從工程教育認證視角探討 “自動控制原理”課程教學方法及教學評價體系的改進

馮寶　何婧

摘 要：工程教育認證的主要目的是建立以成果為導向的教育成果評價方式。文章結合“自動控制原理”這門自動化專業的專業基礎課，在工程教育認證背景下，對“自動控制原理”課程教學中存在的問題展開分析和討論，初步提出改進方法，并從教學方法、教學評價體系兩個方面進行了探索，提出了利用多元化的教學手段和建立更加客觀的教學評價體系，以進一步培養和提高自動化專業學生的綜合能力。

關鍵詞：“自動控制原理”;教學方法;教學評價體系

中圖分類號：G642.41

文章編號：2095-624X（2019）24-0135-03

一、引言

自動控制原理是自動化專業的專業基礎課，它綜合了高等數學、電路分析、大學物理等課程內容，是自動化專業本科生進入專業領域進行學習的前期必修課程[1][2]。自動控制原理主要介紹控制的基本概念、基本原理及基本的分析方法，培養學生掌握控制過程中工程的邏輯思維模式。

工程教育專業認證是一種以成果為導向的教育成果評價方式[3][4]。它不同于傳統教育模式中以教師為中心的教學方法，而是開展以學生為中心，以成果為核心導向，旨在提高學生綜合學習能力的一種專業考核方式。在工程教育專業認證背景下，結合自動控制理論的專業學習，探索如何從專業基礎課層面，培養學生的邏輯思維，提升學生對專業知識的學習能力，這些對學生后續專業課程的學習至關重要。

二、當前教學方法及評價手段存在的問題

工程教育專業認證是一種需求導向型的教育認證方式，重視學生綜合素質和學習能力的培養，這恰恰是當前大學生所欠缺的。現以桂林航天工業學院（以下簡稱我院）的自動控制原理課程教學為例，從工程教育認證的角度探討目前自動控制原理的教學方法及評價方式存在的問題。

1.對專業知識的學習缺乏深度理解

工程教育專業認證要求學生具備較強的動手能力和嚴密的邏輯思維能力。這就要求學生能夠對所學的控制概念、控制方法有深入的理解，能夠理解概念和方法對應的工程現象。然而“自動控制原理”課程教學中涉及了較多的數學知識，同時又需要結合電路分析等具體工程問題去構建控制對象，理解控制過程。這一學習過程不僅要求學生具備一定的數學基礎，同時也要求學生對電路等先行課程的基本原理和建模過程有較深入的理解。因此數學和電路基礎較差的學生在學習過程中會比較吃力，無法理解如何從具體的電路器件抽象為一個控制模型，由于對所學的專業知識缺乏理解，他們面對實際工程問題往往束手無策。

2.專業技能實踐機會偏少

“自動控制原理”課程的教學分為理論課和實驗課兩個部分。然而在實際教學中，教師主要以理論課的教學為主，實驗課為輔，且實驗課是在理論課結束之后進行的，實驗課講解也以Maltab仿真為主。然而縱觀自動化專業在整個大學階段的課程體系，會發現“自動化控制原理”是非常重要的一環，它是公共基礎課與專業課的紐帶。它將公共基礎課的知識從專業的角度進行講解，例如，其中涉及的大量與控制相關的內容都是從高等數學的角度去對電子器件進行建模。因此加深對“自動控制原理”深入理解是非常必要的。在學習過程中，學生需要提高理論聯系實際的能力，如果無法明確控制對象的建立過程，后續會陷入就控制方法而討論控制方法，最終學生會感覺自動控制原理大部分內容都是數學的相關內容，從而失去進一步學習的興趣。

3.教學評價手段單一

在課程教學效果評價方面，目前我院的評價方式主要是以考試為主。以應試為主的教學評價方式，一定程度上忽視了對學生動手能力的考查，無法體現學生對所學理論聯系實際的能力。工程教育專業認證是一種以學生動手能力為導向的認證體系，其核心目的是提升學生的綜合素質，尤其是解決工程問題的能力。因此在當前工程教育認證背景下，我院“自動控制原理”課程的評價方式較為單一，無法客觀評價學生解決實際問題的能力。

