過68%的同學認為該課程難以掌握。如圖3 所示。

圖3 課程難易程度

2.2.2 教學內(nèi)容繁雜脫節(jié)

自動控制原理是多學科知識在控制過程中的綜合運用。本課程主要包含1 個原理：控制系統(tǒng)工作原理；2 大模型：微分方程和傳遞函數(shù)；3 大方法：時域法、頻率響應(yīng)法和根軌跡法；4 個判據(jù)：勞斯判據(jù)，霍爾維茲判據(jù)，Nyquist 判據(jù)和Bode 圖等多方面、多角度的知識，導致教學內(nèi)容較為繁雜。并且該課程課時數(shù)相對較少，導致課程授課內(nèi)容知識點覆蓋范圍較小，與企業(yè)需求和高技術(shù)工作匹配度不夠（圖4），缺乏專業(yè)性強的拔高類課程內(nèi)容和體系，課程建設(shè)不夠完善。

圖4 畢業(yè)生就業(yè)去向

2.2.3 教學內(nèi)容重理論、輕實踐

由于教學條件的限制，以往的自動控制原理課程往往都是采取任課教師統(tǒng)一講解的教學方式，教學活動的主體是教師，導致學生的學習興趣不高，學生對該課程的理解不深，無法將所學知識用于解決實際問題。

3 課程教學內(nèi)容重構(gòu)路徑

3.1 突出就業(yè)行動導向，建立課程培養(yǎng)目標

《職業(yè)教育法》在教育規(guī)劃方面，提出規(guī)定發(fā)展職業(yè)教育應(yīng)當與促進就業(yè)創(chuàng)業(yè)、推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等整體部署、統(tǒng)籌實施，進一步明確職業(yè)教育面向市場、服務(wù)發(fā)展、促進就業(yè)的辦學方向，因此自動控制原理課程作為一門專業(yè)必修課，培養(yǎng)目標應(yīng)綜合考慮人才培養(yǎng)目標和社會需求，體現(xiàn)專業(yè)特色和職業(yè)特征，以突出就業(yè)行動導向為邏輯起點，建立綜合性、多維度、促就業(yè)的課程培養(yǎng)目標。

根據(jù)自動化和機電一體化社會需求和崗位技能要求，要求學生具備根據(jù)實際的控制系統(tǒng)分析和解決問題、參與工程實踐的實際能力，具有良好職業(yè)素養(yǎng)。因此，在教學中應(yīng)建立本課程的課程目標，應(yīng)包含知識目標、能力目標以及素質(zhì)目標三個目標。知識目標主要有根據(jù)實際的控制系統(tǒng)建立數(shù)學模型，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，并能設(shè)計相應(yīng)實驗，形成良好的工程實踐意識。能力目標包括掌握控制系統(tǒng)的控制過程，利用仿真實驗，設(shè)計校正控制器改善控制系統(tǒng)性能，具備設(shè)計開發(fā)復雜工程問題解決方案的能力。素質(zhì)目標含有培養(yǎng)學生勇于面對挑戰(zhàn)的精神，并能夠立足專業(yè)特色、追求卓越，具有科技強國的使命擔當[9-10]。

因此，為更好地達到課程培養(yǎng)目標，以學生為中心，充分考慮不同學生背景差異和就業(yè)崗位技能需求進行因材施教，注重課程理論和實踐相結(jié)合，全面提高學生的知識應(yīng)用能力，依靠課程反饋機制不斷調(diào)整教學內(nèi)容和教學方式，從而實現(xiàn)促就業(yè)高質(zhì)量就業(yè)的目標。

3.2 基于OBE 理念重構(gòu)教學內(nèi)容

3.2.1 優(yōu)化課程內(nèi)容

自動控制原理課程理論性較強，內(nèi)容包括復雜繁多的數(shù)學推導和數(shù)學分析，導致學生學習興趣不高，因此采用任務(wù)驅(qū)動式教學方法提高學生學習的積極性，并用實際的工程項目引導學生學習，并根據(jù)學生和企業(yè)需求對教學重難點進行調(diào)整，使教學內(nèi)容更有利于課程目標的達成。該課程內(nèi)容可以分成建立系統(tǒng)的數(shù)學模型和控制系統(tǒng)性能分析兩大部分：第一部分主要包括系統(tǒng)概述、拉普拉斯變換和系統(tǒng)的數(shù)學模型；第二部分主要包括時域分析法、頻域分析法、根軌跡法、控制器的設(shè)計與實現(xiàn)，通過工程項目、分析系統(tǒng)組成、系統(tǒng)框圖設(shè)計、建立系統(tǒng)數(shù)學模型、系統(tǒng)性能分析、系統(tǒng)校正以及系統(tǒng)實施形成一個有機的知識鏈，對各章節(jié)內(nèi)容進行有機的銜接和融合[11]。

