基于自動控制原理的本科專業工程教育“持續改進”方案設計

孫玉梅 陳立宇馨 孫巧妍 王美春 陳祥光

摘要：“持續改進”是工程教育認證通用標準中的第4項指標，為了建立教學過程質量監控機制，本文基于反饋控制原理提出一種“持續改進”的設計方案。首先理解7項通用標準之間的邏輯關系，接著設計實現“持續改進”的方案，最后基于控制原理設計畢業生跟蹤反饋機制及社會評價機制的整體結構。這種基于控制原理的“持續改進”設計方案對于本科專業工程教育認證具有較好的參考價值。

關鍵詞：工程教育；專業認證；本科專業；持續改進；自動控制原理

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0185-03

一、引言

《華盛頓協議》屬于一類國際工程聯盟的教育互認協議，其實質就是工程學士學位的互認協議。2013年6月19日中國科協代表我國加入了《華盛頓協議》，成為預備成員國。為了加入“華盛頓協議”，從2006開始，教育部就啟動了工程教育認證工作，在機械、電氣、計算機、化工4個本科專業開展了試點工作。經過了10年的努力奮斗，于2016年6月在馬來西亞吉隆坡舉行的國際工程聯盟大會上，全票通過了中國成為“華盛頓協議”的正式成員國。這是我國高等教育發展史上一個重要的里程碑。這將促進我國工程教育的進一步改革和改進，實現我國本科工程教育的國際化，提高我國高等教育的國際競爭力。

周紅坊等人論述了成果導向教育的必要性與重要性，強調要明確工程教育目的、人才培養目標，要建立多維度的評價體系。林健提出工程教育認證不僅要接受認證專業的現狀，還要強調該專業必須具有持續改進的機制，由此才能不斷提升教育教學質量。同時指出從五個方面進行工程教育認證的持續改進。柳勤等人結合機械工程專業調查了應屆畢業生、往屆畢業生、用人單位以及第三方的調研情況，構建了畢業生工作情況跟蹤反饋機制，并將其研究成果用于教學目標達成評價以及專業工程教育的持續改進。曹偉等人基于本科工程教育專業認證，針對計算機科學與技術專業的持續改進過程進行探討與實踐，構建有效的教學質量監控體系和評價體系，完善畢業生跟蹤反饋和社會評價機制，促進該專業人才培養質量的不斷提高。劉孝保等人基于專業工程教育認證內容和管理模式，設計了基于數據驅動的實現流程，由此構建了數據驅動決策方法，即給出了一種基于數據驅動的專業工程認證持續改進的模式。朱惠延等人結合校內專業工程教育認證的實際工作，構建了以教學督導監控為主導，監控教學運行過程，監控教師的教學信息，監控學生的學習信息，實現多主體持續改進的內部質量監控體。靳遵龍等人分析了2015版本科專業工程教育認證標準，針對工程教育過程中存在的問題提出了若干解決措施。

二、“持續改進”的設計方案

2015年發布的本科專業的工程教育認通用標準，其包含“學生、培養目標、畢業要求、持續改進、課程體系、師資隊伍、支持條件”七項標準，這七項標準之間的邏輯關系如圖1（本科專業工程教育認證7項通用標準之間的邏輯關系）所示。圖1所示的七項標準既獨立又有關聯性，而這種關聯性具有明確的邏輯關系。各項標準表述簡捷、內涵豐富，反映了以學生為中心的OBE（Outcome based education，簡稱OBE）理念。

在此說明的是：“工程教育認證通用標準”也是在不斷的修訂過程中，“華盛頓協議”成員國的相關專業是依據該“通用標準”制定培養學生的“相關要求”，而這“相關要求”是要涵蓋這七項通用標準。為了易于表述，也將“相關要求”分解為七項，即“S1.學生、S2.培養目標、S3.畢業要求、S4.持續改進、S5.課程體系、S6、師資隊伍、S7.支持條件”。當基于“通用標準”認證某一專業時，除了考察七項通用標準的達成度，還要考察其“質量監控機制”、“定期評價機制”以及“持續改進機制”。因此，基于7項通用標準本科專業實現“持續改進”的關系圖如圖2（基于7項通用標準本科專業實現“持續改進”的關系圖）所示。

在圖2中，七項通用標準有各自涵蓋的內容（如，1.1—1.4，2.1—2.3，3.1—3.12，4.1—4.3，5.1—5.4，6.1—6.5，7.1—7.6）?；诟黜椣鄳臉藴式⒔虒W過程質量監控機制，定期評價課程體系的設置和教學質量，以及評價教學環節對畢業要求的達成狀況；基于多種形式建立畢業生跟蹤反饋機制和有關各方參與的社會評價機制，以評價培養目標的達成狀況；通過案例證明該評價結果能夠用于本專業的持續改進。

