工程教育背景下的過程裝備控制工程基礎(chǔ)考試改革

張?zhí)m　左海強(qiáng)　趙東亞　孫鑫暉

摘要：根據(jù)“卓越計(jì)劃”和工程教育認(rèn)證要求，以《過程裝備控制工程基礎(chǔ)》課程為例，闡述了在工程教育背景下工科專業(yè)基礎(chǔ)課程的考試改革探索經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：控制工程基礎(chǔ)；考試改革；工程教育

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）51-0078-02

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是我國(guó)高等工程教育的一項(xiàng)重大改革，其目標(biāo)是培養(yǎng)一批既能面向工業(yè)生產(chǎn)一線，又能全面適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要的創(chuàng)新型高素質(zhì)人才?！白吭接?jì)劃”采用校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[1]。國(guó)際工程教育專業(yè)認(rèn)證是保障工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑，倡導(dǎo)以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)理念[2]。

考試是教學(xué)培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)。而傳統(tǒng)的課程考核制度和評(píng)價(jià)體系往往限制了學(xué)生創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)[3]。我校過程裝備與控制工程專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱裝控）2013年獲批教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”專業(yè)，并于2018年1月正式通過了工程教育專業(yè)認(rèn)證。本文以《過程裝備控制工程基礎(chǔ)》課程為例，介紹了在工程教育背景下工科專業(yè)基礎(chǔ)課程的考試改革探索經(jīng)驗(yàn)。

一、現(xiàn)狀分析

《過程裝備控制工程基礎(chǔ)》課程是面向裝控專業(yè)的學(xué)生在大三上學(xué)期開設(shè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于專業(yè)控制類課程模塊的核心單元。該課程旨在使學(xué)生熟練掌握經(jīng)典控制理論的基本概念和基本原理，深入理解和認(rèn)識(shí)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性的重要性、影響因素和改進(jìn)方法，學(xué)會(huì)運(yùn)用時(shí)域和頻域方法進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和校正的基本方法。課程理論性強(qiáng)、抽象性高、知識(shí)面廣，尤其涉及大量的計(jì)算分析。該課程傳統(tǒng)的考核方法“重結(jié)果輕過程、重理論輕能力、重記憶輕創(chuàng)新”，帶有應(yīng)試教育的種種弊端，難以實(shí)現(xiàn)工程教育的培養(yǎng)目標(biāo)。

（一）考試目標(biāo)定位不準(zhǔn)確

由于考試成績(jī)與學(xué)生綜合測(cè)評(píng)、工作、保研等息息相關(guān)，導(dǎo)致學(xué)生為考而學(xué)、平時(shí)不學(xué)、非考不學(xué)，學(xué)生功利化趨向明顯，一味追求考試分?jǐn)?shù)，僅對(duì)考試知識(shí)點(diǎn)死記硬背，忽視了學(xué)生綜合素質(zhì)的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，難以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。

（二）考試形式單一

考試評(píng)定主要以期末閉卷考試為主，參考部分平時(shí)成績(jī)。這種期末集中考核的方式，催生了部分學(xué)生臨考突擊抱佛腳的惡習(xí)。平時(shí)成績(jī)僅包括出勤和作業(yè)，由于有少數(shù)同學(xué)是課堂上人到心不到的低頭一族，也時(shí)有互相借鑒抄襲或抄襲參考答案的應(yīng)付作業(yè)現(xiàn)象，難以做到合理評(píng)價(jià)與督促管理。這種以單一集中考試為主的考核方式，難以評(píng)價(jià)所有學(xué)生的全過程學(xué)習(xí)效果，更難以客觀考察學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)。

