劉淑波?張園?鄧加川

摘 要｜為了在控制類課程中培養(yǎng)工程素養(yǎng)，本文從控制類課程視角定義的寬泛工程素養(yǎng)出發(fā)，著眼培養(yǎng)工程素養(yǎng)來對控制類課程進(jìn)行課程設(shè)計，在控制類課程教學(xué)計劃中從課程目標(biāo)、教學(xué)策略、學(xué)習(xí)方法和教學(xué)實施四個方面明確培養(yǎng)工程素養(yǎng)的路徑，力圖推進(jìn)以培養(yǎng)工程素養(yǎng)為目標(biāo)的該類課程的教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞｜工程素養(yǎng)；控制類課程；課程設(shè)計

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培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)是當(dāng)前工程教育改革的一個重要方向。教育部在“卓越工程師”培養(yǎng)計劃和工程教育專業(yè)認(rèn)證中都把培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)作為專業(yè)培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)和考核點。全美娟等學(xué)者認(rèn)為，工程素養(yǎng)指的是工程師應(yīng)具備的基本知識、基本理論和基本技能、一定的工程實踐訓(xùn)練和嚴(yán)格有素的工程習(xí)慣及綜合能力。具備高工程素養(yǎng)的學(xué)生能敏捷地發(fā)現(xiàn)問題，并將理論應(yīng)用于實踐，能夠綜合運用各種資源，將思維構(gòu)思變成實際產(chǎn)物［1，2］。

在上級“寬口徑、厚基礎(chǔ)，全素質(zhì)”培養(yǎng)要求下，對我院控制類課程培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)提出了新要求。從知識層面看，宜“以工為主”，夯實學(xué)生工程基礎(chǔ)，學(xué)科基礎(chǔ)模塊積極對接國家高等教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置工科通用基礎(chǔ)課程，實施寬口徑專業(yè)教育，強化學(xué)生工科基礎(chǔ)，注重學(xué)科基礎(chǔ)和工程實踐的有機結(jié)合。

我院作為學(xué)科基礎(chǔ)模塊的控制類課程“自動控制原理”“自動控制元件”對培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。作者認(rèn)為從控制類課程角度出發(fā)定義的寬泛的工程素養(yǎng)為科學(xué)的“工程辯證思維”，重視事物的普遍聯(lián)系和相互作用；理論和實踐的融會貫通；以系統(tǒng)論的視角綜合全面地思考、處理工程問題，始終做到“心中有系統(tǒng)”等。

如何借助控制類課程來培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)呢？就要著眼培養(yǎng)工程素養(yǎng)來對控制類課程進(jìn)行課程設(shè)計。在課程教學(xué)實施的綱領(lǐng)性文件——控制類課程教學(xué)計劃中明確了培養(yǎng)工程素養(yǎng)的路徑。具體來看，在課程總體目標(biāo)和分類目標(biāo)中明確培養(yǎng)工程素養(yǎng)的要求；在教學(xué)策略中設(shè)計培養(yǎng)工程素養(yǎng)的方法；在學(xué)習(xí)方法中建議培養(yǎng)工程素養(yǎng)的習(xí)慣養(yǎng)成；在教學(xué)實施中把工程素養(yǎng)培養(yǎng)要求落地。

1 課程目標(biāo)明確培養(yǎng)工程素養(yǎng)要求

“自動控制原理”課程通過對貫穿案例的探究學(xué)習(xí)，“自動控制元件”課程通過對艦載裝備隨動系統(tǒng)中各控制元件的比較探究學(xué)習(xí)，養(yǎng)成工程思維和辯證思維習(xí)慣，初步具備工程實踐能力。

2 教學(xué)策略中設(shè)計工程素養(yǎng)培養(yǎng)方法

2.1 “自動控制原理”課程通過案例貫穿和理實一體實現(xiàn)