（1）系統(tǒng)概述以水位控制系統(tǒng)為例貼近生活實際，講解其自動控制系統(tǒng)的分類、組成以及系統(tǒng)的作用量和被控量，增加學生的興趣，讓學生更好的達成系統(tǒng)概述知識目標。

（2）拉普拉斯變換以單位階躍函數(shù)變換為例，深入淺出講解拉氏變換的概念以及拉式變換的運算定理，使學生達成理論知識目標。

（3）系統(tǒng)的數(shù)學模型以建立直流電機的微分方程為例，講解系統(tǒng)微分方程的建立步驟，利用拉普拉斯變換轉(zhuǎn)換成傳遞函數(shù)，引出傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)。數(shù)學模型實質(zhì)上是描述系統(tǒng)中的變量及其關(guān)系，而變量間的關(guān)系是各種物理化學定律，通過典型實例使學生掌握常規(guī)的定律和建立控制系統(tǒng)數(shù)學模型的步驟，為后續(xù)的系統(tǒng)性能分析打下堅實的基礎(chǔ)和興趣。

（4）時域分析法以二階控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為例，直接從微分方程或間接從傳遞函數(shù)出發(fā)分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能，引導學生觀察典型環(huán)節(jié)的響應(yīng)輸出曲線，并進行歸納總結(jié)典型控制系統(tǒng)不同輸入信號作用輸出的特性，達成利用時域分析法分析系統(tǒng)性能的技能目標。

（5）頻域分析法以典型環(huán)節(jié)為例，用圖解的方法對控制系統(tǒng)進行分析，重點講解輻角原理，引導學生繪制Nyquist 圖和Bode 圖，使學生掌握利用開環(huán)傳遞函數(shù)的頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能的方法，達成利用頻域分析方法分析系統(tǒng)性能的技能目標[12-13]。

（6）根軌跡法以三階系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)為切入點引導學生明確零點、極點以及閉環(huán)主導極點的對控制系統(tǒng)性能的影響，利用根軌跡分析系統(tǒng)參數(shù)對控制系統(tǒng)性能的影響。

（7）控制器的設(shè)計與實現(xiàn)以PID 控制器設(shè)計為例，當自動控制系統(tǒng)的性能不滿足所要求的性能指標時，首先考慮調(diào)整系統(tǒng)可調(diào)整的參數(shù)能不能改善系統(tǒng)性能，然后需要設(shè)計控制器進行系統(tǒng)校正使之滿足所要求的性能指標。PID 控制器的設(shè)計與實現(xiàn)綜合考察學生對實際控制系統(tǒng)的建模、分析、校正的能力，檢驗是否達成課程目標方法之一。

3.2.2 課程學時的優(yōu)化

學校教學計劃自動控制原理課程共48 學時，其中理論教學為44 學時，實踐教學為4 學時。自動控制原理理論教學中的部分知識，在高等數(shù)學、電子技術(shù)等課程中已經(jīng)講述，而且理論知識比較枯燥乏味，學生的興趣不高，因此，需要對授課內(nèi)容進行必要的重構(gòu)，以實際項目為導向，突出重點、弱化難點，從而實現(xiàn)縮減理論教學學時，增加實踐教學和線上教學學時的目標。具體的改革措施如下：

（1）理論教學改為36 學時，實踐教學為8 學時，線上學習4 學時。建立系統(tǒng)的數(shù)學模型和頻域分析作為課程重點內(nèi)容，采用“項目引導式授課+隨堂測試+翻轉(zhuǎn)課堂”模式開展，注重學生對實際控制系統(tǒng)的數(shù)學模型建立的步驟和變換成傳遞函數(shù)的方法，并根據(jù)數(shù)學模型利用頻域分析法分析控制系統(tǒng)的性能，判斷是否滿足性能指標，與實際工作密切相關(guān)，切實符合崗位技能的需要[14-15]。

