工程教育背景下的過程裝備控制工程基礎考試改革

張蘭　左海強　趙東亞　孫鑫暉

摘要：根據“卓越計劃”和工程教育認證要求，以《過程裝備控制工程基礎》課程為例，闡述了在工程教育背景下工科專業基礎課程的考試改革探索經驗。

關鍵詞：控制工程基礎；考試改革；工程教育

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0078-02

“卓越工程師教育培養計劃”是我國高等工程教育的一項重大改革，其目標是培養一批既能面向工業生產一線，又能全面適應經濟和社會發展需要的創新型高素質人才。“卓越計劃”采用校企聯合培養模式，強調學生的工程實踐能力與創新意識的培養[1]。國際工程教育專業認證是保障工程教育人才培養質量的重要途徑，倡導以學生為中心、以產出為導向和持續改進理念[2]。

考試是教學培養中的重要環節。而傳統的課程考核制度和評價體系往往限制了學生創新思維和工程實踐能力的培養[3]。我校過程裝備與控制工程專業（以下簡稱裝控）2013年獲批教育部“卓越工程師教育培養計劃”專業，并于2018年1月正式通過了工程教育專業認證。本文以《過程裝備控制工程基礎》課程為例，介紹了在工程教育背景下工科專業基礎課程的考試改革探索經驗。

一、現狀分析

《過程裝備控制工程基礎》課程是面向裝控專業的學生在大三上學期開設的一門必修專業基礎課，屬于專業控制類課程模塊的核心單元。該課程旨在使學生熟練掌握經典控制理論的基本概念和基本原理，深入理解和認識控制系統穩定性、準確性和快速性的重要性、影響因素和改進方法，學會運用時域和頻域方法進行控制系統的分析和設計，以及控制系統設計和校正的基本方法。課程理論性強、抽象性高、知識面廣，尤其涉及大量的計算分析。該課程傳統的考核方法“重結果輕過程、重理論輕能力、重記憶輕創新”，帶有應試教育的種種弊端，難以實現工程教育的培養目標。

（一）考試目標定位不準確

由于考試成績與學生綜合測評、工作、保研等息息相關，導致學生為考而學、平時不學、非考不學，學生功利化趨向明顯，一味追求考試分數，僅對考試知識點死記硬背，忽視了學生綜合素質的提高和創新能力的培養，難以激起學生的學習熱情和動力。

（二）考試形式單一

考試評定主要以期末閉卷考試為主，參考部分平時成績。這種期末集中考核的方式，催生了部分學生臨考突擊抱佛腳的惡習。平時成績僅包括出勤和作業，由于有少數同學是課堂上人到心不到的低頭一族，也時有互相借鑒抄襲或抄襲參考答案的應付作業現象，難以做到合理評價與督促管理。這種以單一集中考試為主的考核方式，難以評價所有學生的全過程學習效果，更難以客觀考察學生的創新能力和工程素養。

（三）考試內容單一

考試內容側重于知識檢驗，而忽視能力考核。考試的內容一般多呈現對教學內容的考核，比如基本概念、一階和二階系統動態特性分析、穩定性分析與誤差分析等，對于學生的實踐能力尤其是解決實際問題的能力、創新能力等綜合素質的考察不足。這種考試以再現課堂所學知識為主，強調知識的理解和記憶，容易導致學生死記硬背應付考試，從而限制了學生創新思維、實踐能力和知識綜合運用能力的發展。

（四）缺乏過程監督

過于偏重課程結束時的測評，著重于通過懲戒的方式督促學生學習，忽略了對課程學習進展過程的監管。課程的學習過程是一個動態持續的過程，因此考核評價活動應貫穿于整個教學活動中。通過建立全過程的考核機制，才能夠及時掌握學生在課程學習的整個過程中的學習情況，獲取改進教學的反饋信息，持續引導、督促、監督、激勵學生學習與能力培養。

二、改革理念及實施方案

根據工程教育的培養目標與本門專業課程的教學目標，針對上述傳統考核方法的不足，本課程考試改革采用了基于過程考核的多元化考核方法，分階段、全過程檢驗學生的理論知識綜合運用能力、分析解決工程實際問題的能力，引導學生從注重知識的應試學習向注重解決工程問題、培養創新能力轉變，建立以考察學生實踐能力與創新精神為重點的考核評價體系。具體而言，改革方案主要包括以下幾個方面。

