从工程教育认证视角探讨 “自动控制原理”课程教学方法及教学评价体系的改进

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　　摘 要：工程教育认证的主要目的是建立以成果为导向的教育成果评价方式。文章结合“自动控制原理”这门自动化专业的专业基础课，在工程教育认证背景下，对“自动控制原理”课程教学中存在的问题展开分析和讨论，初步提出改进方法，并从教学方法、教学评价体系两个方面进行了探索，提出了利用多元化的教学手段和建立更加客观的教学评价体系，以进一步培养和提高自动化专业学生的综合能力。
　　关键词：“自动控制原理”;教学方法;教学评价体系
　　中图分类号：G642.41
　　文章编号：2095-624X（2019）24-0135-03
　　一、引言
　　自動控制原理是自动化专业的专业基础课，它综合了高等数学、电路分析、大学物理等课程内容，是自动化专业本科生进入专业领域进行学习的前期必修课程[1][2]。自动控制原理主要介绍控制的基本概念、基本原理及基本的分析方法，培养学生掌握控制过程中工程的逻辑思维模式。
　　工程教育专业认证是一种以成果为导向的教育成果评价方式[3][4]。它不同于传统教育模式中以教师为中心的教学方法，而是开展以学生为中心，以成果为核心导向，旨在提高学生综合学习能力的一种专业考核方式。在工程教育专业认证背景下，结合自动控制理论的专业学习，探索如何从专业基础课层面，培养学生的逻辑思维，提升学生对专业知识的学习能力，这些对学生后续专业课程的学习至关重要。
　　二、当前教学方法及评价手段存在的问题
　　工程教育专业认证是一种需求导向型的教育认证方式，重视学生综合素质和学习能力的培养，这恰恰是当前大学生所欠缺的。现以桂林航天工业学院（以下简称我院）的自动控制原理课程教学为例，从工程教育认证的角度探讨目前自动控制原理的教学方法及评价方式存在的问题。
　　1.对专业知识的学习缺乏深度理解
　　工程教育专业认证要求学生具备较强的动手能力和严密的逻辑思维能力。这就要求学生能够对所学的控制概念、控制方法有深入的理解，能够理解概念和方法对应的工程现象。然而“自动控制原理”课程教学中涉及了较多的数学知识，同时又需要结合电路分析等具体工程问题去构建控制对象，理解控制过程。这一学习过程不仅要求学生具备一定的数学基础，同时也要求学生对电路等先行课程的基本原理和建模过程有较深入的理解。因此数学和电路基础较差的学生在学习过程中会比较吃力，无法理解如何从具体的电路器件抽象为一个控制模型，由于对所学的专业知识缺乏理解，他们面对实际工程问题往往束手无策。
　　2.专业技能实践机会偏少
　　“自动控制原理”课程的教学分为理论课和实验课两个部分。然而在实际教学中，教师主要以理论课的教学为主，实验课为辅，且实验课是在理论课结束之后进行的，实验课讲解也以Maltab仿真为主。然而纵观自动化专业在整个大学阶段的课程体系，会发现“自动化控制原理”是非常重要的一环，它是公共基础课与专业课的纽带。它将公共基础课的知识从专业的角度进行讲解，例如，其中涉及的大量与控制相关的内容都是从高等数学的角度去对电子器件进行建模。因此加深对“自动控制原理”深入理解是非常必要的。在学习过程中，学生需要提高理论联系实际的能力，如果无法明确控制对象的建立过程，后续会陷入就控制方法而讨论控制方法，最终学生会感觉自动控制原理大部分内容都是数学的相关内容，从而失去进一步学习的兴趣。
　　3.教学评价手段单一
　　在课程教学效果评价方面，目前我院的评价方式主要是以考试为主。以应试为主的教学评价方式，一定程度上忽视了对学生动手能力的考查，无法体现学生对所学理论联系实际的能力。工程教育专业认证是一种以学生动手能力为导向的认证体系，其核心目的是提升学生的综合素质，尤其是解决工程问题的能力。因此在当前工程教育认证背景下，我院“自动控制原理”课程的评价方式较为单一，无法客观评价学生解决实际问题的能力。
　　三、教学方法改进
　　1.注重基础知识的回顾
