專業(yè)認(rèn)證背景下控制理論實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

□田 晴

一、工程教育專業(yè)認(rèn)證

高等工程教育是我國(guó)高等教育的重要組成部分，在我國(guó)高等教育體系甚至國(guó)際工程教育中占“三分天下有其一”的地位。工程教育的發(fā)展越來(lái)越強(qiáng)。2016年正式成為“華盛頓協(xié)議”的正式會(huì)員，我國(guó)的高等工程教育鑄就了我國(guó)經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展的根基，為未來(lái)將改變?nèi)虍a(chǎn)業(yè)格局做出了重大貢獻(xiàn)。

工程教育專業(yè)認(rèn)證作為國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種合格性評(píng)價(jià)，是以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向，核心任務(wù)就是要確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，工程教育專業(yè)認(rèn)證要求認(rèn)證專業(yè)要依據(jù)學(xué)生畢業(yè)能力達(dá)成這一核心任務(wù)展開專業(yè)課程體系設(shè)置、師資隊(duì)伍配備、辦學(xué)條件配置。并強(qiáng)調(diào)建立專業(yè)持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，使專業(yè)教育質(zhì)量和專業(yè)教育活力得以保障。

2020年，自動(dòng)化專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證申請(qǐng)得到了工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)的受理，取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。目前正在以評(píng)促建，積極落實(shí)“學(xué)生中心，產(chǎn)出導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”的教育理念，開展自動(dòng)化專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)，其中課程體系建設(shè)是非常重要的一環(huán)，是體現(xiàn)“以學(xué)生發(fā)展為中心”理念的“最后一公里”。

二、課程教學(xué)目標(biāo)

明確控制理論課程的實(shí)踐教學(xué)的課程教學(xué)目標(biāo)，秉持兩個(gè)原則：一是堅(jiān)持工程專業(yè)認(rèn)證的理念“以人為本”“面向產(chǎn)出的成果導(dǎo)向”；二是要支撐畢業(yè)要求的指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成。根據(jù)以上原則，控制理論實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)見表1。

表1 控制理論實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)

三、實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

控制理論實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是自動(dòng)化專業(yè)課程體系的重要組成部分，直接影響專業(yè)認(rèn)證中學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的優(yōu)劣。

圖1 控制理論實(shí)踐教學(xué)體系

課程組提出的立體化、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系主要由四部分構(gòu)成，逐層深入，課堂內(nèi)外結(jié)合，滿足不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的需求，提供時(shí)間、空間、內(nèi)容上的三維自由度。

(一)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層由兩個(gè)平臺(tái)構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)+MATLAB仿真平臺(tái)。基于此，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化完善，形成了適用于不同平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，以電路元件搭建模型的模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行較為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，包括典型環(huán)節(jié)的模擬、二階系統(tǒng)分析，以及培養(yǎng)綜合思維的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以使學(xué)生理解理論與實(shí)踐的有效結(jié)合產(chǎn)生的影響。基于MATLAB的仿真實(shí)驗(yàn)，以拓展學(xué)生的思維為目的，學(xué)生可以不定時(shí)不定場(chǎng)合的開展。兩個(gè)平臺(tái)相互補(bǔ)充，既鍛煉學(xué)生的跳躍思維又增強(qiáng)了動(dòng)手能力。

(二)課外增強(qiáng)層。課外增強(qiáng)層主要體現(xiàn)在到企業(yè)實(shí)習(xí)單位的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、工程師進(jìn)課堂、多學(xué)科融合。組織學(xué)生到企業(yè)實(shí)習(xí)單位進(jìn)行認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，結(jié)合課堂內(nèi)容，有重點(diǎn)有目標(biāo)地參觀學(xué)習(xí)，理論聯(lián)系實(shí)際，有助于促進(jìn)理論知識(shí)的理解與掌握。積極組織企業(yè)工程技術(shù)人員走進(jìn)課堂，與學(xué)生面對(duì)面，介紹工程案例，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐的感官認(rèn)識(shí)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)于先修課程(例如電子技術(shù)、電路)、相關(guān)課程(例如電機(jī)拖動(dòng)、PLC、單片機(jī)原理等)的知識(shí)掌握和動(dòng)手操作，加以引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生相互關(guān)聯(lián)，體會(huì)課程間的聯(lián)系。

(三)深入實(shí)踐層。在前面兩層基礎(chǔ)訓(xùn)練+感官認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，立體化的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)入了初步的工程實(shí)踐環(huán)節(jié)。增加課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生獨(dú)立完成簡(jiǎn)單系統(tǒng)的模型建立、特性分析、控制器設(shè)計(jì)、實(shí)物調(diào)試等環(huán)節(jié)。平臺(tái)結(jié)合實(shí)驗(yàn)箱平臺(tái)與MATLAB仿真平臺(tái)。學(xué)院建立了校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地——自動(dòng)化技術(shù)工程實(shí)訓(xùn)中心，實(shí)現(xiàn)開放管理，為學(xué)生提供了廣闊的空間，可進(jìn)行自主項(xiàng)目選擇、完成課程設(shè)計(jì)、綜合訓(xùn)練等。此外，各級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的申報(bào)也是實(shí)踐教學(xué)體系的重要組成部分。學(xué)生在項(xiàng)目的申報(bào)、材料搜集、設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程中就是一個(gè)小型工程實(shí)踐。

