從工程教育認(rèn)證視角探討 “自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)方法及教學(xué)評(píng)價(jià)體系的改進(jìn)

馮寶　何婧

摘 要：工程教育認(rèn)證的主要目的是建立以成果為導(dǎo)向的教育成果評(píng)價(jià)方式。文章結(jié)合“自動(dòng)控制原理”這門自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在工程教育認(rèn)證背景下，對(duì)“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題展開(kāi)分析和討論，初步提出改進(jìn)方法，并從教學(xué)方法、教學(xué)評(píng)價(jià)體系兩個(gè)方面進(jìn)行了探索，提出了利用多元化的教學(xué)手段和建立更加客觀的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，以進(jìn)一步培養(yǎng)和提高自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的綜合能力。

關(guān)鍵詞：“自動(dòng)控制原理”;教學(xué)方法;教學(xué)評(píng)價(jià)體系

中圖分類號(hào)：G642.41

文章編號(hào)：2095-624X（2019）24-0135-03

一、引言

自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，它綜合了高等數(shù)學(xué)、電路分析、大學(xué)物理等課程內(nèi)容，是自動(dòng)化專業(yè)本科生進(jìn)入專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行學(xué)習(xí)的前期必修課程[1][2]。自動(dòng)控制原理主要介紹控制的基本概念、基本原理及基本的分析方法，培養(yǎng)學(xué)生掌握控制過(guò)程中工程的邏輯思維模式。

工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種以成果為導(dǎo)向的教育成果評(píng)價(jià)方式[3][4]。它不同于傳統(tǒng)教育模式中以教師為中心的教學(xué)方法，而是開(kāi)展以學(xué)生為中心，以成果為核心導(dǎo)向，旨在提高學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力的一種專業(yè)考核方式。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，結(jié)合自動(dòng)控制理論的專業(yè)學(xué)習(xí)，探索如何從專業(yè)基礎(chǔ)課層面，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，提升學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)能力，這些對(duì)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。

二、當(dāng)前教學(xué)方法及評(píng)價(jià)手段存在的問(wèn)題

工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種需求導(dǎo)向型的教育認(rèn)證方式，重視學(xué)生綜合素質(zhì)和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，這恰恰是當(dāng)前大學(xué)生所欠缺的?，F(xiàn)以桂林航天工業(yè)學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱我院）的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)為例，從工程教育認(rèn)證的角度探討目前自動(dòng)控制原理的教學(xué)方法及評(píng)價(jià)方式存在的問(wèn)題。

1.對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)缺乏深度理解

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求學(xué)生具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力和嚴(yán)密的邏輯思維能力。這就要求學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)的控制概念、控制方法有深入的理解，能夠理解概念和方法對(duì)應(yīng)的工程現(xiàn)象。然而“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中涉及了較多的數(shù)學(xué)知識(shí)，同時(shí)又需要結(jié)合電路分析等具體工程問(wèn)題去構(gòu)建控制對(duì)象，理解控制過(guò)程。這一學(xué)習(xí)過(guò)程不僅要求學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)也要求學(xué)生對(duì)電路等先行課程的基本原理和建模過(guò)程有較深入的理解。因此數(shù)學(xué)和電路基礎(chǔ)較差的學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)比較吃力，無(wú)法理解如何從具體的電路器件抽象為一個(gè)控制模型，由于對(duì)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)缺乏理解，他們面對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題往往束手無(wú)策。

2.專業(yè)技能實(shí)踐機(jī)會(huì)偏少

“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)分為理論課和實(shí)驗(yàn)課兩個(gè)部分。然而在實(shí)際教學(xué)中，教師主要以理論課的教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)課為輔，且實(shí)驗(yàn)課是在理論課結(jié)束之后進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)課講解也以Maltab仿真為主。然而縱觀自動(dòng)化專業(yè)在整個(gè)大學(xué)階段的課程體系，會(huì)發(fā)現(xiàn)“自動(dòng)化控制原理”是非常重要的一環(huán)，它是公共基礎(chǔ)課與專業(yè)課的紐帶。它將公共基礎(chǔ)課的知識(shí)從專業(yè)的角度進(jìn)行講解，例如，其中涉及的大量與控制相關(guān)的內(nèi)容都是從高等數(shù)學(xué)的角度去對(duì)電子器件進(jìn)行建模。因此加深對(duì)“自動(dòng)控制原理”深入理解是非常必要的。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生需要提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力，如果無(wú)法明確控制對(duì)象的建立過(guò)程，后續(xù)會(huì)陷入就控制方法而討論控制方法，最終學(xué)生會(huì)感覺(jué)自動(dòng)控制原理大部分內(nèi)容都是數(shù)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，從而失去進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)手段單一

