新工科OBE理念下的“自動控制原理”課程教學改革

滿紅 張建民 賀躍幫

[摘 要]該文結合工程教育認證的專業培養新目標，提出以OBE反向設計教育理念為指導，在新工科背景下強調培養學生具備較強的創新實踐能力這一要求的指引下，在講授內容、方法、手段和考核方式等方面進行自動控制原理課程教學改革，并融入思政元素，培養學生的大工程觀，提高了學生學習的積極性、主動性及創新能力，并為相關課程教學質量提升提供一定的參考。

[關鍵詞]自動控制原理;OBE理念;教學改革;新工科;思政設計

[基金項目]2018年度廣東省創新強校特色項目“‘新工科背景下面向智能制造的自動化專業課程體系的重構”（2018GXJK194）;2018年度廣東省創新強校特色項目“‘新工科背景下‘虛擬仿真信息技術在課堂教學中的實踐與改革—以電氣類專業為例”（2018GXJK195）

[作者簡介]滿 紅（1974—），女（滿族），遼寧大連人，博士，五邑大學智能制造學部副教授，主要從事高校教育、智能控制和工業過程控制等研究。

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）33-0192-02[收稿日期] 2020-03-13

一、引言

2016年7月，五邑大學將教學質量提升工程項目作為學校發展的頭等大事。本專業歷時一年多時間的調研、研討及修訂工作并通過工程認證專家組的評審，完成了新的培養方案和教學大綱的修訂。

自動控制原理課程是解決實際復雜系統工程問題的理論基礎，對數學及自然科學的應用能力的培養要求較高。在新工科背景下如果仍然采用以往教師主導的傳統教學模式，學生解決復雜工程問題及團隊合作等的能力很難得到提高，并會使后續課程的學習有一定的困難。因此，探索適合本課程的新教學模式，提高學生解決“復雜工程問題”能力的途徑是需要研究和思考的重點。

二、課程教學中存在的問題

（一）學生特征分析

1.整合知識能力薄弱。該課程涉及到的知識面廣，高等數學、復變函數、大學物理、電路等課程的知識貫穿教學始終，大量公式推導使學生應接不暇，很難將所學內容融會貫通，讓學生覺得內容枯燥、乏味，提不起興趣。

2.學習目的性出現偏差。多數學生很少注意課程的潛在作用，只關注立竿見影的效果，導致學習過程中從現象中定位課程的性質，無法正確理解所學知識的用途。

分析多年教學情況，多數學生對一些簡單公式化的題目能輕松解答，但對實際復雜類工程問題基本上束手無策。

（二）配套教材缺乏

目前“自動控制原理”教材編寫能夠依據新工科要求及OBE理念反向設計思路的還很少，按照解決復雜工程問題的知識主線介紹的更是少之又少，基本上都是按照知識點設置的。雖然任課教師采取了一些新方法進行教學，例如將經典的爐溫、液位以及調速控制系統等引入到點狀知識塊教學中，以便學生能夠理解課程性質和作用，培養學生解決及分析問題的能力，但多數系統簡單易懂，培養學生復雜工程問題的能力這一目標仍然很難達成。

（三）教學手段單一、效果不理想

雖然采用多媒體教學手段，將課程內容中的公式推導及繪圖有很多簡化，但其他內容仍然需要灌輸和復制性教學，難以適應新興產業及經濟發展的需要。而且，考核方式更新不大，很難體現學生創新能力的培養，與新工科理念不太相符。

（四）實踐環節創新程度不夠

教學實驗中很難用實際的對象，只能在實驗箱上模擬現場驗證性和演示性類的實驗，而且還要面臨實驗設備不足的問題。該狀況無法滿足新工科下教學大綱的需求。

三、教學改革方法

結合OBE理念反向設計[1，2]及新工科培養要求，在教學改革上進行了初步探索[3]。

（一）課程培養目標

確定新的教學目標[4]：（1）通過熱點控制系統的講授和互動，使學生在反饋控制方面具備解決復雜工程問題能力;（2）通過專業仿真、實物實驗，使學生對復雜控制系統具備初步分析和設計的專業能力;（3）通過分組報告和課外研學活動等方式，培養學生解決復雜工程問題的社會能力;（4）通過深入挖掘專業知識蘊含的德育元素，培養學生大工程觀和科學思維及創新能力。

（二）教學內容設計

針對自動化類、48學時的“自動控制原理”進行課程教學內容與思政設計[5]。

第1章緒論，通過案例項目，要求學生掌握自動控制系統的組成及工作原理、了解有關概念名詞及術語、掌握反饋控制系統的基本要求。課程思政設計：通過對工業4.0、我國“智能制造2025”、名人軼事及反饋控制思想的闡述，傳遞給學生愛國、敬業、誠信、友愛的精神，踐行社會主義核心價值觀。