自動控制和反饋是自動控制系統中的重要概念。自動控制是在沒有人的干預下，通過檢測裝置和執行裝置，使被控對象或生產過程按照預定的變化規律運行；反饋是通過檢測裝置將系統的輸出量返回到系統的輸入端，與設定值（目標值）進行比較，產生的偏差信號作為控制器的輸入量。

在工業生產過程中，基于偏差進行控制的閉環系統種類很多，雖然它們所完成的控制任務不同，具體控制系統結構不同，但是，基于偏差信號對被控對象進行控制的原理是相同的，其系統結構圖如圖3（自動控制系統結構圖）所示。①測量裝置（傳感器或檢測元件）：檢測現場的被控參數y（t），并將其轉化為標準測量值c（t）；②控制器：根據偏差值的正負、大小及變化情況，按某種預定的控制規律給出控制量u（t）；③執行器：用控制器輸出的u（t），相應地去改變操縱量q（t）；④被控對象：一般是指工業生產中需要進行控制的設備、裝置或生產過程；⑤被控參數：在控制對象中要求按預定規律變化的物理量，即被控制的物理量，也稱被控參數y（t）；⑥擾動（干擾）：在自動控制系統中，干擾又稱擾動f（t）。除控制量以外引起被控參數變化的所有作用因素都可視為干擾；⑦設定（給定）值：指與被控參數工藝規定值相對應的信號值，也稱控制目標值，是控制系統的輸入變量；⑧偏差值：指設定值與被控參數測量值之差，在自動控制系統中，一般規定偏差值e（t）=r（t）-c（t）。

“持續改進”是通用標準中的七項標準之一，它也是本科專業工程教育認證工作中需要常抓不懈的核心工作?！俺掷m改進”不僅給出了該項標準的若干指標點，同時也強調要利用評估結果對教學質量和學生培養工作進行不斷的提高和改進。持續改進的核心是一種可持續性發展的以學生為中心的教學質量改進過程?！俺掷m改進”的目標是：對課程體系設置和教學質量進行定期評價，對培養目標的達成度進行定期評價，并建立能夠證明其評價結果被用于專業的持續改進的有效機制。

通用標準“持續改進”主要包含以下3個方面，即（1）建立教學過程質量監控機制；（2）建立畢業生跟蹤反饋機制以及社會評價機制，對培養目標是否達成進行定期評價；（3）能證明評價的結果被用于專業的持續改進。

限于篇幅，本文只論述基于控制原理如何設計畢業生跟蹤反饋機制以及社會評價機制的方案，以實現培養目標達成度的閉環控制，其系統結構圖如圖4（基于控制原理的畢業生跟蹤反饋機制及社會評價機制結構圖）所示。

根據標準要求專業應構建畢業生跟蹤反饋和社會評價機制。可通過網絡平臺、校友會以及社會等方式跟蹤畢業生的發展狀況，以校友座談用人單位座談、行業/企業代表座談、等方式收集畢業生對專業培養目標、課程體系、支撐條件的意見和修改建議，通過問卷調查、第三方評價機構等方式獲取相關數據，作為評價培養目標是否達成的依據。

三、結論

在本科專業工程教育認證通用標準中，“持續改進”為第4項指標，同時也是促進其他指標不斷完善的一個指標。持續改進（continuous improvement）是一個循環過程，它要求建立教學過程質量監控機制，建立畢業生跟蹤反饋機制以及有高等教育系統以外有關各方參與的社會評價機制，并能證明評價的結果被用于專業的持續改進。本文描述了本科專業工程教育認證7項通用標準之間的邏輯關系，構建了基于7項通用標準本科專業實現“持續改進”的基本關系圖，運用自動控制的基本原理，設計了畢業生跟蹤反饋機制及社會評價機制結構圖，并論述了自動控制系統的4個環節（即，檢測裝置、監控器、執行裝置、被控對象）所對應的認證標準、跟蹤反饋機制及社會評價機制。這種基于“持續改進”的畢業生跟蹤反饋及社會評價機制設計方案對于本科專業工程教育認證具有較好的參考價值。

參考文獻：

[1]劉莉.中國科協加入華盛頓協議[N].科技日報，2013-6-20（1）.

[2]郭偉，張勇，解其云，等.以加入《華盛頓協議》為契機開啟中國高等教育新征程[J].世界教育信息，2017（1）：8-11.