案例貫穿：用三個典型艦載裝備隨動控制系統(tǒng)故障案例，貫穿整個教學(xué)內(nèi)容和所有教學(xué)環(huán)節(jié)。兩個示范案例（示范案例1——某火炮隨動系統(tǒng)和示范案例2——某火箭深彈發(fā)射炮隨動系統(tǒng)）用于課堂教學(xué)，隨教學(xué)進(jìn)度逐步推進(jìn)；一個練習(xí)案例——隨動操舵系統(tǒng)用于課后作業(yè)和實驗，隨示范案例同步推進(jìn)。案例貫穿全部教學(xué)內(nèi)容和所有教學(xué)環(huán)節(jié)。通過始終不斷線的案例探究，在解決系統(tǒng)局部問題的時候，始終面對的是整個系統(tǒng)，實現(xiàn)知識到能力的轉(zhuǎn)化，形成系統(tǒng)論和負(fù)反饋的思想。

理實一體：每次對案例的探究，首先是理論分析，然后是Matlab/Simulink軟件仿真，最后是實驗箱硬件仿真，理論和實踐始終不脫節(jié)，通過理實一體提高實踐能力，從而達(dá)到理論和實踐的融會貫通。

2.2 “自動控制元件”課程通過啟發(fā)工程辯證思維來實現(xiàn)

每種控制元件學(xué)完，引導(dǎo)學(xué)生將其傳遞函數(shù)放回到艦載裝備隨動控制系統(tǒng)中去，并與前面元件的傳遞函數(shù)相連，最終得到整個控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方塊圖。在此過程中深化系統(tǒng)論的觀點。在主反饋元件（測量比較元件）、局部反饋元件（反饋校正元件）的分析中深化負(fù)反饋的思想；通過引導(dǎo)學(xué)生分析典型元件電磁相互轉(zhuǎn)化、相互影響的過程，結(jié)構(gòu)與功能的辯證關(guān)系、量變到質(zhì)變轉(zhuǎn)化過程等，啟發(fā)學(xué)生的工程辯證思維，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解和思考。

3 學(xué)習(xí)方法中建議工程素養(yǎng)培養(yǎng)的習(xí)慣養(yǎng)成

3.1 “自動控制原理”課程建議

能力層面：注意仿真實踐能力的培養(yǎng)。首先思想上要重視實踐環(huán)節(jié)；其次，軟件仿真時要學(xué)會單步調(diào)試的方法；硬件仿真時，在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)要注重硬件電路圖，以便提高實作效率。

思維層面：注意工程思維習(xí)慣的養(yǎng)成。注意思維的“整體性”，即科學(xué)的“辯證思維”，重視事物的普遍聯(lián)系和相互作用。比如：能夠意識到?jīng)]有一個性能指標(biāo)是完全孤立的，在改善一個的同時，必然會影響其他；以系統(tǒng)論的視角綜合全面地思考、處理工程問題，始終做到“心中有系統(tǒng)”。比如：頻域分析時，能夠意識到幅值和相位是同一系統(tǒng)的不同方面，不能割裂開來。

3.2 “自動控制元件”課程建議

以課堂思考題為主要牽引進(jìn)行深層次思考。注意采用辯證分析方法，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，并養(yǎng)成辯證思維習(xí)慣，深化系統(tǒng)論的觀點和負(fù)反饋的思想，養(yǎng)成用系統(tǒng)論和負(fù)反饋的思想分析問題的思維習(xí)慣。

4 教學(xué)實施中把培養(yǎng)工程素養(yǎng)要求落地

4.1 理論課中實施

（1）“自動控制原理”課程

第三章控制系統(tǒng)時域分析中通過典型輸入信號體現(xiàn)的“最不利”原則，以及對時域性能指標(biāo)之間相互制約關(guān)系的分析，培養(yǎng)工程思維和辯證思維，深化系統(tǒng)論的觀點。

第四章控制系統(tǒng)頻域分析中對同一系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生注意幅值和相位是同一系統(tǒng)的不同方面，不能割裂開來，培養(yǎng)辯證思維；對同一系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生建立頻域性能與時域性能指標(biāo)的聯(lián)系，將時域分析與頻域分析進(jìn)行對照，以系統(tǒng)論的視角綜合全面地思考、處理工程問題，始終做到“心中有系統(tǒng)”，深化系統(tǒng)論的觀點。