（三）考試內(nèi)容單一

考試內(nèi)容側(cè)重于知識(shí)檢驗(yàn)，而忽視能力考核?？荚嚨膬?nèi)容一般多呈現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的考核，比如基本概念、一階和二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析、穩(wěn)定性分析與誤差分析等，對(duì)于學(xué)生的實(shí)踐能力尤其是解決實(shí)際問題的能力、創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的考察不足。這種考試以再現(xiàn)課堂所學(xué)知識(shí)為主，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的理解和記憶，容易導(dǎo)致學(xué)生死記硬背應(yīng)付考試，從而限制了學(xué)生創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和知識(shí)綜合運(yùn)用能力的發(fā)展。

（四）缺乏過程監(jiān)督

過于偏重課程結(jié)束時(shí)的測(cè)評(píng)，著重于通過懲戒的方式督促學(xué)生學(xué)習(xí)，忽略了對(duì)課程學(xué)習(xí)進(jìn)展過程的監(jiān)管。課程的學(xué)習(xí)過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)持續(xù)的過程，因此考核評(píng)價(jià)活動(dòng)應(yīng)貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中。通過建立全過程的考核機(jī)制，才能夠及時(shí)掌握學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的整個(gè)過程中的學(xué)習(xí)情況，獲取改進(jìn)教學(xué)的反饋信息，持續(xù)引導(dǎo)、督促、監(jiān)督、激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)。

二、改革理念及實(shí)施方案

根據(jù)工程教育的培養(yǎng)目標(biāo)與本門專業(yè)課程的教學(xué)目標(biāo)，針對(duì)上述傳統(tǒng)考核方法的不足，本課程考試改革采用了基于過程考核的多元化考核方法，分階段、全過程檢驗(yàn)學(xué)生的理論知識(shí)綜合運(yùn)用能力、分析解決工程實(shí)際問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生從注重知識(shí)的應(yīng)試學(xué)習(xí)向注重解決工程問題、培養(yǎng)創(chuàng)新能力轉(zhuǎn)變，建立以考察學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神為重點(diǎn)的考核評(píng)價(jià)體系。具體而言，改革方案主要包括以下幾個(gè)方面。

（一）突出過程監(jiān)督的多元化考試方法改革

將平時(shí)基于能力素質(zhì)鍛煉培養(yǎng)的過程性考核與期末的綜合性考試有機(jī)結(jié)合，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)效果和教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況全面動(dòng)態(tài)監(jiān)控。平時(shí)成績(jī)除了包括考勤和作業(yè)之外，增加隨堂測(cè)驗(yàn)、期中考試、調(diào)查報(bào)告、工程實(shí)例控制仿真分析等多元化的考核形式，設(shè)計(jì)了全過程監(jiān)督的考試評(píng)價(jià)方案。

（二）知識(shí)檢驗(yàn)與能力考核并重的考試模式改革

專業(yè)課既要考查學(xué)生對(duì)基本理論、基本知識(shí)和基本技能的掌握情況，更需要注重考查學(xué)生工程實(shí)踐能力和解決問題的能力，必須及時(shí)將基本知識(shí)點(diǎn)與工程應(yīng)用實(shí)例結(jié)合地引入教學(xué)與考核評(píng)價(jià)中來。因此，從考試內(nèi)容著手，優(yōu)化考試試題設(shè)計(jì)。首先，在試卷結(jié)構(gòu)上，減少選擇、填空、判斷等客觀題比例（不超過20%），增加實(shí)際工程案例分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用類題目比例。其次，由于課程理論性較強(qiáng)，計(jì)算分析多，需要學(xué)生記憶的公式也多。因此，在試卷形式上，可直接在卷后附上拉普拉斯變換數(shù)學(xué)公式、二階系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算公式，引導(dǎo)學(xué)生重視知識(shí)理解和應(yīng)用。最后，結(jié)合工程實(shí)例，精心設(shè)計(jì)試卷題目的考核點(diǎn)。以二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性為例，課程教材[4]的例題習(xí)題是以零初值求解，而以實(shí)際工程問題為背景的試題題目中均是非零初值的，考核學(xué)生能否在深刻理解傳遞函數(shù)概念中“零初始條件”的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用所學(xué)的時(shí)域分析基本方法，分析解決復(fù)雜工程問題并獲取有效結(jié)論的能力。

