“自動控制原理”課程目標達成度統計分析與持續改進

申富媛 李 煒 劉微容 蔣棟年 毛海杰

“自動控制原理”課程目標達成度統計分析與持續改進

申富媛1,2,3李 煒1,2,3劉微容1,2,3蔣棟年1,2,3毛海杰1,2,3

（1. 蘭州理工大學電氣工程與信息工程學院，蘭州 730050； 2. 甘肅省工業過程先進控制重點實驗室，蘭州 730050； 3. 蘭州理工大學電氣與控制工程國家級實驗教學示范中心，蘭州 730050）

反思以往教學，課程目標達成度分析更多只是關注了課程整體修讀學生的平均達成情況，難以為學生個體能力目標的持續改進提供更具針對性的指導。因此，本文以蘭州理工大學“自動控制原理”課程為例，構建課程目標達成度形成性綜合量化考核方式，利用柱狀圖、散點圖等統計分析方法，及時診斷學生學習狀況，雙向反饋課程、學生目標達成信息，迭代優化教與學的效果。教學實踐表明，學生對知識的掌握和能力的訓練效果明顯。

課程目標達成度；統計分析；持續改進

0 引言

目前，普通高等學校本科工程教育專業認證正在全面開展。2016年6月2日，在吉隆坡召開的國際工程聯盟大會上，中國成為國際本科工程學位互認協議《華盛頓協議》的正式會員，標志著中國的工程教育認證實現了工程教育國際互認和工程師資格國際互認[1-2]。工程認證的根本是對相關專業工程教育培養目標和畢業要求的達成度進行評估，而課程教學達成則是培養目標達成的基礎[3-5]。

科學地分析課程教學目標達成度是判斷達到工程教育專業認證標準與否的重要依據，不僅是對上一階段教學與學習的總結與反思，更是對下一階段教學與學習的改進與規劃[6-10]。教師通過對上一教學年度課程教學達成度的分析持續改進后續教學，而學生在知曉自己課程目標達成度的學習過程中，一方面可以在后續課程中重視相關能力的培養，另一方面可以利用課余時間對已學知識的不足進行彌補，真正做到查漏補缺，及時矯正。

“自動控制原理”課程是蘭州理工大學自動化專業的學科基礎課程，重點支撐了專業人才培養方案12條畢業要求33個二級指標分點中的3條畢業要求5個二級指標點，承載著對學生解決復雜控制工程問題所需的工程知識、問題分析、設計開發解決方案等方面的知識體系和能力培養，在自動化專業人才培養中發揮著舉足輕重的作用。

因此，本文以蘭州理工大學自動化專業“自動控制原理”課程目標完成情況為例，利用統計分析方法探究該課程達成度的影響因素及理論教學的薄弱環節，力爭在“學生學”與“教師教”兩方面共同持續改進，不斷提高學習效果，提升人才培養質量，為工程教育認證背景下自動化專業大類課程順利達到課程教學目標提供一定的參考。

1 確立課程教學目標

“自動控制原理”課程教學團隊依據“機理-建模-分析-綜合-創新”循序漸進的學習原則，及時更新課程教學目標和重組教學內容，與二級指標點一一對應確立課程教學目標。課程目標與畢業要求指標點的對應關系見表1，可以看出，相比于傳統的知識型教學目標，新的課程教學目標將原來籠統模糊的知識型目標提升為具體準確的能力型目標，實現從知識傳授到能力培養和素質固化的轉變，不僅強調基礎知識的掌握與理解，更為重要的是強化應用、分析、評價和創新等能力的培養。這為課程教學過程與改革和達成度評價指明了方向，也為學生確立了明確的能力目標。

表1 課程目標與畢業要求指標點的對應關系

2 課程目標達成度評價方法

為使學生重視每個教學環節，全面掌握課程知識，具備對復雜控制工程問題建模、表述、分析與設計的初步能力，保證課程教學效果與達成，“自動控制原理”課程成績采用綜合考核方式。課程總評成績=期末考試成績（65%）+平時成績（15%）+模擬實驗（10%）+仿真實驗（10%）。