（2）“自動控制元件”課程

第二章電壓器中通過對變壓器主磁通形成過程的總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生體會電磁相互轉(zhuǎn)化、相互影響的過程，啟發(fā)學(xué)生思考事物的普遍聯(lián)系與相互作用，培養(yǎng)辯證思維。

第三章直流電機中通過分析換向器與電刷的作用，啟發(fā)學(xué)生思考結(jié)構(gòu)與功能的辯證關(guān)系。

第四章交流異步電動機中通過分析三相異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動原理，啟發(fā)學(xué)生對“結(jié)構(gòu)與功能”的辯證關(guān)系進(jìn)行深入思考；通過對不同種類單相異步電動機的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行分析，啟發(fā)學(xué)生對“結(jié)構(gòu)與功能”的辯證關(guān)系進(jìn)行深入思考。

第七章執(zhí)行元件中通過對交流伺服電動機機械特性的特點均源于“較大的轉(zhuǎn)子電阻”的分析總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生體會“量變到質(zhì)變”的轉(zhuǎn)化，并思考量變與質(zhì)變的分界線。

第八章反饋校正元件中通過分析反饋校正元件的局部反饋作用，引導(dǎo)學(xué)生體會“量變到質(zhì)變”的轉(zhuǎn)化。

4.2 實驗課中實施

（1）“自動控制原理”課程

一個練習(xí)案例——隨動操舵系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題貫穿整個實驗的始終。實驗課課前通過雨課堂預(yù)習(xí)練習(xí)案例各次課課后理論探究的結(jié)果，課上先是Matlab/Simulink軟件仿真，然后是硬件實驗箱仿，使用艦載裝備隨動系統(tǒng)遠(yuǎn)程虛擬實驗平臺探究參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響，真正做到線上線下理實一體，理論和實踐始終不脫節(jié)，從而達(dá)到理論和實踐的融會貫通。

（2）“自動控制元件”課程

針對“自動控制元件”課程中自整角機實驗部分學(xué)生錯誤接線現(xiàn)象，在原有硬件仿真的基礎(chǔ)上，增加了利用艦載裝備隨動系統(tǒng)遠(yuǎn)程虛擬實驗平臺探究力矩式自整角機接線故障的各種現(xiàn)象的仿真實驗，從而在不損傷原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，一方面讓學(xué)生體會實際工程儀器儀表操作按規(guī)按綱操作，另一方面也讓學(xué)生體會到仿真實驗的真實性和沉浸感。

5 結(jié)論

本文結(jié)合上級對我院控制類課程培養(yǎng)工程素養(yǎng)提出的新要求，作者從寬泛的工程素養(yǎng)出發(fā)，著眼培養(yǎng)工程素養(yǎng)來對控制類課程進(jìn)行課程設(shè)計，并且在控制類課程教學(xué)計劃中明確培養(yǎng)工程素養(yǎng)的路徑。

本論文的研究方法可推廣至控制類其他課程的培養(yǎng)工程素養(yǎng)的課程設(shè)計教學(xué)改革中，也可為其他自動化專業(yè)課程相關(guān)教學(xué)研究提供理論借鑒。

參考文獻(xiàn)

［1］李濤，陶晶，修云．OBE視角下應(yīng)用型高校大學(xué)生的工程素養(yǎng)培養(yǎng)模式［J］．湖北理工學(xué)院學(xué)報，2021，37（5）：64-67．

［2］申欣．大學(xué)新生技術(shù)與工程素養(yǎng)研究［D］．上海：華東理工大學(xué)，2021，12．

Research on the Design of Control Courses Focusing on Cultivating Engineering Literacy

Liu Shubo Zhang Yuan Deng Jiachuan

Dep. of Basic Sciences of Dalian Naval Academy， Dalian

Abstract： In order to cultivate engineering literacy in control courses， this paper starts from the broad definition of engineering literacy from the perspective of control courses， focusing on cultivating engineering literacy to do the curriculum design for control courses， and clarifies the path to cultivate engineering literacy from four aspects： course objectives， teaching strategies， learning methods and teaching implementation in the teaching plan of control courses， trying to promote the teaching reform of this kind of courses with the goal of cultivating engineering literacy.

Key words： Engineering literacy; Control courses; Curriculum design