基于工程教育专业认证的《自动控制原理》课程教学改革与实践

梁春辉

(长春工程学院 电气与信息工程学院，长春 130012)

一、工程教育专业认证的背景

我国于2006年启动了工程教育专业认证工作，此项工作对构建我国高等工程教育质量保障体系、推进高等工程教育改革、密切工程教育与工程界的联系以及提高工程教育质量等方面都发挥着重要作用。我校电气与信息工程学院电气工程及其自动化专业今年也积极在开展专业认证的相关工作。

以产出导向为原则、以全体学生为中心、以质量持续改进为根本目的是工程教育专业认证标准的核心思想。在工程教育专业认证推进过程中，专业课程体系设置要求专业基础课程能体现数学和自然科学在本专业的应用能力培养，通过工程实践培养学生的实践能力和创新能力。

二、自动控制原理课程特点及我校教学现状

《自动控制原理》是我校电气工程及其自动化专业的一门专业基础课程，涉及的专业理论知识面广、理论性强、难度大，先修课程包括高等数学、工程数学、电路理论、电子技术、电机学等，并且相关课程联系紧密且学科交叉充分。本课程主要阐述以线性定常单输入单输出负反馈控制系统为主的经典控制理论及分析方法，主要包括时域、复域、频域内的系统的稳定性、稳态性能及动态性能分析，并辅以计算机辅助分析。目前我校自动控制原理课程教学还是以教为主，学生被动接受知识，课堂中多以灌输式或填鸭式理论教学为主。另外课程教学内容与实际工程背景间的内在联系较弱，无法满足现代大学的工程教育要求。

结合我校电气工程及其自动化专业工程教育认证标准与课程目标，根据自动控制原理课程目前教学现状及教学过程中出现的一些问题与矛盾，课程组对该课程进行一系列教学研究与改革，建立能适应新形势下满足工程教育认证标准要求的自动控制原理课程教学体系，旨在提高自动控制原理课程教学水平，增强学生的学习兴趣，培养学生综合能力、动手能力和创新能力。同时，研究结果和实践经验还可以在本校工科类其他课程中推广应用。

三、基于工程教育专业认证的自动控制原理课程教学改革与实施

结合我校“培养应用型人才”的办学定位，从明确教学目标、优化课程体系、改进教学方式方法、加强持续改进等方面着手，侧重学生对所学知识的应用和创新能力，建设面向工程教育专业认证的自动控制原理课程教学模式。

(一)修订教学大纲，明确课程目标

课题组成员反复研讨，根据我校电气工程及其自动化专业人才培养目标，并充分考虑工程教育认证通用标准中的基本要求重新修订课程教学大纲，明确基于学生毕业要求的课程目标。通过对本课程的理论教学和实验，使学生具备下列七项能力：

目标1：利用自动控制的基本知识和基本理论正确描述电气工程领域的自动控制系统。

目标2：能够利用时域分析法、根轨迹分析法和频域分析法建立自动控制系统的数学模型，并利用数学模型分析控制系统的稳定性、稳态性能和动态性能。

目标3：能够对自动控制系统的性能进行评价，并通过校正改进自动控制系统的性能。

目标4：能够根据系统的性能指标要求制定实验方案并选择相应的元器件及匹配参数来构建实验系统。

目标5：能够根据实验方案正确搭建实验系统，安全进行实验，获取实验数据。

目标6：能够正确筛选、处理和分析实验数据，得出合理有效的结论，并提出控制系统的改进方案。

目标7：能够利用计算机仿真软件构建控制系统仿真模型，进行仿真实验，对系统性能进行模拟预估。

每一个课程目标对应一项毕业要求指标点，比如课程目标2对应的毕业要求为：能够针对电气电子系统建立合适的数学模型，并进行推导、求解和分析，得出有意义的结果。这样就可以将分析问题、解决问题、系统评价方案的设计、实验能力以及计算机仿真技术等工程教育认证要求融入到大纲的每一部分，实现了课程目标对电气工程及其自动化学生毕业要求的支撑。

(二)整合教学内容，优化课程体系

根据大纲分解的课程目标，将自动控制原理教学内容进行重新整合，并与毕业要求指标点一一对应，如表1所示。教学内容强调自动控制技术的共性规律和基本方法，重视工程应用，淡化理论的演绎推导；强调控制系统的分析和设计，加强学生创新设计构思和综合设计技能的基本训练。