三、教學方法改進

1.注重基礎知識的回顧

我們從我院“自動控制原理”課程教學過程中發現，從第二章控制對象的講解開始，學生出現大量知識點銜接跟不上的情況，尤其涉及拉氏變換、復變函數、微分方程和電子元器件數學模型等方面內容的時候。學生普遍反映相關課程學習中沒有深入講解特定內容，現在無法理解電子器件如何抽象為控制對象。為了改善現狀，我們有針對性地對數學基礎知識進行了補充講解，發現后續課程的推進順利很多。因此，我們認為“自動控制原理”課程教學一定要做好復習工作，這樣才能有效利用寶貴的課堂時間講解控制的相關內容，而先行基礎課程的復習工作應適當讓學生在課下進行。

2.激發學生的學習熱情

“自動控制原理”課程本身理論性較強。在授課之后，學生普遍反映該課程對數學基礎要求較高，因此有些學生會逐漸丟失學習的興趣，甚至對課程本身的內容產生反感。我院學生的數學基礎一般，學生學習起來普遍感覺壓力較大。尤其是在第三章講完時域分析方法之后，從第四章的根軌跡分析法開始到第五章的頻率域分析法，學生基本很難繼續跟進。針對該問題，我們嘗試從語言表達方面入手，盡量少用專業術語，多使用具體的控制例子，減少公式推導的同時細化核心公式的講解，逐步幫助學生樹立學習的信心。另外，分階段展示控制方法在工程中的使用，可以通過播放視頻、實物演示等方式提升學生的學習興趣，這樣可以產生較好的效果。

3.合理使用課件且適當使用板書

課件是當前教師和學生進行教學溝通的主要媒介，課件的優勢在于可以將抽象的知識點具體化和形象化，有利于學生理解和接受。但是我們在教學過程中發現，課件教學中，學生可以較快接受課堂內容，但是無法深入領會其中的含義，無法掌握其中的要領，尤其是涉及公式推導的部分。因此應該采用多樣化的課堂教學方式，例如，課件和板書應該根據教學內容而有選擇地穿插使用，二者進行互補。在展示概念和介紹實驗結果的時候，應當采用課件形式，便于學生接受抽象知識點。在涉及公式推導時，應當采用板書，細化推導過程，將推導過程的思路具體化，清晰化。例如，在講解頻域分析法時，應當從三角函數和復變函數入手，將具體推導過程用板書的形式細化，以便學生理解其中的思維邏輯過程。

4.靈活選擇合適的教學模式

當前主流的教學模式主要包括三類，分別是“傳遞—接受”教學模式，“自學—輔導”教學模式和“探究—發現”教學模式。其中“傳遞—接受”教學模式更適合于傳統知識的學習，基本概念的講解;“自學—輔導”教學模式更適合對課外延伸知識內容的學習;“探究—發現”教學模式則適合實驗教學中對控制對象的學習。在“自動控制原理”的課程教學中，教師應該根據不同的教學內容，有針對性地選擇不同的教學方式進行教學。

5.教學內容系統化

“自動控制原理”課程內容的銜接非常緊密，第一部分內容主要介紹控制相關的基本概念，第二部分內容主要介紹控制對象的建模，第三部分內容介紹時域控制方法，第四部分內容介紹頻域控制方法，第五部分內容介紹PID控制器的設計。這五部分內容是根據自動控制的系統構建過程和系統分析的難易程度逐層遞進的，彼此銜接非常緊密，任何一個環節的講解都需要在上一環節的基礎上進行。在課程開始之前，教師就應該向學生清楚介紹整體的課程架構，在每個環節開始之前，要介紹清楚與上一環節的關系。這樣逐層遞進的教學過程，會使學生對知識的把握更加系統化。

6.做好課后答疑工作

“自動控制原理”課程的課后答疑是非常必要的。在教學過程中，我們發現學生在課堂上已經接受了的知識點，一旦進行延伸，就會出現聽不懂的現象。究其原因是對知識點的理解深度不夠，課下沒有進行練習，沒有獨立對該知識點進行思考。針對該現象，我們嘗試進行了定期課堂答疑和課后答疑，課堂答疑時采用學生自己講解的方式，課后答疑過程也需要學生明確問題再對該問題進行思考。這樣的答疑方式主要是為了提高學生的獨立思考能力，知識點只有在獨立思考之后才能比較牢固地掌握。

四、教學評價體系的改進

1.引入學習過程反饋機制

傳統的評價方式往往只注重學習結果，而不注重學習過程。在工程教育專業認證背景下，教學的主要目的是培養學生的綜合能力和動手實踐能力。因此只注重學習結果的評價方式有失偏頗。我院在“自動控制原理”課程評價中引入了學習過程反饋機制。即在每一章節內容結束之后，挑選知識點，隨機選擇學生代表進行匯報。這樣可以反映平時學生對知識點的掌握情況，一定程度上也提高了學生在教學過程中的參與度，提高了學習效率。此外，引入學習過程反饋評價機制，也可以提升對學生學習效果評價的客觀性。