(四)創(chuàng)新擴(kuò)展層。實(shí)踐教學(xué)體系的最高層緊密結(jié)合專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)創(chuàng)新工程實(shí)踐。畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)通過(guò)嚴(yán)格的過(guò)程管理與監(jiān)控，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量；部分學(xué)生可參與到教師科研團(tuán)隊(duì)，參與整個(gè)項(xiàng)目的完成過(guò)程，也是學(xué)生對(duì)理論課程的再升華；課程相關(guān)的各級(jí)競(jìng)賽也為學(xué)生提供了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的空間。

四、實(shí)踐教學(xué)體系的考核機(jī)制

實(shí)踐教學(xué)的考核包括實(shí)驗(yàn)部分的考核和課程設(shè)計(jì)的考核，計(jì)入學(xué)分。

(一)實(shí)驗(yàn)考核。實(shí)驗(yàn)部分是課程內(nèi)學(xué)時(shí)，不單獨(dú)計(jì)成績(jī)。很容易引起的學(xué)生的不重視。考試改革后，實(shí)驗(yàn)部分作為理論課程的資格考試，同時(shí)也計(jì)入總成績(jī)。為全面訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐能力，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中包含兩部分，一是為增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行的模擬訓(xùn)練；二是增強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的能力，增加了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)-MATLAB仿真部分。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的考核：為必修實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成，包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。評(píng)定方法為實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。仿真實(shí)驗(yàn)考核：為開放性自選實(shí)驗(yàn)，在學(xué)校機(jī)房進(jìn)行，完成主要系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。評(píng)定方法為實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或仿真實(shí)驗(yàn)考核都注重學(xué)習(xí)過(guò)程的考核，分為現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)考核+實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，2～3人一組，教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)際操作提問(wèn)2～3個(gè)問(wèn)題，根據(jù)小組的回答情況現(xiàn)場(chǎng)打分。這樣的操作無(wú)形中加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作，會(huì)更認(rèn)真地對(duì)待實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作，會(huì)主動(dòng)考慮實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。

(二)課程設(shè)計(jì)考核。控制理論綜合課程設(shè)計(jì)采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行，基本思路是，按照全面性、典型性、可實(shí)現(xiàn)性的原則，設(shè)計(jì)內(nèi)容基于自動(dòng)控制理論知識(shí)體系。學(xué)生分組選取項(xiàng)目任務(wù)，首先根據(jù)基于性能指標(biāo)的項(xiàng)目要求，小組間自主完成查閱文獻(xiàn)、整體設(shè)計(jì)，完成開題答辯。小組之間協(xié)作完成從系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)論證、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、控制器設(shè)計(jì)、結(jié)果驗(yàn)證、軟件仿真實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)總結(jié)、報(bào)告撰寫等環(huán)節(jié)。

設(shè)計(jì)過(guò)程由學(xué)生自由設(shè)計(jì)，自主掌握，教師從三個(gè)方面進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的考核：開題答辯(20%)+設(shè)計(jì)報(bào)告(40%)+答辯(40%)，考核方式遵循OBE理念，從學(xué)生的成果中反應(yīng)過(guò)程的實(shí)施。評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)報(bào)告或答辯的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化，包括文獻(xiàn)查閱、數(shù)學(xué)模型建立、系統(tǒng)分析、控制策略的選擇、控制器的設(shè)計(jì)、結(jié)果驗(yàn)證、成果總結(jié)、設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫，并向綜合分析問(wèn)題能力，創(chuàng)新思維和應(yīng)變能力方向傾斜。

五、結(jié)語(yǔ)

基于自動(dòng)化專業(yè)的控制理論課程體系，幾門課程之間具有相互關(guān)聯(lián)，教學(xué)目標(biāo)具有相通之處，支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)也不盡相同。構(gòu)建課程群的實(shí)踐教學(xué)體系，有利于更好地開發(fā)教學(xué)手段和教學(xué)方法，各環(huán)節(jié)直接相互關(guān)聯(lián)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)最終的培養(yǎng)目標(biāo)，目的是改善教學(xué)理念，提升教學(xué)質(zhì)量。兩屆學(xué)生已完成控制理論實(shí)踐教學(xué)體系的教學(xué)與實(shí)踐，從學(xué)生的表現(xiàn)和課程成績(jī)來(lái)看，學(xué)生表現(xiàn)出來(lái)較積極的學(xué)習(xí)熱情，課程成績(jī)有明顯的提高。可見實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建對(duì)理論課程的教學(xué)起到了積極的促進(jìn)作用。