(三)多元化教学方法，细化考核标准

教师在授课过程中，以学生为中心，采用全方位教学方法，在保证知识结构的系统性和知识点布局的全面性基础上，针对不同的教学内容分别采用案例教学法、启发式互动教学法、PBL教学法、项目教学法、渗透式教学、传统多媒体和板书教学法等全方位立体化教学方式方法。充分调动学生学习自动控制原理课程的积极主动性，引导学生主动分析工程实际问题。

表1 课程目标与主要教学内容对应表

开辟引入多元化教学方式，理论推导和计算等教学内容采用多媒体和板书结合的教师讲解方式，对于控制系统分析设计等内容采用半封闭式课堂，引入CDIO模式，即学生分组—分工设计—讨论—教师总结。建设自动控制原理课程精品课网站，在网站上给学生分享电子资源，开展网络论坛。建设网络在线课程，开展师生及时互动。

课程的考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握情况和应用能力为重点内容。课题组讨论最后成绩包含期末试卷、平时测验、实验、单元作业、考勤、课堂讨论等多项综合标准，每个课程目标都有针对性地采用不同的考核方式。如课程目标7，计算机仿真只通过单元作业的形式进行考核，而课程目标2则通过单元作业、测验、期末试卷等多种方式进行综合考核。同时每项考核标准都有相应的评分细则，以单元作业为例，其评分细则如表2所示。考核环节增加讨论发言的平时成绩的比重，考核学生的综合分析能力。对于期末试卷部分，课题组成员建立一定规模的试题库，并进行定期更新。

表2 单元作业评分细则

(四)评价课程目标达成度，建立持续改进机制

课程目标是所有课程教学活动的出发点，教学目标达成度则是评价课程教学质量、为教师提供反馈信息的手段。教学目标达成度是指教师根据教学内容设计考核标准后，在教学实施中所能达到的教学目标的程度。

1)课程目标达成度计算

根据本课程特点，设计课程目标达成度评价包括课程分目标达成度评价和课程总目标达成度评价两部分，计算方法如下。

课程分目标达成度=

课程总目标达成度=

根据自动控制原理课程目标的划分方法，需要计算7个分目标达成度和一个总目标达成度。以课程目标2为例，由平时测验、单元作业、期末试卷三部分成绩共同支撑该项目标。平时测验和单元作业对应目标2的总得分为A2，期末试卷对应目标1的得分为B2，则目标2的达成度计算方法见表3：

表3 课程目标2的达成度计算方法

课程评价周期为每一年评价一次，设置达成度目标值为0.70，采用成绩分析法进行评价，评价结果用于持续改进。

2)建立持续改进机制

根据本学期自动控制原理课程达成度进行分析，成立课程持续改进组，由课程负责人组织执行并监督持续改进过程，制定持续改进措施。

平时成绩持续改进机制：根据每届学生学习情况，课程组教师每4周汇总统计学生平时成绩考核的各项指标，发现问题及时调整，并做好相应的记录。期末考试考核机制：对期末考试试卷进行分析，统计各部分试题得分情况，将统计结果用于整体分析研究该门课程，将在下一届学生中进行持续改进。

3)本课程持续改进措施

根据前面提出的方法计算的各目标达成度和总目标达成度，分析在教学过程中学生对本门课程的掌握情况，有针对性地提出持续改进措施。通过计算我校电气工程及其自动化15级自动控制原理课程的达成度，课程目标2的达成度为0.66没有达到目标值，而总达成度和其他目标点达成度都满足目标值，说明学生对自动控制原理课程整体的掌握水平达到了预期要求，较好地掌握了基本概念和基础理论，能够正确进行实验操作，能够正确应用计算机仿真软件对自动控制系统进行性能预估。

针对课程目标2提出相应的持续改进措施。这一部分主要考查学生对控制系统的建模和分析能力，理论性强，在下一轮授课过程中侧重强化这一部分内容的讲解，加强课堂例题和课后习题的练习。增加答疑和课后辅导，增加对相关知识点的研讨，成立学习小组并与学生单独交流等。

四、结论

以我校电气工程及其自动化专业工程教育专业认证为契机，秉持“以学生为本”的基本理念，开展自动控制原理专业基础课程的教学改革和研究。首先基于学生毕业要求明确课程目标，整合教学内容，优化课程体系。通过采用多元化教学方法、细化考核环节以及加强持续改进等措施，突出本课程的工程意义。实践证明提高了教学质量和培养学生的创新能力和工程实践能力。