2.采取定量和定性結合的評價方式

教學評價就是根據教學目的，利用可行的評價技術對教學過程及其預期的效果給予價值上的判斷。評價教學效果的指標有很多，總體可以分為定量指標和定性指標兩類。由于教學活動是一個同時伴隨教和學的復雜過程，另外考慮到“自動控制原理”是一門理論聯系實際要求很高的專業基礎課程。因此，在課程考核過程中，學校應該采取定性評價與定量評價相結合的方法，以提高評價結果的可信度。

對理論考試結果的評價，學校可以采用定量的方式進行，這樣有利于從每個知識點對學生的掌握情況進行評估，能夠進一步細化評價過程。對學生獨立思考能力的評價、學生口頭表達能力的評價則要采用定性的方式進行。學生綜合能力的提升是一個復雜的過程，這一過程很難量化，這就需要教師觀察學生在整個課程教學過程中的表現，多次重復進行評估，這樣才能比較公正地了解和掌握學生學習能力提升的動態過程。

3.采取多元化的評價方式

學校要建立包括學生自評、教師評價、聽課評價等的多元化評價方式。學生自評主要是評價自己對知識內容的掌握情況。學生通過自評可以使學生自查自省，從自身角度去對知識點查漏補缺，檢驗自身知識體系。

教師評價應該是教學效果評價的主體，教師評價主要從學生的出勤、課堂活動參與情況、實驗課動手能力、課下作業完成情況以及課外知識延伸閱讀的完成情況等方面進行。在教師評價的過程中，不單單只是關注最終考試結果的定量評估，還應該包括教學過程中學生課堂活動的參與情況等定性評估。只有多元化的評估方式，才能更客觀地反映學生的學習效果。

聽課評價一般采取抽查評價的方式，由教授委員會抽派人員進行，主要通過聽課、交流等方式，對教師教學狀況進行評價，也對學生課堂活動參與情況進行第三方評價。聽課評價應該側重以下幾個方面。一是對教師的教學準備、教學內容和方法進行評價。在課堂教學中，尤其是“自動控制原理”這類課程，應該充分備課，授課過程也應該按照進度，分主次逐層遞進地對知識點進行講解。二是在教學方法方面，教師應該鼓勵學生發表不同的觀點，積極調節課堂氣氛，使學生保持濃厚的學習興趣。三是對學生課堂活動參與情況方面，教師應該引進加分激勵機制，增加實驗考試環節，要求學生對作業進行講解，提高學生在教學過程中的參與度。

五、結語

圍繞“自動控制原理”課程，文章對該課程在工程教育專業認證背景下的教學方法和教學評價進行了討論和思考，并初步提出了教學方法和教學評價改進的方法。從教學方法的多元化，教學評價側重于教學過程和建立以學生為主體的評價方式三方面的內容進行了論述，以盡可能提高學生綜合素質、提升學生實踐能力，為后續專業課的進一步學習打下基礎。

參考文獻：

[1]周武能，石紅瑞.自動控制原理教學改革與實踐[J].教學研究，2010（1）：63-66.

[2]盛守照，葉馮超，孫臣武.“自動控制原理”實驗設計與教學改革思考[J].電氣電子教學學報，2017（1）：131-134.

[3]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（2）：10-19.

[4]張學洪，張軍，曾鴻鵠.工程教育認證制度背景下的環境工程專業本科教學改革啟示[J].中國大學教學，2011（6）：37-39.

基金項目：廣西千名中青年骨干教師培育計劃項目（2018GXQGFB160）資助。2016年廣西高等教育本科教學改革工程項目“校企共建應用型實踐教學平臺的機制研究和實踐”（2016JGA373）;2018年廣西高等教育本科教學改革工程項目“與先進制造業企業深度合作 打造核心專業課程模塊嵌入課程體系的應用技術型人才培養模式研究”（2018JGA304）

作者簡介：馮寶（1986—），男，副教授，博士，從事自動化專業的教學和科研工作，研究方向：機器學習、模式識別及在生物醫學信號處理中的應用;

何婧（1986—），女，經濟師，碩士，研究方向：經濟管理與教育教學。