　　我们从我院“自动控制原理”课程教学过程中发现，从第二章控制对象的讲解开始，学生出现大量知识点衔接跟不上的情况，尤其涉及拉氏变换、复变函数、微分方程和电子元器件数学模型等方面内容的时候。学生普遍反映相关课程学习中没有深入讲解特定内容，现在无法理解电子器件如何抽象为控制对象。为了改善现状，我们有针对性地对数学基础知识进行了补充讲解，发现后续课程的推进顺利很多。因此，我们认为“自动控制原理”课程教学一定要做好复习工作，这样才能有效利用宝贵的课堂时间讲解控制的相关内容，而先行基础课程的复习工作应适当让学生在课下进行。
　　2.激发学生的学习热情
　　“自动控制原理”课程本身理论性较强。在授课之后，学生普遍反映该课程对数学基础要求较高，因此有些学生会逐渐丢失学习的兴趣，甚至对课程本身的内容产生反感。我院学生的数学基础一般，学生学习起来普遍感觉压力较大。尤其是在第三章讲完时域分析方法之后，从第四章的根轨迹分析法开始到第五章的频率域分析法，学生基本很难继续跟进。针对该问题，我们尝试从语言表达方面入手，尽量少用专业术语，多使用具体的控制例子，减少公式推导的同时细化核心公式的讲解，逐步帮助学生树立学习的信心。另外，分阶段展示控制方法在工程中的使用，可以通过播放视频、实物演示等方式提升学生的学习兴趣，这样可以产生较好的效果。
　　3.合理使用课件且适当使用板书
　　课件是当前教师和学生进行教学沟通的主要媒介，课件的优势在于可以将抽象的知识点具体化和形象化，有利于学生理解和接受。但是我们在教学过程中发现，课件教学中，学生可以较快接受课堂内容，但是无法深入领会其中的含义，无法掌握其中的要领，尤其是涉及公式推导的部分。因此应该采用多样化的课堂教学方式，例如，课件和板书应该根据教学内容而有选择地穿插使用，二者进行互补。在展示概念和介绍实验结果的时候，应当采用课件形式，便于学生接受抽象知识点。在涉及公式推导时，应当采用板书，细化推导过程，将推导过程的思路具体化，清晰化。例如，在讲解频域分析法时，应当从三角函数和复变函数入手，将具体推导过程用板书的形式细化，以便学生理解其中的思维逻辑过程。 　　4.灵活选择合适的教学模式
　　当前主流的教学模式主要包括三类，分别是“传递—接受”教学模式，“自学—辅导”教学模式和“探究—发现”教学模式。其中“传递—接受”教学模式更适合于传统知识的学习，基本概念的讲解;“自学—辅导”教学模式更适合对课外延伸知识内容的学习;“探究—发现”教学模式则适合实验教学中对控制对象的学习。在“自动控制原理”的课程教学中，教师应该根据不同的教学内容，有针对性地选择不同的教学方式进行教学。
　　5.教学内容系统化
　　“自动控制原理”课程内容的衔接非常紧密，第一部分内容主要介绍控制相关的基本概念，第二部分内容主要介绍控制对象的建模，第三部分內容介绍时域控制方法，第四部分内容介绍频域控制方法，第五部分内容介绍PID控制器的设计。这五部分内容是根据自动控制的系统构建过程和系统分析的难易程度逐层递进的，彼此衔接非常紧密，任何一个环节的讲解都需要在上一环节的基础上进行。在课程开始之前，教师就应该向学生清楚介绍整体的课程架构，在每个环节开始之前，要介绍清楚与上一环节的关系。这样逐层递进的教学过程，会使学生对知识的把握更加系统化。
　　6.做好课后答疑工作
　　“自动控制原理”课程的课后答疑是非常必要的。在教学过程中，我们发现学生在课堂上已经接受了的知识点，一旦进行延伸，就会出现听不懂的现象。究其原因是对知识点的理解深度不够，课下没有进行练习，没有独立对该知识点进行思考。针对该现象，我们尝试进行了定期课堂答疑和课后答疑，课堂答疑时采用学生自己讲解的方式，课后答疑过程也需要学生明确问题再对该问题进行思考。这样的答疑方式主要是为了提高学生的独立思考能力，知识点只有在独立思考之后才能比较牢固地掌握。
　　四、教学评价体系的改进
　　1.引入学习过程反馈机制
　　传统的评价方式往往只注重学习结果，而不注重学习过程。在工程教育专业认证背景下，教学的主要目的是培养学生的综合能力和动手实践能力。因此只注重学习结果的评价方式有失偏颇。我院在“自动控制原理”课程评价中引入了学习过程反馈机制。即在每一章节内容结束之后，挑选知识点，随机选择学生代表进行汇报。这样可以反映平时学生对知识点的掌握情况，一定程度上也提高了学生在教学过程中的参与度，提高了学习效率。此外，引入学习过程反馈评价机制，也可以提升对学生学习效果评价的客观性。