在課程教學(xué)效果評(píng)價(jià)方面，目前我院的評(píng)價(jià)方式主要是以考試為主。以應(yīng)試為主的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，一定程度上忽視了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的考查，無(wú)法體現(xiàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際的能力。工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種以學(xué)生動(dòng)手能力為導(dǎo)向的認(rèn)證體系，其核心目的是提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，尤其是解決工程問(wèn)題的能力。因此在當(dāng)前工程教育認(rèn)證背景下，我院“自動(dòng)控制原理”課程的評(píng)價(jià)方式較為單一，無(wú)法客觀評(píng)價(jià)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

三、教學(xué)方法改進(jìn)

1.注重基礎(chǔ)知識(shí)的回顧

我們從我院“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，從第二章控制對(duì)象的講解開(kāi)始，學(xué)生出現(xiàn)大量知識(shí)點(diǎn)銜接跟不上的情況，尤其涉及拉氏變換、復(fù)變函數(shù)、微分方程和電子元器件數(shù)學(xué)模型等方面內(nèi)容的時(shí)候。學(xué)生普遍反映相關(guān)課程學(xué)習(xí)中沒(méi)有深入講解特定內(nèi)容，現(xiàn)在無(wú)法理解電子器件如何抽象為控制對(duì)象。為了改善現(xiàn)狀，我們有針對(duì)性地對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了補(bǔ)充講解，發(fā)現(xiàn)后續(xù)課程的推進(jìn)順利很多。因此，我們認(rèn)為“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)一定要做好復(fù)習(xí)工作，這樣才能有效利用寶貴的課堂時(shí)間講解控制的相關(guān)內(nèi)容，而先行基礎(chǔ)課程的復(fù)習(xí)工作應(yīng)適當(dāng)讓學(xué)生在課下進(jìn)行。

2.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

“自動(dòng)控制原理”課程本身理論性較強(qiáng)。在授課之后，學(xué)生普遍反映該課程對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，因此有些學(xué)生會(huì)逐漸丟失學(xué)習(xí)的興趣，甚至對(duì)課程本身的內(nèi)容產(chǎn)生反感。我院學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)一般，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)普遍感覺(jué)壓力較大。尤其是在第三章講完時(shí)域分析方法之后，從第四章的根軌跡分析法開(kāi)始到第五章的頻率域分析法，學(xué)生基本很難繼續(xù)跟進(jìn)。針對(duì)該問(wèn)題，我們嘗試從語(yǔ)言表達(dá)方面入手，盡量少用專業(yè)術(shù)語(yǔ)，多使用具體的控制例子，減少公式推導(dǎo)的同時(shí)細(xì)化核心公式的講解，逐步幫助學(xué)生樹(shù)立學(xué)習(xí)的信心。另外，分階段展示控制方法在工程中的使用，可以通過(guò)播放視頻、實(shí)物演示等方式提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這樣可以產(chǎn)生較好的效果。

3.合理使用課件且適當(dāng)使用板書(shū)

課件是當(dāng)前教師和學(xué)生進(jìn)行教學(xué)溝通的主要媒介，課件的優(yōu)勢(shì)在于可以將抽象的知識(shí)點(diǎn)具體化和形象化，有利于學(xué)生理解和接受。但是我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，課件教學(xué)中，學(xué)生可以較快接受課堂內(nèi)容，但是無(wú)法深入領(lǐng)會(huì)其中的含義，無(wú)法掌握其中的要領(lǐng)，尤其是涉及公式推導(dǎo)的部分。因此應(yīng)該采用多樣化的課堂教學(xué)方式，例如，課件和板書(shū)應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容而有選擇地穿插使用，二者進(jìn)行互補(bǔ)。在展示概念和介紹實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)采用課件形式，便于學(xué)生接受抽象知識(shí)點(diǎn)。在涉及公式推導(dǎo)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用板書(shū)，細(xì)化推導(dǎo)過(guò)程，將推導(dǎo)過(guò)程的思路具體化，清晰化。例如，在講解頻域分析法時(shí)，應(yīng)當(dāng)從三角函數(shù)和復(fù)變函數(shù)入手，將具體推導(dǎo)過(guò)程用板書(shū)的形式細(xì)化，以便學(xué)生理解其中的思維邏輯過(guò)程。

