專業認證背景下控制理論實踐教學體系的構建

□田 晴

一、工程教育專業認證

高等工程教育是我國高等教育的重要組成部分，在我國高等教育體系甚至國際工程教育中占“三分天下有其一”的地位。工程教育的發展越來越強。2016年正式成為“華盛頓協議”的正式會員，我國的高等工程教育鑄就了我國經濟跨越式發展的根基，為未來將改變全球產業格局做出了重大貢獻。

工程教育專業認證作為國際通行的工程教育質量保障制度，是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。工程教育專業認證是一種合格性評價，是以培養目標和畢業出口要求為導向，核心任務就是要確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求。另外，工程教育專業認證要求認證專業要依據學生畢業能力達成這一核心任務展開專業課程體系設置、師資隊伍配備、辦學條件配置。并強調建立專業持續改進機制，使專業教育質量和專業教育活力得以保障。

2020年，自動化專業的工程教育專業認證申請得到了工程教育專業認證協會的受理，取得了實質性的進展。目前正在以評促建，積極落實“學生中心，產出導向，持續改進”的教育理念，開展自動化專業內涵建設，其中課程體系建設是非常重要的一環，是體現“以學生發展為中心”理念的“最后一公里”。

二、課程教學目標

明確控制理論課程的實踐教學的課程教學目標，秉持兩個原則：一是堅持工程專業認證的理念“以人為本”“面向產出的成果導向”；二是要支撐畢業要求的指標點達成。根據以上原則，控制理論實踐教學目標見表1。

表1 控制理論實踐教學目標

三、實踐教學體系的構建

控制理論實踐教學環節是自動化專業課程體系的重要組成部分，直接影響專業認證中學生培養質量的優劣。

圖1 控制理論實踐教學體系

課程組提出的立體化、創新實踐教學體系主要由四部分構成，逐層深入，課堂內外結合，滿足不同專業、不同層次學生的需求，提供時間、空間、內容上的三維自由度。

(一)基礎實驗層。基礎實驗層由兩個平臺構成，實驗室實驗+MATLAB仿真平臺。基于此，對實驗內容進行優化完善，形成了適用于不同平臺的實驗模塊，以電路元件搭建模型的模擬實驗平臺，進行較為基礎的實驗，包括典型環節的模擬、二階系統分析，以及培養綜合思維的設計性實驗，以使學生理解理論與實踐的有效結合產生的影響。基于MATLAB的仿真實驗，以拓展學生的思維為目的，學生可以不定時不定場合的開展。兩個平臺相互補充，既鍛煉學生的跳躍思維又增強了動手能力。

(二)課外增強層。課外增強層主要體現在到企業實習單位的認識實習、工程師進課堂、多學科融合。組織學生到企業實習單位進行認識實習，結合課堂內容，有重點有目標地參觀學習，理論聯系實際，有助于促進理論知識的理解與掌握。積極組織企業工程技術人員走進課堂，與學生面對面，介紹工程案例，加強學生工程實踐的感官認識。學生在實驗過程中，對于先修課程(例如電子技術、電路)、相關課程(例如電機拖動、PLC、單片機原理等)的知識掌握和動手操作，加以引導，鼓勵學生相互關聯，體會課程間的聯系。

(三)深入實踐層。在前面兩層基礎訓練+感官認識的基礎上，立體化的實踐教學體系進入了初步的工程實踐環節。增加課程設計，要求學生獨立完成簡單系統的模型建立、特性分析、控制器設計、實物調試等環節。平臺結合實驗箱平臺與MATLAB仿真平臺。學院建立了校內實訓基地——自動化技術工程實訓中心，實現開放管理，為學生提供了廣闊的空間，可進行自主項目選擇、完成課程設計、綜合訓練等。此外，各級大學生創新創業項目的申報也是實踐教學體系的重要組成部分。學生在項目的申報、材料搜集、設計、調試過程中就是一個小型工程實踐。

(四)創新擴展層。實踐教學體系的最高層緊密結合專業認證標準，體現創新工程實踐。畢業設計環節通過嚴格的過程管理與監控，提高畢業設計質量；部分學生可參與到教師科研團隊，參與整個項目的完成過程，也是學生對理論課程的再升華；課程相關的各級競賽也為學生提供了創新設計的空間。

四、實踐教學體系的考核機制

實踐教學的考核包括實驗部分的考核和課程設計的考核，計入學分。

(一)實驗考核。實驗部分是課程內學時，不單獨計成績。很容易引起的學生的不重視。考試改革后，實驗部分作為理論課程的資格考試，同時也計入總成績。為全面訓練學生的實踐能力，實驗環節中包含兩部分，一是為增強學生的感性認識，理論與實踐有機結合，在實驗平臺進行的模擬訓練；二是增強學生的計算機設計控制系統的能力，增加了計算機輔助設計-MATLAB仿真部分。

實驗平臺的考核：為必修實驗，在實驗室中實驗平臺上完成，包括驗證性實驗和設計性實驗。評定方法為實驗操作過程的表現和實驗報告。仿真實驗考核：為開放性自選實驗，在學校機房進行，完成主要系統分析和系統設計。評定方法為實驗操作過程的表現和實驗報告。

實驗平臺或仿真實驗考核都注重學習過程的考核，分為現場提問考核+實驗報告考核。學生在實驗過程中，2～3人一組，教師根據學生的實際操作提問2～3個問題，根據小組的回答情況現場打分。這樣的操作無形中加強學生的團結合作，會更認真地對待實驗的預習和實驗操作，會主動考慮實驗中出現的問題。

(二)課程設計考核。控制理論綜合課程設計采用項目驅動方式進行，基本思路是，按照全面性、典型性、可實現性的原則，設計內容基于自動控制理論知識體系。學生分組選取項目任務，首先根據基于性能指標的項目要求，小組間自主完成查閱文獻、整體設計，完成開題答辯。小組之間協作完成從系統方案設計論證、系統建模、系統分析、控制器設計、結果驗證、軟件仿真實現、設計總結、報告撰寫等環節。

設計過程由學生自由設計，自主掌握，教師從三個方面進行課程設計的考核：開題答辯(20%)+設計報告(40%)+答辯(40%)，考核方式遵循OBE理念，從學生的成果中反應過程的實施。評價設計報告或答辯的評分標準細化，包括文獻查閱、數學模型建立、系統分析、控制策略的選擇、控制器的設計、結果驗證、成果總結、設計報告的撰寫，并向綜合分析問題能力，創新思維和應變能力方向傾斜。

五、結語

基于自動化專業的控制理論課程體系，幾門課程之間具有相互關聯，教學目標具有相通之處，支撐的畢業要求指標點也不盡相同。構建課程群的實踐教學體系，有利于更好地開發教學手段和教學方法，各環節直接相互關聯、取長補短，實現最終的培養目標，目的是改善教學理念，提升教學質量。兩屆學生已完成控制理論實踐教學體系的教學與實踐，從學生的表現和課程成績來看，學生表現出來較積極的學習熱情，課程成績有明顯的提高。可見實踐教學體系的構建對理論課程的教學起到了積極的促進作用。