第2章連續系統的數學模型，通過案例項目設計，要求學生掌握線性連續系統各類數學模型的求解方法、開環和閉環及誤差傳遞函數的含義及計算。課程思政設計：通過闡述三個概念的相互聯系使學生認識內外兼修的重要性。系統工程共同體中的“合力的重要性”的魅力，體現團結合作之重要性。

第3章時域分析法，通過案例項目設計，要求學生了解自動控制系統的時域指標，掌握一階和二階系統分析與暫態性能指標計算方法;系統穩定性分析;掌握穩態誤差概念，熟練掌握誤差傳遞函數和穩態誤差的計算方法。課程思政設計：從二階系統響應曲線的變化引申到個體的職場決策力、適應能力以及中庸之道，引導學生深思做人之本。

第4章根軌跡法，通過案例項目要求學生掌握線性系統根軌跡的繪制方法，并能通過圖形分析系統穩定性的變化情況，了解主導極點的重要性。課程思政設計：利用認識論的觀點認清主次的區別，取舍之道。自身嚴謹邏輯思維與處理問題遞進層次習慣的關系。認清系統工程共同體的相互聯系。

第5章頻率法，通過案例項目教學，要求學生了解頻率特性的基本概念，掌握其不同的表示方法;掌握最小相位系統伯德圖與傳遞函數之間的關系;了解奈氏穩定判據和系統穩定裕量的物理含義。課程思政設計：引導學生從工程哲學角度思考創新，實事求是，遵規守紀。

（三）教學方法改進

依據新的課程教學目標，逐步形成以學生為中心，教師導向的教學模式。任課教師設置實際熱點控制問題或引導學生自主查找，以此激發學生參與熱情和學習積極性。

另外，嘗試將科研成果引入第二課堂教學當中。五邑大學課外實踐活動一直開展很好，學生覆蓋率為100%。利用該平臺[6]，引導學生申報各類創新項目，提高了學生團隊溝通、項目書撰寫、文獻檢索等技能，在分析、解決問題等方面也取得了不錯的成效。

在課程考核方面，采用平時成績、課外研學、仿真訓練以及案例式期末考核等方式，從訓練學生工程實踐能力、創新能力、強化學生的動手能力和工程意識等方面進行綜合考察，將新時代對工科專業學生的能力要求充分體現出來，合理地評價學生解決復雜工程問題的能力。

（四）持續改進及效果

一般課程組在開課前和結束后都會研討課程培養目標的修訂工作，主要依據直接與學生的交流、輔導員意見搜集、學生評教以及各類群信息反饋等方式搜集反饋意見，從綜合考核結果中分析計算課程達成度的情況。根據反饋意見和課程達成度的情況，在課程教學中不斷優化和配置工程復雜問題的比重，不斷提高學生解決復雜問題的能力。

四、結語

本文總結了“自動控制原理”課程在五邑大學教學質量提升工程項目背景下進行教學改革中所完成的相關工作。結合OBE反向設計教育理念和新工科背景從課程教學目標、教學內容和思政設計、教學方法以及持續改進等每個環節，給出了專業課程在培養學生解決復雜工程問題能力的教學新思路。

參考文獻

[1]李志義.解析工程認證教育專業認證的成果導向理念[J].中國高等教育，2014（17）：7-10.

[2]李志義，朱泓，劉志軍，等.用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究，2014，（02）：29-34+70.

[3]王萬良.“自動控制原理”課程教學中的幾個關鍵問題[J].中國大學教學，2011，8：48-51.

[4]張凱婷，王欣，陳友群.OBE教育理念下的自動控制原理課程教學改革探討[J].電腦知識與技術，2017，13（27）：117-118.

[5]周悅，周魯寧，等.“自動控制原理”課程思政建設探討[J].課程教育研究，2018，（20）：215.

[6]石建平，劉鵬.新工科背景下自動控制原理課程教學改革[J].教育教學論壇，2019，（2）：138-139.

Teaching Reform of Course on Automatic Control Principle under Emerging Engineering OBE Concept

MAN Hong， ZHANG Jian-min， HE Yue-bang

（Faculty of Intelligent Manufacturing， Wuyi University， Jiangmen， Guangdong 529030， China）

Abstract： Combined with the new goal of engineering education certification， this paper puts forward the OBE reverse design education concept as the guidance， and emphasizes the cultivation of students with strong innovative practical ability under the background of emerging engineering. Under the guidance of this requirement， the course on Automatic Control Principle should be reformed in teaching contents， methods， means and examination methods， and integrated into ideological and political elements to cultivate students' view of great engineering. The course reform improves students' enthusiasm， initiative and innovation ability， and can provide some reference for improving the teaching quality of related courses.

Key words： Automatic Control Principle; OBE concept; teaching reform; emerging engineering; ideological and political design