（一）突出過程監督的多元化考試方法改革

將平時基于能力素質鍛煉培養的過程性考核與期末的綜合性考試有機結合，對學生學習狀態、學習效果和教學目標的達成情況全面動態監控。平時成績除了包括考勤和作業之外，增加隨堂測驗、期中考試、調查報告、工程實例控制仿真分析等多元化的考核形式，設計了全過程監督的考試評價方案。

（二）知識檢驗與能力考核并重的考試模式改革

專業課既要考查學生對基本理論、基本知識和基本技能的掌握情況，更需要注重考查學生工程實踐能力和解決問題的能力，必須及時將基本知識點與工程應用實例結合地引入教學與考核評價中來。因此，從考試內容著手，優化考試試題設計。首先，在試卷結構上，減少選擇、填空、判斷等客觀題比例（不超過20%），增加實際工程案例分析與系統設計應用類題目比例。其次，由于課程理論性較強，計算分析多，需要學生記憶的公式也多。因此，在試卷形式上，可直接在卷后附上拉普拉斯變換數學公式、二階系統性能指標計算公式，引導學生重視知識理解和應用。最后，結合工程實例，精心設計試卷題目的考核點。以二階系統動態特性為例，課程教材[4]的例題習題是以零初值求解，而以實際工程問題為背景的試題題目中均是非零初值的，考核學生能否在深刻理解傳遞函數概念中“零初始條件”的基礎上，綜合應用所學的時域分析基本方法，分析解決復雜工程問題并獲取有效結論的能力。

（三）強化分析與設計能力培養的仿真實踐考核改革

工程教育一直重視培養學生的動手實踐能力。一方面，教學院系近年來購置了多臺套的過程裝置控制綜合實驗設備，以提供給學生更多的動手實踐訓練；另一方面，計算機仿真由于其方便快捷、靈活直觀的特點，能在較短時間內激發學生的學習興趣。目前，在自動控制領域，MATLAB軟件因其具有可視化編程能力、良好的圖形用戶界面和強大的繪圖功能、豐富的工具箱及Simulink控制仿真平臺，是國內外控制工程基礎課程學習的首選工具[5]。以往的教學過程中由于受制于授課學時有限，所設置的仿真實驗簡單驗證類題目多而分析設計類題目少，很多學生照葫蘆畫瓢，知其然不知其所以然。目前，借助于我校統一的石大云課堂平臺，將教材[4]上MATLAB軟件控制仿真的基本使用操作及命令函數，錄制成相應的教學播客單元，由學生線下學習并完成相應的簡單驗證類題目，線上根據教學進度安排隨堂討論。同時，結合工程實例設置綜合分析與設計類題目，例如三相分離器控制分析與仿真、連續攪拌加熱罐的動態特性分析與溫度控制等，考察學生的實踐創新應用能力。

（四）綜合考核評分方法改革

突出過程化監督，優化調整多元化考試成績所占比例，增加平時考核成績比例。課程成績具體包括10%平時作業、15%課堂測驗、10%期中考核、15%控制實踐仿真、50%期末考試。從激發學生創新與能力培養方面考慮，對控制實踐仿真環節中所體現出的獨立思考和創新在考試評定時給予加分鼓勵。制定平時作業、測驗、實踐仿真環節的評分標準，確保平時成績評定的合理性與公正性，激發學生學習的主動性和積極性，促使學生由應試學習向解決工程實際問題、培養創新能力自主自發轉變。

三、結語

考試改革方案經過裝控專業卓越班兩輪的實施，取得了初步的成效，提高了學生的學習積極性，培養了學生自主學習能力、獨立思考解決實際問題能力，一定程度上解決了學生死記硬背應付考試而學的頑疾，促進了學生工程意識和創新能力的培養與提高。同時，也促使主講教師不斷提高自身的教學素養，由傳授知識為主轉變為提高學生工程應用能力為主，持續改進提高教學質量。

參考文獻：

[1]林健.“卓越工程師教育培養計劃”質量要求與工程教育認證[J].高等工程教育研究，2013，（06）：49-61.

[2]林健.工程教育認證與工程教育改革和發展[J].高等工程教育研究，2015，（02）：10-19.

[3]楊澤慧，叢楊，周國權.卓越工程師課程教學的“四化”考核評價體系[J].高等工程教育研究，2015，（02）：182-186.

[4]董景新.控制工程基礎（第4版）[M].清華大學出版社，2015.

[5]楊建華，劉后廣.機械類本科生《控制工程基礎》課程中美教學情況對比及啟示——以中國礦業大學和密歇根大學（安娜堡）為例[J].教育教學論壇，2018，（25）：38-40.