依據上述課程總評成績計算方法，最終得到課程目標達成度。

式中：=1,2,3,4為課程成績考核分項；=1,2,3,4,5為課程目標數。

近年來，為確保課程目標的有效達成，綜合考慮課程內容多、理論性強、工程特點突出等因素，結合本校學生生源基礎較為薄弱的特點，借助現代信息手段，合理設置本課程教學活動，包括理論教學（線下授課46學時+線上自主學習20學時，對線上自主學習還匹配了等學時的問題解答和難題解析）、模擬實驗（8學時）、仿真實驗（6學時）和課后作業四個環節，并將課程目標點對應能力的培養分解到具體教學環節中。表2為課程目標達成度計算結果，給出了4個成績考核分項與5個課程目標的具體對應關系。

表2 2021年課程目標達成度計算結果

3 課程目標達成度統計分析

根據課程目標達成度評價方法，對上述有效成績采用各課程目標得分求和平均、各單項總成績按比例分配的方法，形成課程目標達成度，圖1給出了2020秋和2021秋兩個教學年度、同一教師、不同班級（2020自動化2班65人，2021自動化1班69人）的達成度柱狀圖?；谡J證的底線思維和核心理念，引入期望達成度為0.6，從圖1可以看出，各個課程目標均有效達成，課程整體達成度2021秋略低于2020秋，而2021秋課程目標2、3整體達成度與2020秋相同，課程目標1、4整體達成度略低于2020秋，課程目標5的整體達成度略高于2020秋。

圖1 2020、2021秋自動化專業“自動控制原理”課程目標達成度柱狀圖

在以往的教學過程中，任課教師利用達成度柱狀圖只能從表面上分析學生對于各個課程目標的平均達成情況，而不能從更深層次分析每個學生的情況，亦不能對學生的學習提供具有針對性且有意義的反饋性評價，幫助學生查漏補缺，形成良好的學習習慣和學習模式。2020秋課程組開始對學生個體課程目標達成度進行評價，并將學生個體達成度評價結果反饋至學生本人，以期為學生個體自身能力目標的持續改進提供更有針對性的指導，使“學生中心、產出導向、持續改進”的工程教育理念，通過課程更進一步落到實處。2020秋課程目標學生個體達成度評價結果抽樣見表3。

表3 2020秋課程目標學生個體達成度評價結果抽樣

觀察2020秋課程目標學生個體達成度評價結果可以看出，學生個體課程目標的總體達成，即課程總評成績/100，并不等價于各項課程目標的達成，尤其是成績分布介于60～80分之間的學生，各課程目標的達成評價存在較大差異。因此，以往僅反饋給學生的課程總評成績，很難為學生持續改進提供具有針對性的指導。學生個體課程目標達成反饋，則更清晰地呈現了學生每一課程目標的達成情況，能為學生提供針對性更強的反饋指導，有望使學生自身能力的持續改進更有效。

依據學生個體達成度，得到圖2所示課程目標學生個體達成度散點圖，教師根據此圖，一方面可以更加明晰各課程目標的達成結論，另一方面還可以進一步體現出相關教學內容與環節的薄弱所在，為課程教學持續改進指明方向。

圖2 2020、2021秋課程目標學生個體達成度散點圖

從圖2可以看出，2021秋有3位同學的各個課程目標達成度均為0，意味著這3位同學沒有參加學習過程。這也是導致2021秋課程整體達成度降低的直接原因之一。若不考慮這3位同學的影響，在兩個教學班人數基本持平的情況下，可以更深層次地分析對比課程目標達成度情況：圖2（a）顯示2021秋另有4位同學課程目標1未到期望最低值，達成度居于0.6～0.7之間的學生比2020秋多，因此致使2021秋課程目標1達成度低于2020秋；圖2（b）顯示2020秋課程目標2達成度較分散，2021秋相對較集中，盡管兩個教學年度該課程目標平均達成度相同，但是從學生個體達成度分布來看，2021是有所提高的；圖2（c）顯示課程目標3兩年的學生個體達成度分布大致相同；圖2（d）顯示課程目標4在兩個教學年度未達成的學生數相同，但2021秋學生個體達成度位于0.6～0.8之間的人數要多于2020秋，致使2021秋課程目標4平均達成度降低；圖2（e）顯示2020秋和2021秋兩個教學年度課程目標5未達成學生最多，且2020秋學生此課程目標的達成具有明顯的兩級分化現象，盡管2021秋此課程目標平均達成度有所提高，但從圖中可以看出有一半以上學生此課程目標達成度處于0.5～0.6之間，即此課程教學目標未達成，這也是后續教學中需要持續關注、不斷改進的重點方向；圖2（f）顯示2021秋課程整體未達成學生人數少于2020秋，證明課程通過率有所提高，但大部分學生的課程整體達成度居于0.6～0.8之間，這也是課程平均達成度降低的重要原因。

