工程教育背景下的过程装备控制工程基础考试改革

张兰　左海强　赵东亚　孙鑫晖

摘要：根据“卓越计划”和工程教育认证要求，以《过程装备控制工程基础》课程为例，阐述了在工程教育背景下工科专业基础课程的考试改革探索经验。

关键词：控制工程基础；考试改革；工程教育

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）51-0078-02

“卓越工程师教育培养计划”是我国高等工程教育的一项重大改革，其目标是培养一批既能面向工业生产一线，又能全面适应经济和社会发展需要的创新型高素质人才。“卓越计划”采用校企联合培养模式，强调学生的工程实践能力与创新意识的培养[1]。国际工程教育专业认证是保障工程教育人才培养质量的重要途径，倡导以学生为中心、以产出为导向和持续改进理念[2]。

考试是教学培养中的重要环节。而传统的课程考核制度和评价体系往往限制了学生创新思维和工程实践能力的培养[3]。我校过程装备与控制工程专业（以下简称装控）2013年获批教育部“卓越工程师教育培养计划”专业，并于2018年1月正式通过了工程教育专业认证。本文以《过程装备控制工程基础》课程为例，介绍了在工程教育背景下工科专业基础课程的考试改革探索经验。

一、现状分析

《过程装备控制工程基础》课程是面向装控专业的学生在大三上学期开设的一门必修专业基础课，属于专业控制类课程模块的核心单元。该课程旨在使学生熟练掌握经典控制理论的基本概念和基本原理，深入理解和认识控制系统稳定性、准确性和快速性的重要性、影响因素和改进方法，学会运用时域和频域方法进行控制系统的分析和设计，以及控制系统设计和校正的基本方法。课程理论性强、抽象性高、知识面广，尤其涉及大量的计算分析。该课程传统的考核方法“重结果轻过程、重理论轻能力、重记忆轻创新”，带有应试教育的种种弊端，难以实现工程教育的培养目标。

（一）考试目标定位不准确

由于考试成绩与学生综合测评、工作、保研等息息相关，导致学生为考而学、平时不学、非考不学，学生功利化趋向明显，一味追求考试分数，仅对考试知识点死记硬背，忽视了学生综合素质的提高和创新能力的培养，难以激起学生的学习热情和动力。

（二）考试形式单一

考试评定主要以期末闭卷考试为主，参考部分平时成绩。这种期末集中考核的方式，催生了部分学生临考突击抱佛脚的恶习。平时成绩仅包括出勤和作业，由于有少数同学是课堂上人到心不到的低头一族，也时有互相借鉴抄袭或抄袭参考答案的应付作业现象，难以做到合理评价与督促管理。这种以单一集中考试为主的考核方式，难以评价所有学生的全过程学习效果，更难以客观考察学生的创新能力和工程素养。

（三）考试内容单一

考试内容侧重于知识检验，而忽视能力考核。考试的内容一般多呈现对教学内容的考核，比如基本概念、一阶和二阶系统动态特性分析、稳定性分析与误差分析等，对于学生的实践能力尤其是解决实际问题的能力、创新能力等综合素质的考察不足。这种考试以再现课堂所学知识为主，强调知识的理解和记忆，容易导致学生死记硬背应付考试，从而限制了学生创新思维、实践能力和知识综合运用能力的发展。

（四）缺乏过程监督

过于偏重课程结束时的测评，着重于通过惩戒的方式督促学生学习，忽略了对课程学习进展过程的监管。课程的学习过程是一个动态持续的过程，因此考核评价活动应贯穿于整个教学活动中。通过建立全过程的考核机制，才能够及时掌握学生在课程学习的整个过程中的学习情况，获取改进教学的反馈信息，持续引导、督促、监督、激励学生学习与能力培养。

二、改革理念及实施方案

根据工程教育的培养目标与本门专业课程的教学目标，针对上述传统考核方法的不足，本课程考试改革采用了基于過程考核的多元化考核方法，分阶段、全过程检验学生的理论知识综合运用能力、分析解决工程实际问题的能力，引导学生从注重知识的应试学习向注重解决工程问题、培养创新能力转变，建立以考察学生实践能力与创新精神为重点的考核评价体系。具体而言，改革方案主要包括以下几个方面。