（三）強(qiáng)化分析與設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的仿真實(shí)踐考核改革

工程教育一直重視培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。一方面，教學(xué)院系近年來購(gòu)置了多臺(tái)套的過程裝置控制綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以提供給學(xué)生更多的動(dòng)手實(shí)踐訓(xùn)練；另一方面，計(jì)算機(jī)仿真由于其方便快捷、靈活直觀的特點(diǎn)，能在較短時(shí)間內(nèi)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。目前，在自動(dòng)控制領(lǐng)域，MATLAB軟件因其具有可視化編程能力、良好的圖形用戶界面和強(qiáng)大的繪圖功能、豐富的工具箱及Simulink控制仿真平臺(tái)，是國(guó)內(nèi)外控制工程基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的首選工具[5]。以往的教學(xué)過程中由于受制于授課學(xué)時(shí)有限，所設(shè)置的仿真實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單驗(yàn)證類題目多而分析設(shè)計(jì)類題目少，很多學(xué)生照葫蘆畫瓢，知其然不知其所以然。目前，借助于我校統(tǒng)一的石大云課堂平臺(tái)，將教材[4]上MATLAB軟件控制仿真的基本使用操作及命令函數(shù)，錄制成相應(yīng)的教學(xué)播客單元，由學(xué)生線下學(xué)習(xí)并完成相應(yīng)的簡(jiǎn)單驗(yàn)證類題目，線上根據(jù)教學(xué)進(jìn)度安排隨堂討論。同時(shí)，結(jié)合工程實(shí)例設(shè)置綜合分析與設(shè)計(jì)類題目，例如三相分離器控制分析與仿真、連續(xù)攪拌加熱罐的動(dòng)態(tài)特性分析與溫度控制等，考察學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新應(yīng)用能力。

（四）綜合考核評(píng)分方法改革

突出過程化監(jiān)督，優(yōu)化調(diào)整多元化考試成績(jī)所占比例，增加平時(shí)考核成績(jī)比例。課程成績(jī)具體包括10%平時(shí)作業(yè)、15%課堂測(cè)驗(yàn)、10%期中考核、15%控制實(shí)踐仿真、50%期末考試。從激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新與能力培養(yǎng)方面考慮，對(duì)控制實(shí)踐仿真環(huán)節(jié)中所體現(xiàn)出的獨(dú)立思考和創(chuàng)新在考試評(píng)定時(shí)給予加分鼓勵(lì)。制定平時(shí)作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、實(shí)踐仿真環(huán)節(jié)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，確保平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定的合理性與公正性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，促使學(xué)生由應(yīng)試學(xué)習(xí)向解決工程實(shí)際問題、培養(yǎng)創(chuàng)新能力自主自發(fā)轉(zhuǎn)變。

三、結(jié)語(yǔ)

考試改革方案經(jīng)過裝控專業(yè)卓越班兩輪的實(shí)施，取得了初步的成效，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考解決實(shí)際問題能力，一定程度上解決了學(xué)生死記硬背應(yīng)付考試而學(xué)的頑疾，促進(jìn)了學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高。同時(shí)，也促使主講教師不斷提高自身的教學(xué)素養(yǎng)，由傳授知識(shí)為主轉(zhuǎn)變?yōu)樘岣邔W(xué)生工程應(yīng)用能力為主，持續(xù)改進(jìn)提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[3]楊澤慧，叢楊，周國(guó)權(quán).卓越工程師課程教學(xué)的“四化”考核評(píng)價(jià)體系[J].高等工程教育研究，2015，（02）：182-186.

[4]董景新.控制工程基礎(chǔ)（第4版）[M].清華大學(xué)出版社，2015.

[5]楊建華，劉后廣.機(jī)械類本科生《控制工程基礎(chǔ)》課程中美教學(xué)情況對(duì)比及啟示——以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和密歇根大學(xué)（安娜堡）為例[J].教育教學(xué)論壇，2018，（25）：38-40.