4.靈活選擇合適的教學(xué)模式

當(dāng)前主流的教學(xué)模式主要包括三類，分別是“傳遞—接受”教學(xué)模式，“自學(xué)—輔導(dǎo)”教學(xué)模式和“探究—發(fā)現(xiàn)”教學(xué)模式。其中“傳遞—接受”教學(xué)模式更適合于傳統(tǒng)知識(shí)的學(xué)習(xí)，基本概念的講解;“自學(xué)—輔導(dǎo)”教學(xué)模式更適合對(duì)課外延伸知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí);“探究—發(fā)現(xiàn)”教學(xué)模式則適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)控制對(duì)象的學(xué)習(xí)。在“自動(dòng)控制原理”的課程教學(xué)中，教師應(yīng)該根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，有針對(duì)性地選擇不同的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)。

5.教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)化

“自動(dòng)控制原理”課程內(nèi)容的銜接非常緊密，第一部分內(nèi)容主要介紹控制相關(guān)的基本概念，第二部分內(nèi)容主要介紹控制對(duì)象的建模，第三部分內(nèi)容介紹時(shí)域控制方法，第四部分內(nèi)容介紹頻域控制方法，第五部分內(nèi)容介紹PID控制器的設(shè)計(jì)。這五部分內(nèi)容是根據(jù)自動(dòng)控制的系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程和系統(tǒng)分析的難易程度逐層遞進(jìn)的，彼此銜接非常緊密，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的講解都需要在上一環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。在課程開(kāi)始之前，教師就應(yīng)該向?qū)W生清楚介紹整體的課程架構(gòu)，在每個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)始之前，要介紹清楚與上一環(huán)節(jié)的關(guān)系。這樣逐層遞進(jìn)的教學(xué)過(guò)程，會(huì)使學(xué)生對(duì)知識(shí)的把握更加系統(tǒng)化。

6.做好課后答疑工作

“自動(dòng)控制原理”課程的課后答疑是非常必要的。在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在課堂上已經(jīng)接受了的知識(shí)點(diǎn)，一旦進(jìn)行延伸，就會(huì)出現(xiàn)聽(tīng)不懂的現(xiàn)象。究其原因是對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解深度不夠，課下沒(méi)有進(jìn)行練習(xí)，沒(méi)有獨(dú)立對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行思考。針對(duì)該現(xiàn)象，我們嘗試進(jìn)行了定期課堂答疑和課后答疑，課堂答疑時(shí)采用學(xué)生自己講解的方式，課后答疑過(guò)程也需要學(xué)生明確問(wèn)題再對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行思考。這樣的答疑方式主要是為了提高學(xué)生的獨(dú)立思考能力，知識(shí)點(diǎn)只有在獨(dú)立思考之后才能比較牢固地掌握。

四、教學(xué)評(píng)價(jià)體系的改進(jìn)

1.引入學(xué)習(xí)過(guò)程反饋機(jī)制

傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式往往只注重學(xué)習(xí)結(jié)果，而不注重學(xué)習(xí)過(guò)程。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。因此只注重學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)價(jià)方式有失偏頗。我院在“自動(dòng)控制原理”課程評(píng)價(jià)中引入了學(xué)習(xí)過(guò)程反饋機(jī)制。即在每一章節(jié)內(nèi)容結(jié)束之后，挑選知識(shí)點(diǎn)，隨機(jī)選擇學(xué)生代表進(jìn)行匯報(bào)。這樣可以反映平時(shí)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，一定程度上也提高了學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的參與度，提高了學(xué)習(xí)效率。此外，引入學(xué)習(xí)過(guò)程反饋評(píng)價(jià)機(jī)制，也可以提升對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)的客觀性。

2.采取定量和定性結(jié)合的評(píng)價(jià)方式

教學(xué)評(píng)價(jià)就是根據(jù)教學(xué)目的，利用可行的評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)教學(xué)過(guò)程及其預(yù)期的效果給予價(jià)值上的判斷。評(píng)價(jià)教學(xué)效果的指標(biāo)有很多，總體可以分為定量指標(biāo)和定性指標(biāo)兩類。由于教學(xué)活動(dòng)是一個(gè)同時(shí)伴隨教和學(xué)的復(fù)雜過(guò)程，另外考慮到“自動(dòng)控制原理”是一門理論聯(lián)系實(shí)際要求很高的專業(yè)基礎(chǔ)課程。因此，在課程考核過(guò)程中，學(xué)校應(yīng)該采取定性評(píng)價(jià)與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度。

