新工科OBE理念下的“自动控制原理”课程教学改革

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　　[摘 要]该文结合工程教育认证的专业培养新目标，提出以OBE反向设计教育理念为指导，在新工科背景下强调培养学生具备较强的创新实践能力这一要求的指引下，在讲授内容、方法、手段和考核方式等方面进行自动控制原理课程教学改革，并融入思政元素，培养学生的大工程观，提高了学生学习的积极性、主动性及创新能力，并为相关课程教学质量提升提供一定的参考。
　　[关键词]自动控制原理;OBE理念;教学改革;新工科;思政设计
　　[基金项目]2018年度广东省创新强校特色项目“‘新工科’背景下面向智能制造的自动化专业课程体系的重构”（2018GXJK194）;2018年度广东省创新强校特色项目“‘新工科’背景下‘虚拟仿真信息技术’在课堂教学中的实践与改革—以电气类专业为例”（2018GXJK195）
　　[作者简介]满 红（1974—），女（满族），辽宁大连人，博士，五邑大学智能制造学部副教授，主要从事高校教育、智能控制和工业过程控制等研究。
　　[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）33-0192-02 [收稿日期] 2020-03-13
　　一、引言
　　2016年7月，五邑大学将教学质量提升工程项目作为学校发展的头等大事。本专业历时一年多时间的调研、研讨及修订工作并通过工程认证专家组的评审，完成了新的培养方案和教学大纲的修订。
　　自动控制原理课程是解决实际复杂系统工程问题的理论基础，对数学及自然科学的应用能力的培养要求较高。在新工科背景下如果仍然采用以往教师主导的传统教学模式，学生解决复杂工程问题及团队合作等的能力很难得到提高，并会使后续课程的学习有一定的困难。因此，探索适合本课程的新教学模式，提高学生解决“复杂工程问题”能力的途径是需要研究和思考的重点。
　　二、课程教学中存在的问题
　　（一）学生特征分析
　　1.整合知识能力薄弱。该课程涉及到的知识面广，高等数学、复变函数、大学物理、电路等课程的知识贯穿教学始终，大量公式推导使学生应接不暇，很难将所学内容融会贯通，让学生觉得内容枯燥、乏味，提不起兴趣。
　　2.学习目的性出现偏差。多数学生很少注意课程的潜在作用，只关注立竿见影的效果，导致学习过程中从现象中定位课程的性质，无法正确理解所学知识的用途。
　　分析多年教学情况，多数学生对一些简单公式化的题目能轻松解答，但对实际复杂类工程问题基本上束手无策。
　　（二）配套教材缺乏
　　目前“自动控制原理”教材编写能够依据新工科要求及OBE理念反向设计思路的还很少，按照解决复杂工程问题的知识主线介绍的更是少之又少，基本上都是按照知识点设置的。虽然任课教师采取了一些新方法进行教学，例如将经典的炉温、液位以及调速控制系统等引入到点状知识块教学中，以便学生能够理解课程性质和作用，培养学生解决及分析问题的能力，但多数系统简单易懂，培养学生复杂工程问题的能力这一目标仍然很难达成。
　　（三）教学手段单一、效果不理想
　　虽然采用多媒体教学手段，将课程内容中的公式推导及绘图有很多简化，但其他内容仍然需要灌输和复制性教学，难以适应新兴产业及经济发展的需要。而且，考核方式更新不大，很难体现学生创新能力的培养，与新工科理念不太相符。
　　（四）实践环节创新程度不够
　　教学实验中很难用实际的对象，只能在实验箱上模拟现场验证性和演示性类的实验，而且还要面临实验设备不足的问题。该状况无法满足新工科下教学大纲的需求。
　　三、教学改革方法
　　结合OBE理念反向设计[1，2]及新工科培养要求，在教学改革上进行了初步探索[3]。
　　（一）课程培养目标
　　确定新的教学目标[4]：（1）通过热点控制系统的讲授和互动，使学生在反馈控制方面具备解决复杂工程问题能力;（2）通过专业仿真、实物实验，使学生对复杂控制系统具备初步分析和设计的专业能力;（3）通过分组报告和课外研学活动等方式，培养学生解决复杂工程问题的社会能力;（4）通过深入挖掘专业知识蕴含的德育元素，培养学生大工程观和科学思维及创新能力。
　　（二）教学内容设计
　　针对自动化类、48学时的“自动控制原理”进行课程教学内容与思政设计[5]。
　　第1章绪论，通过案例项目，要求学生掌握自动控制系统的组成及工作原理、了解有关概念名词及术语、掌握反馈控制系统的基本要求。课程思政设计：通过对工业4.0、我国“智能制造2025”、名人轶事及反馈控制思想的阐述，传递给学生爱国、敬业、诚信、友爱的精神，践行社会主义核心价值观。
　　第2章连续系统的数学模型，通过案例项目设计，要求学生掌握线性连续系统各类数学模型的求解方法、开环和闭环及误差传递函数的含义及计算。课程思政设计：通过阐述三个概念的相互联系使学生认识内外兼修的重要性。系统工程共同体中的“合力的重要性”的魅力，体现团结合作之重要性。
　　第3章时域分析法，通过案例项目设计，要求学生了解自动控制系统的时域指标，掌握一阶和二阶系统分析与暂态性能指标计算方法;系统稳定性分析;掌握穩态误差概念，熟练掌握误差传递函数和稳态误差的计算方法。课程思政设计：从二阶系统响应曲线的变化引申到个体的职场决策力、适应能力以及中庸之道，引导学生深思做人之本。
　　第4章根轨迹法，通过案例项目要求学生掌握线性系统根轨迹的绘制方法，并能通过图形分析系统稳定性的变化情况，了解主导极点的重要性。课程思政设计：利用认识论的观点认清主次的区别，取舍之道。自身严谨逻辑思维与处理问题递进层次习惯的关系。认清系统工程共同体的相互联系。