（2）為了增加學生的學習積極性、不斷提高學生解決復雜問題的能力，以促進就業(yè)，增加一些實踐教學內(nèi)容，如：二階控制系統(tǒng)的搭建、二階控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)、控制器的設(shè)計與實驗等。

3.3 構(gòu)建閉環(huán)持續(xù)改進機制

以學生預期獲得的學習目標、畢業(yè)要求以及社會需求為導向，反向設(shè)計課程內(nèi)容，在教育過程中以學生為中心，量化教育評價方式，根據(jù)專業(yè)發(fā)展趨勢和學生畢業(yè)要求達成度持續(xù)改進教學體系、修正培養(yǎng)目標，從而形成閉環(huán)的OBE 理念模型。教研室每學年都會開展課程培養(yǎng)目標的修訂工作，主要依據(jù)開學前和開學后的問卷調(diào)查、作業(yè)、課堂表現(xiàn)、期末成績、輔導員意見搜集、學生評教等方式搜集反饋意見，分析計算學生畢業(yè)要求達成度的情況。根據(jù)社會的需求、反饋以及畢業(yè)要求達成度的情況，調(diào)整課程培養(yǎng)目標，不斷優(yōu)化課程內(nèi)容，提高學生的學習積極性及解決實際問題的能力，促進就業(yè)和適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。

4 教學改革成效

基于OBE 理論對自動控制原理課程重構(gòu)以來，受到學生和同行的一致好評，也得到實習單位和用人單位的高度認可，并從課程質(zhì)量調(diào)查問卷、學生評教和督導檢查結(jié)果得知，基于OBE 理論對自動控制原理課程重構(gòu)，解決了目前該課程存在的部分問題，并取得了預期效果。

4.1 優(yōu)化課程培養(yǎng)目標

根據(jù)自動化和機電一體化專業(yè)的社會需求和崗位技能要求，結(jié)合人才培養(yǎng)方案，以突出就業(yè)行動導向，優(yōu)化課程知識目標、能力目標和素質(zhì)目標，使絕大多數(shù)學生能夠獨立、高質(zhì)量完成控制系統(tǒng)建模和控制系統(tǒng)性能分析，通過解決實際工程問題，深化知識內(nèi)涵、提升創(chuàng)新思維能力。

4.2 優(yōu)化課程內(nèi)容，知識點與工程項目有機融合

根據(jù)學生需求和企業(yè)需求對教學重難點進行調(diào)整，并將各章節(jié)的知識點與實際的工程項目有機融合，促進就業(yè)和適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，采用任務(wù)驅(qū)動式教學方法引導學生學習，提高學習興趣，解決由于自動控制原理課程理論性較強，內(nèi)容繁多復雜，導致學生學習興趣不高等問題，受到學生和同行的一致好評。

4.3 人才培養(yǎng)成效

學生利用所學的理論知識解決實驗和實踐中遇到的問題，提高學生的分析、解決問題的能力和理論與工程實踐融合的能力。另外，以工程項目為導向，提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。我院學生在參與科研教改項目，發(fā)表論文、專利，申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等方面數(shù)量逐年增加，質(zhì)量不斷提高，達成提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目標。

5 結(jié)語

在“三教”改革的背景下，分析目前自動控制原理課程教學存在的問題，基于OBE 理論的自動控制原理課程重構(gòu)研究，以學生為中心，突出就業(yè)行動導向，建立課程培養(yǎng)目標，重構(gòu)課程內(nèi)容，優(yōu)化學時分配，利用實際工程項目問題深入淺出講解自動控制原理的知識點，使其真正掌握控制系統(tǒng)的基本概念、系統(tǒng)分析、設(shè)計的方法，并根據(jù)社會的需求、反饋以及畢業(yè)要求達成度的情況，構(gòu)建閉環(huán)持續(xù)改進機制，不斷優(yōu)化課程內(nèi)容，提高學生的學習積極性、理論與工程實踐融合的能力以及解決復雜工程問題的能力，促進就業(yè)和適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。