2021秋，受新冠疫情的困擾，課程后半程的講授均采用騰訊會議進行直播授課。為確保教學質量，授課教師根據往屆學生課程目標達成度分析經驗，不斷改進課前課后教學。課前：為每一授課單元均準備了學習重點和難點提示，并于授課前一天下發給學生。課后：為每一授課單元制作了授課核心內容總結、難點釋義、應用案例等，并于授課結束時下發給學生。最終統計結果顯示，這一改進對于提高學生個體目標達成度是行之有效的。

在今后的課程教學中，好的做法需繼續保持，如進一步通過增加線上學習的學時數、強化對自主學習內容的考核與線下強化學習、豐富網絡學習資源、提高線上自主學習的實效性等，深入開展混合教學。當然，在取得成績的同時，也應看到存在的問題。在5個課程目標的橫向對比中，課程目標2、4和5達成情況較低，尤其是課程目標5。針對課程目標5——控制器設計與優化，需改善教學方法、通過課程思政的引入等加強內容講解的深入淺出、強化模擬實驗和仿真實驗對此內容的驗證、進一步加強平時的訓練等，關注教學過程中各個環節對課程目標的支撐及應獲得能力的達成，切實提高學生對實際復雜工程系統建模、分析與綜合等方面的能力。

4 結論

本文通過對2020秋和2021秋兩個教學年度同一教師不同班級學生“自動控制原理”課程達成度進行統計分析，表明深層次分析學生個體達成度，對于提高教師教學質量和學生學習能力均有更具針對性的指導意義。同時，也指出了后續教學改進的方向，如進一步優化、切實開展好線上線下混合教學，更多關注多個環節對相應課程教學目標的支撐，加強學生作業、仿真內容的優化設計與科學考評等。這對于應用型本科高校實踐教學的改革和創新、提高人才培養質量，具有一定參考價值。

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Statistical analysis and continuous improvement of course goal achievement degree of “principle of automatic control”

SHEN Fuyuan1,2,3LI Wei1,2,3LIU Weirong1,2,3JIANG Dongnian1,2,3MAO Haijie1,2,3

(1. College of Electrical and Information Engineering, Lanzhou Univeristy of Technology, Lanzhou 730050; 2. Key Laboratory of Gansu Advanced Control for Industrial Processes, Lanzhou 730050; 3. National Demonstration Center for Experimental Electrical and Control Engineering Education, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050)

Reflecting on the previous teaching, the analysis of course goal achievement degree only focuses on the average achievement of the overall students of the course, which is difficult to provide more targeted guidance for the continuous improvement of students’ individual ability goals. Therefore, this paper takes the achievement degree of the course “principle of automatic control” in Lanzhou University of Technology as an example, and uses statistical analysis methods such as histogram and scatter chart to deeply explore the influencing factors of the achievement degree of the course and the weak links of theoretical teaching, so as to help teachers review and improve teaching. The teaching practice shows that students’ mastery of knowledge and ability training are effective.

course goal achievement degree; statistical analysis; continuous improvement

蘭州理工大學高等教育研究立項課題資助（GJ2021C-7，GJ2020B-7）

2022-06-29

2022-09-03

申富媛（1985—），女，甘肅省白銀市人，碩士，講師，主要從事自動化專業教學工作。