　　2.采取定量和定性结合的评价方式
　　教学评价就是根据教学目的，利用可行的评价技术对教学过程及其预期的效果给予价值上的判断。评价教学效果的指标有很多，总体可以分为定量指标和定性指标两类。由于教学活动是一个同时伴随教和学的复杂过程，另外考虑到“自动控制原理”是一门理论联系实际要求很高的专业基础课程。因此，在课程考核过程中，学校应该采取定性评价与定量评价相结合的方法，以提高评价结果的可信度。
　　对理论考试结果的评价，学校可以采用定量的方式进行，这样有利于从每个知识点对学生的掌握情况进行评估，能够进一步细化评价过程。对学生独立思考能力的评价、学生口头表达能力的评价则要采用定性的方式进行。学生综合能力的提升是一个复杂的过程，这一过程很难量化，这就需要教师观察学生在整个课程教学过程中的表现，多次重复进行评估，这样才能比较公正地了解和掌握学生学习能力提升的动态过程。
　　3.采取多元化的评价方式
　　学校要建立包括学生自评、教师评价、听课评价等的多元化评价方式。学生自评主要是评价自己对知识内容的掌握情况。学生通过自评可以使学生自查自省，从自身角度去对知识点查漏补缺，检验自身知识体系。
　　教师评价应该是教学效果评价的主体，教师评价主要从学生的出勤、课堂活动参与情况、实验课动手能力、课下作业完成情况以及课外知识延伸阅读的完成情况等方面进行。在教师评价的过程中，不单单只是关注最终考试结果的定量评估，还应该包括教学过程中学生课堂活动的参与情况等定性评估。只有多元化的评估方式，才能更客观地反映学生的学习效果。
　　听课评价一般采取抽查评价的方式，由教授委员会抽派人员进行，主要通过听课、交流等方式，对教师教学状况进行评价，也对学生课堂活动参与情况进行第三方评价。听课评价应该侧重以下几个方面。一是对教师的教学准备、教学内容和方法进行评价。在课堂教学中，尤其是“自动控制原理”这类课程，应该充分备课，授课过程也应该按照进度，分主次逐层递进地对知识点进行讲解。二是在教学方法方面，教师应该鼓励学生发表不同的观点，积极调节课堂气氛，使学生保持浓厚的学习兴趣。三是对学生课堂活动参与情况方面，教师应该引进加分激励机制，增加实验考试环节，要求学生对作业进行讲解，提高学生在教学过程中的参与度。
　　五、结语
　　围绕“自动控制原理”课程，文章对该课程在工程教育专业认证背景下的教学方法和教学评价进行了讨论和思考，并初步提出了教学方法和教学评价改进的方法。从教学方法的多元化，教学评价侧重于教学过程和建立以学生为主体的评价方式三方面的内容进行了论述，以尽可能提高学生综合素质、提升学生实践能力，为后续专业课的进一步学习打下基础。
　　参考文献：
　　[1]周武能，石红瑞.自动控制原理教学改革与实践[J].教学研究，2010（1）：63-66.
　　[2]盛守照，叶冯超，孙臣武.“自动控制原理”实验设计与教学改革思考[J].电气电子教学学报，2017（1）：131-134.
　　[3]林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-19.
　　[4]张学洪，张军，曾鸿鹄.工程教育认证制度背景下的环境工程专业本科教学改革启示[J].中国大学教学，2011（6）：37-39.
　　基金项目：广西千名中青年骨干教师培育计划项目（2018GXQGFB160）资助。2016年广西高等教育本科教学改革工程项目“校企共建应用型实践教学平台的机制研究和实践”（2016JGA373）;2018年广西高等教育本科教学改革工程项目“与先进制造业企业深度合作 打造核心专业课程模块嵌入课程体系的应用技术型人才培养模式研究”（2018JGA304）
　　作者简介：冯宝（1986—），男，副教授，博士，从事自动化专业的教学和科研工作，研究方向：机器学习、模式识别及在生物医学信号处理中的应用;
　　何婧（1986—），女，经济师，硕士，研究方向：经济管理与教育教学。
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