《自動控制原理》課程考核改革

李政清

三亞學院理工學院，海南 三亞 570200

《自動控制原理》是儀器類專業(yè)學生必修的一門專業(yè)核心課，它是學習自動控制理論基本知識和基本規(guī)律的基礎，對于培養(yǎng)具有一定科學素養(yǎng)的高層次應用型人才有著重要作用?！蹲詣涌刂圃怼芳纫髮W生對知識掌握牢固，又要求學生具有分析問題和解決問題的能力，所以也具有一定綜合性和實踐性。

但是目前一些高校在《自動控制原理》教學中還存在著一些不足。第一，由于控制系統(tǒng)技術快速發(fā)展迭代，控制系統(tǒng)的相應理論和方法也在更新，教材內容相對來說較為滯后，內容更新不夠及時。而且課時不足，多數(shù)學校開設理論48學時，實驗16 學時。第二，設備條件有限?！蹲詣涌刂圃怼肥且婚T實踐性較強的課程，需要在實驗室中進行模擬實驗和控制調試。但實驗設備的更新?lián)Q代較慢，導致學生無法體驗最新的控制系統(tǒng)技術。第三，理論與實踐脫節(jié)。教學內容主要集中在數(shù)學模型、控制算法等理論方面，實際應用與案例分析比較缺乏，學生難以將理論知識與實際問題相結合，無法深入體驗控制系統(tǒng)的真實運作。實驗實踐環(huán)節(jié)薄弱，實驗設計不合理。第四，教學方法單一、課堂環(huán)境枯燥。目前主要采用口頭講述、幻燈片演示等單一的教學方法，缺乏交互性和互動性，課堂中的工程應用案例相對較少。第五，課程考核方式單一，主要以筆試為主且以閉卷方式進行。文章主要針對傳統(tǒng)考試模式進行改革探索：一是改變考試內容、形式和題型并采用多種方式相結合；二是將實踐能力培養(yǎng)與知識應用及工程意識培養(yǎng)緊密結合；三是以定性考核結果為主的定量考核等多種考核方式相結合。

一、傳統(tǒng)課程考核存在的問題

現(xiàn)有課程考核方式主要包括平時成績、期中考試和期末考試。期中測試主要針對學生在一段時間內對課程的掌握程度，期末考試重點考核學生在本門課程的學習過程中取得的成績，平時成績主要由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、考勤和實驗實踐等組成。

在現(xiàn)有考核方法中，傳統(tǒng)課程的期末考核方式仍然采用單一性方式進行考核。這種單一模式主要是以學生期末考試作為課程考試成績評定依據(jù)。這種以期末成績?yōu)橹鲗У姆椒ú粌H給高校學生帶來了較大影響，也使高校教師疲于應付各類教學檢查。此外，由于傳統(tǒng)考核方法過于重視期末測試，而忽略平時教學中對于學生專業(yè)知識掌握情況等各方面內容的考查，造成了對部分知識點、重點知識掌握不牢固的情況出現(xiàn)。

因此，傳統(tǒng)課程考核方法也存在著問題。第一個方面是考核方式的單一性。傳統(tǒng)的大學考核方式通常都是閉卷考試，這種考試方式只能考查學生部分能力，沒有突出過程性評價和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的考查。學生在接受這種考試方式的過程中，學到的內容也很快遺忘，不能形成長久的知識積累和深度思考能力。第二個方面是考試內容的缺乏新意。傳統(tǒng)考試的內容往往與實際應用脫離，很難激發(fā)學生的學習興趣。學生只知道應付考試，對于學科本身的興趣和研究深度的提升沒有得到體現(xiàn)。學生之間的比較也只局限于分數(shù)上的高低，不能全面評價學生的個人成長過程。第三個方面是考試區(qū)分度不高。傳統(tǒng)的考試方式很少考慮到學生在學習上的不同情況，使得在考試時，學生成就感大打折扣，容易喪失學習動力和興趣，沉溺于精神狀態(tài)的失落和壓力之中。