　　第5章频率法，通过案例项目教学，要求学生了解频率特性的基本概念，掌握其不同的表示方法;掌握最小相位系统伯德图与传递函数之间的关系;了解奈氏稳定判据和系统稳定裕量的物理含义。课程思政设计：引导学生从工程哲学角度思考创新，实事求是，遵规守纪。 　　（三）教學方法改进
　　依据新的课程教学目标，逐步形成以学生为中心，教师导向的教学模式。任课教师设置实际热点控制问题或引导学生自主查找，以此激发学生参与热情和学习积极性。
　　另外，尝试将科研成果引入第二课堂教学当中。五邑大学课外实践活动一直开展很好，学生覆盖率为100%。利用该平台[6]，引导学生申报各类创新项目，提高了学生团队沟通、项目书撰写、文献检索等技能，在分析、解决问题等方面也取得了不错的成效。
　　在课程考核方面，采用平时成绩、课外研学、仿真训练以及案例式期末考核等方式，从训练学生工程实践能力、创新能力、强化学生的动手能力和工程意识等方面进行综合考察，将新时代对工科专业学生的能力要求充分体现出来，合理地评价学生解决复杂工程问题的能力。
　　（四）持续改进及效果
　　一般课程组在开课前和结束后都会研讨课程培养目标的修订工作，主要依据直接与学生的交流、辅导员意见搜集、学生评教以及各类群信息反馈等方式搜集反馈意见，从综合考核结果中分析计算课程达成度的情况。根据反馈意见和课程达成度的情况，在课程教学中不断优化和配置工程复杂问题的比重，不断提高学生解决复杂问题的能力。
　　四、结语
　　本文总结了“自动控制原理”课程在五邑大学教学质量提升工程项目背景下进行教学改革中所完成的相关工作。结合OBE反向设计教育理念和新工科背景从课程教学目标、教学内容和思政设计、教学方法以及持续改进等每个环节，给出了专业课程在培养学生解决复杂工程问题能力的教学新思路。
　　参考文献
　　[1]李志义.解析工程认证教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：7-10.
　　[2]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014，（02）：29-34+70.
　　[3]王万良.“自动控制原理”课程教学中的几个关键问题[J].中国大学教学，2011，8：48-51.
　　[4]张凯婷，王欣，陈友群.OBE教育理念下的自动控制原理课程教学改革探讨[J].电脑知识与技术，2017，13（27）：117-118.
　　[5]周悦，周鲁宁，等.“自动控制原理”课程思政建设探讨[J].课程教育研究，2018，（20）：215.
　　[6]石建平，刘鹏.新工科背景下自动控制原理课程教学改革[J].教育教学论坛，2019，（2）：138-139.
　　Teaching Reform of Course on Automatic Control Principle under Emerging Engineering OBE Concept
　　MAN Hong， ZHANG Jian-min， HE Yue-bang
　　（Faculty of Intelligent Manufacturing， Wuyi University， Jiangmen， Guangdong 529030， China）
　　Abstract： Combined with the new goal of engineering education certification， this paper puts forward the OBE reverse design education concept as the guidance， and emphasizes the cultivation of students with strong innovative practical ability under the background of emerging engineering. Under the guidance of this requirement， the course on Automatic Control Principle should be reformed in teaching contents， methods， means and examination methods， and integrated into ideological and political elements to cultivate students' view of great engineering. The course reform improves students' enthusiasm， initiative and innovation ability， and can provide some reference for improving the teaching quality of related courses.
　　Key words： Automatic Control Principle; OBE concept; teaching reform; emerging engineering; ideological and political design
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