對(duì)理論考試結(jié)果的評(píng)價(jià)，學(xué)?？梢圆捎枚康姆绞竭M(jìn)行，這樣有利于從每個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行評(píng)估，能夠進(jìn)一步細(xì)化評(píng)價(jià)過(guò)程。對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考能力的評(píng)價(jià)、學(xué)生口頭表達(dá)能力的評(píng)價(jià)則要采用定性的方式進(jìn)行。學(xué)生綜合能力的提升是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，這一過(guò)程很難量化，這就需要教師觀察學(xué)生在整個(gè)課程教學(xué)過(guò)程中的表現(xiàn)，多次重復(fù)進(jìn)行評(píng)估，這樣才能比較公正地了解和掌握學(xué)生學(xué)習(xí)能力提升的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

3.采取多元化的評(píng)價(jià)方式

學(xué)校要建立包括學(xué)生自評(píng)、教師評(píng)價(jià)、聽(tīng)課評(píng)價(jià)等的多元化評(píng)價(jià)方式。學(xué)生自評(píng)主要是評(píng)價(jià)自己對(duì)知識(shí)內(nèi)容的掌握情況。學(xué)生通過(guò)自評(píng)可以使學(xué)生自查自省，從自身角度去對(duì)知識(shí)點(diǎn)查漏補(bǔ)缺，檢驗(yàn)自身知識(shí)體系。

教師評(píng)價(jià)應(yīng)該是教學(xué)效果評(píng)價(jià)的主體，教師評(píng)價(jià)主要從學(xué)生的出勤、課堂活動(dòng)參與情況、實(shí)驗(yàn)課動(dòng)手能力、課下作業(yè)完成情況以及課外知識(shí)延伸閱讀的完成情況等方面進(jìn)行。在教師評(píng)價(jià)的過(guò)程中，不單單只是關(guān)注最終考試結(jié)果的定量評(píng)估，還應(yīng)該包括教學(xué)過(guò)程中學(xué)生課堂活動(dòng)的參與情況等定性評(píng)估。只有多元化的評(píng)估方式，才能更客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

聽(tīng)課評(píng)價(jià)一般采取抽查評(píng)價(jià)的方式，由教授委員會(huì)抽派人員進(jìn)行，主要通過(guò)聽(tīng)課、交流等方式，對(duì)教師教學(xué)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，也對(duì)學(xué)生課堂活動(dòng)參與情況進(jìn)行第三方評(píng)價(jià)。聽(tīng)課評(píng)價(jià)應(yīng)該側(cè)重以下幾個(gè)方面。一是對(duì)教師的教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。在課堂教學(xué)中，尤其是“自動(dòng)控制原理”這類課程，應(yīng)該充分備課，授課過(guò)程也應(yīng)該按照進(jìn)度，分主次逐層遞進(jìn)地對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。二是在教學(xué)方法方面，教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表不同的觀點(diǎn)，積極調(diào)節(jié)課堂氣氛，使學(xué)生保持濃厚的學(xué)習(xí)興趣。三是對(duì)學(xué)生課堂活動(dòng)參與情況方面，教師應(yīng)該引進(jìn)加分激勵(lì)機(jī)制，增加實(shí)驗(yàn)考試環(huán)節(jié)，要求學(xué)生對(duì)作業(yè)進(jìn)行講解，提高學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的參與度。

五、結(jié)語(yǔ)

圍繞“自動(dòng)控制原理”課程，文章對(duì)該課程在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行了討論和思考，并初步提出了教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)改進(jìn)的方法。從教學(xué)方法的多元化，教學(xué)評(píng)價(jià)側(cè)重于教學(xué)過(guò)程和建立以學(xué)生為主體的評(píng)價(jià)方式三方面的內(nèi)容進(jìn)行了論述，以盡可能提高學(xué)生綜合素質(zhì)、提升學(xué)生實(shí)踐能力，為后續(xù)專業(yè)課的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

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基金項(xiàng)目：廣西千名中青年骨干教師培育計(jì)劃項(xiàng)目（2018GXQGFB160）資助。2016年廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目“校企共建應(yīng)用型實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的機(jī)制研究和實(shí)踐”（2016JGA373）;2018年廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目“與先進(jìn)制造業(yè)企業(yè)深度合作 打造核心專業(yè)課程模塊嵌入課程體系的應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)模式研究”（2018JGA304）

作者簡(jiǎn)介：馮寶（1986—），男，副教授，博士，從事自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)和科研工作，研究方向：機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別及在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理中的應(yīng)用;

何婧（1986—），女，經(jīng)濟(jì)師，碩士，研究方向：經(jīng)濟(jì)管理與教育教學(xué)。