（一）突出过程监督的多元化考试方法改革

将平时基于能力素质锻炼培养的过程性考核与期末的综合性考试有机结合，对学生学习状态、学习效果和教学目标的达成情况全面动态监控。平时成绩除了包括考勤和作业之外，增加随堂测验、期中考试、调查报告、工程实例控制仿真分析等多元化的考核形式，设计了全过程监督的考试评价方案。

（二）知识检验与能力考核并重的考试模式改革

专业课既要考查学生对基本理论、基本知识和基本技能的掌握情况，更需要注重考查学生工程实践能力和解决问题的能力，必须及时将基本知识点与工程应用实例结合地引入教学与考核评价中来。因此，从考试内容着手，优化考试试题设计。首先，在试卷结构上，减少选择、填空、判断等客观题比例（不超过20%），增加实际工程案例分析与系统设计应用类题目比例。其次，由于课程理论性较强，计算分析多，需要学生记忆的公式也多。因此，在试卷形式上，可直接在卷后附上拉普拉斯变换数学公式、二阶系统性能指标计算公式，引导学生重视知识理解和应用。最后，结合工程实例，精心设计试卷题目的考核点。以二阶系统动态特性为例，课程教材[4]的例题习题是以零初值求解，而以实际工程问题为背景的试题题目中均是非零初值的，考核学生能否在深刻理解传递函数概念中“零初始条件”的基础上，综合应用所学的时域分析基本方法，分析解决复杂工程问题并获取有效结论的能力。

（三）强化分析与设计能力培养的仿真实践考核改革

工程教育一直重视培养学生的动手实践能力。一方面，教学院系近年来购置了多台套的过程装置控制综合实验设备，以提供给学生更多的动手实践训练；另一方面，计算机仿真由于其方便快捷、灵活直观的特点，能在较短时间内激发学生的学习兴趣。目前，在自动控制领域，MATLAB软件因其具有可视化编程能力、良好的图形用户界面和强大的绘图功能、丰富的工具箱及Simulink控制仿真平台，是国内外控制工程基础课程学习的首选工具[5]。以往的教学过程中由于受制于授课学时有限，所设置的仿真实验简单验证类题目多而分析设计类题目少，很多学生照葫芦画瓢，知其然不知其所以然。目前，借助于我校统一的石大云课堂平台，将教材[4]上MATLAB软件控制仿真的基本使用操作及命令函数，录制成相应的教学播客单元，由学生线下学习并完成相应的简单验证类题目，线上根据教学进度安排随堂讨论。同时，结合工程实例设置综合分析与设计类题目，例如三相分离器控制分析与仿真、连续搅拌加热罐的动态特性分析与温度控制等，考察学生的实践创新应用能力。

（四）综合考核评分方法改革

突出过程化监督，优化调整多元化考试成绩所占比例，增加平时考核成绩比例。课程成绩具体包括10%平时作业、15%课堂测验、10%期中考核、15%控制实践仿真、50%期末考试。从激发学生创新与能力培养方面考虑，对控制实践仿真环节中所体现出的独立思考和创新在考试评定时给予加分鼓励。制定平时作业、测验、实践仿真环节的评分标准，确保平时成绩评定的合理性与公正性，激发学生学习的主动性和积极性，促使学生由应试学习向解决工程实际问题、培养创新能力自主自发转变。

三、结语

考试改革方案经过装控专业卓越班两轮的实施，取得了初步的成效，提高了学生的学习积极性，培养了学生自主学习能力、独立思考解决实际问题能力，一定程度上解决了学生死记硬背应付考试而学的顽疾，促进了学生工程意识和创新能力的培养与提高。同时，也促使主讲教师不断提高自身的教学素养，由传授知识为主转变为提高学生工程应用能力为主，持续改进提高教学质量。

参考文献：

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”质量要求与工程教育认证[J].高等工程教育研究，2013，（06）：49-61.

[2]林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究，2015，（02）：10-19.

[3]杨泽慧，丛杨，周国权.卓越工程师课程教学的“四化”考核评价体系[J].高等工程教育研究，2015，（02）：182-186.

[4]董景新.控制工程基础（第4版）[M].清华大学出版社，2015.

[5]杨建华，刘后广.机械类本科生《控制工程基础》课程中美教学情况对比及启示——以中国矿业大学和密歇根大学（安娜堡）为例[J].教育教学论坛，2018，（25）：38-40.