為此，提出了基于過程評價方法的課程考核改革方案，以學生學習過程中表現(xiàn)為依據(jù)，對其學業(yè)成績進行綜合評價；以量化成績?yōu)橐罁?jù)進行過程性評價，并根據(jù)實際情況增加創(chuàng)新精神和實踐動手能力等評價要素。

二、課程考核改革方案

該課程考核改革方案，包括建立學生平時成績考核體系，對課程的教學過程進行改革，設計了課程考核的量化體系。

一門課程的學習不單單是一個結果，而應該是一個完整過程。整個教學過程是否合理決定了學生學習效果的好壞，與之對應的考核應該在整個教學過程中得到體現(xiàn)。在建立平時成績考核體系時，應遵循三個原則。一是科學性原則。為了讓學生的平時成績反映他們在課上的真實表現(xiàn)，需要建立一個科學的評價體系?？茖W平時成績評價體系需要有明確的考核標準和方法，規(guī)范評價的過程，建立嚴密的評價機制，以確保學生所得的平時成績能真正反應學生在課程中的學習水平和掌握程度。此外，考核的內容也應該與課程的教學目標相關，可以包含課堂表現(xiàn)、作業(yè)、小組討論、實驗報告、項目、考勤等多種考核形式，根據(jù)實際情況合理選擇并衡量。二是公平性原則。平時成績作為一種重要的評價方法，必須確保其公平性。要讓每個學生都有在平時得到成績的機會。應該考慮到不同學生的基礎水平、文化背景、學習能力等個體差異，為所有學生提供平等的機會來表現(xiàn)自己。此外，如果部分同學考試作弊，那么成績要進行糾正。三是有效性原則。為了能夠引起足夠的重視，平時成績必須確保能充分發(fā)揮作用。平時成績作為學生綜合成績的一個組成部分，應該和其他成績的權重合理平衡。平時成績應該在一定程度上起到“提醒者”的作用，促使學生在課上更認真聽講，更積極完成課程中的作業(yè)和項目。同時，平時成績還應該反映出每個學生的實際學習情況，為老師和學生提供有用的反饋。

根據(jù)新工科人才培養(yǎng)要求，課程總體評價應從知識、能力和素質全方位評價［1］?！蹲詣涌刂圃怼氛n程的平時成績占到總成績的一半。即，平時成績= 章節(jié)測驗（10%）+ 考勤（10%）+ 實驗報告（50%）+課堂表現(xiàn)（10%）+課后作業(yè)（10%）+加減分項（10%）。章節(jié)測驗主要集中在第三、四、五章進行，這三章內容屬于課程的重難點。課后作業(yè)主要針對當堂課中的知識點進行有效練習。對于課堂個別問題的提問或回答、解決具有突出創(chuàng)意的（或不同于教師所授方法），可每次加1 ～2 分，記入平時成績（以平時成績折算后總分50 分計，直至加滿50 分為止）。

量化綜合測評和過程性考核是針對學生進行的過程性考核，也就是以量化成績?yōu)橐罁?jù)對學生進行綜合評價。量化綜合測評即從學習成果、素質能力和發(fā)展?jié)摿Φ确矫孢M行評價，該過程性考核包括課程成績和平時成績兩個方面。課程成績由課堂教學表現(xiàn)、實驗作業(yè)完成情況及課堂提問表現(xiàn)組成。過程性考核的方式也是通過量化評價與過程性考核相結合，從而達到綜合評價。

綜合考試以期末測試為主、平時測試為輔。具體步驟，第一，學生在課堂教學時先進行實驗理論學習，之后將所學知識應用到實踐操作中。第二，在此基礎上可以讓學生進行課程作業(yè)以及課外調研報告的撰寫，并將其按照所學知識點進行分類并形成書面材料交由任課教師，該部分量化結果可作為期末考核成績。

在講授學習第三章時域分析法中，一階、二階系統(tǒng)的時域分析是這一章的重點。一階系統(tǒng)相對簡單，而二階系統(tǒng)是理解的難點。通過對暫態(tài)性能指標、穩(wěn)態(tài)性能指標的闡釋，學生可以加深對這一知識點的理解和把握。常規(guī)考試中，多是對于暫態(tài)性能指標的求解。例如，已知控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：，要求求解出上升時間tr、峰值時間tp、調整時間和最大超調量這幾個指標。學生只有牢記這些指標的計算公式，才能求出最終結果。通過調查分析發(fā)現(xiàn)，學生即使可以得到滿分，很多同學對于該知識點的理解還是片面的，不深刻的。因為在工程運用中，二階甚至是高階系統(tǒng)的性能，通過圖形方式直觀表示出來才是合乎實際的，才更符合工程師的運用場景。所以，在考核改革中，弱化直接利用計算公式求解，將該知識點融入實驗考核部分，利用Matlab 作圖，讓暫態(tài)性能指標直接顯示在圖形中。變化后的題型例如，已知控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：，作出其單位脈沖響應曲線，并與該系統(tǒng)的單位階躍響應曲線比較。學生編寫程序，得到兩條對比曲線，如下圖1 所示。

圖1 兩種曲線對比圖

通過觀察圖形，在經過同一傳遞函數(shù)后，可以清晰看出兩種響應曲線不同，脈沖響應相比于階躍響應，振蕩較為明顯。這種形式有助于學生理解脈沖響應和階躍響應的本質。

更進一步，二階系統(tǒng)中有一個重要的系數(shù)為阻尼比（ξ），當ξ 為不同值時，所對應的響應具有不同的形式。ξ=0 時為零阻尼，ξ>1 時為過阻尼，ξ=1 時為臨界阻尼，0<ξ<1 時為欠阻尼。

上述范例中的系統(tǒng)不變，修改參數(shù)，要求分別實現(xiàn)ξ=0.25、ξ=1、ξ=2 的單位脈沖響應曲線，觀察結果作出結論。學生利用程序可作出圖，如下圖2 所示。

圖2 單位脈沖響應曲線

分析上圖，對于欠阻尼系統(tǒng)，由于單位脈沖響應是單位階躍響應的導數(shù)，單位脈沖響應曲線與時間軸第一次相交之點對應的時間一定是峰值時間，而從t=0到t=tp這段時間與時間軸所包圍的面積將等于1+σ%，并且單位脈沖響應曲線與時間軸包圍的面積代數(shù)和等于［2］。

在過阻尼和臨界阻尼曲線中，臨界阻尼具有最短的上升時間，響應速度最快。在欠阻尼曲線中，阻尼比越小，超調量越大，上升時間越短，這樣學生可以更容易理解在工程中取ξ=0.4 ～0.8合適，此時超調量適度，調節(jié)時間較短。通過變化考查形式，學生對于時域性能指標有了更深層次的認識和理解。

此外，還要因材施教、有的放矢。通過對不同水平的、不同能力的同學，采取不同教學方法、改變單一性考核方式等形式，加強對學生能力培養(yǎng)，提高其綜合素質和學習興趣等方面的考查。

三、改革前后教學效果對比

新高考改革前，課程考核總分為100 分，平均分為69.3 分。改革后，學生在課堂上參與度明顯提高、上課注意力更加集中，對于課堂中的難點、重點問題也更容易理解；教師在教學時對實驗操作流程進行了細化，更加有利于對學生進行實驗操作指導，隨著教學考核形式的變化，也進一步提高了教師對教材內容的理解以及對教材內容與形式之間關系的把握；學生在平時的實驗室工作中與教師配合程度越來越高，并且學生積極參與到實驗室工作中去；此外，有更多的時間投入到科研之中。

從以上實驗改革前后學生成績對比，我們可以看出，該考核方案不但能全面、客觀地對學生進行能力測試，還能讓學生在實踐過程中學到更多的知識、培養(yǎng)其專業(yè)能力，從而提高實踐教學效果。

四、結語

該課程考核改革是在傳統(tǒng)的教學模式下對現(xiàn)行課程的考核方式進行的一次嘗試。通過改革，不但使學生能夠了解本課程所涉及的主要內容和主要思想，而且能夠運用已有知識來解決本專業(yè)實際問題。該考核方案能夠充分體現(xiàn)出學生的學習過程和實際水平等方面，也能更好地對不同層次、不同水平的學生進行評價，從而進一步提高課堂教學質量和教學效果。