OBE教育理念下的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革探討

1、OBE教育理念下的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革探討在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)中， 自動(dòng)控制原理是一門核 心基礎(chǔ)課程， 也是日后從事電氣行業(yè)的學(xué)生在工業(yè)過程控制與優(yōu) 化設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。 就課程本身而言， 在傳統(tǒng)教學(xué)中普遍認(rèn)為該 課程知識(shí)覆蓋面廣、理論性和抽象性強(qiáng)、工程應(yīng)用背景突出、數(shù) 學(xué)模型多而復(fù)雜、計(jì)算量大等問題，導(dǎo)致學(xué)生不易理解，掌握效 果不佳 1-2 ；但經(jīng)過大量的調(diào)查問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該課程學(xué) 習(xí)難度大的最大問題在于學(xué)生不明白學(xué)習(xí)這門課程能做什么， 加 上課程本身的難度系數(shù)較高， 學(xué)生才敬而遠(yuǎn)之， 因此本文提出一 種自動(dòng)控制原理課程的教學(xué)改革方案。該方案結(jié)合當(dāng)前貫穿 于我國工程教育改革和工程教

2、育認(rèn)證體制之中的 OBE教育理念， 針對(duì)上述自動(dòng)控制原理課程教學(xué)過程存在的問題，探討自 動(dòng)控制原理課程改革模式，以最終學(xué)習(xí)成果為起點(diǎn)，反向進(jìn)行 課程設(shè)計(jì)，開展教學(xué)活動(dòng)。1 課程需求分析OBE是產(chǎn)出導(dǎo)向教育 (Outcomes-based Education )的簡稱， 于1981年由Spady等人提出，其核心理念是以學(xué)生為中心，聚 焦于學(xué)生受教育后能產(chǎn)出什么、 圍繞實(shí)現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)效果持續(xù)改 進(jìn)教育活動(dòng)、 教育過程和課程設(shè)計(jì)， 該理念代表了工程教育改革 的方向和工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) 3 ，現(xiàn)已成為美國、英國、加拿大 等國家教育改革的主流理念， 同時(shí)該理念也被納入了工程教育認(rèn) 證華盛頓協(xié)議并被大多數(shù)成

3、員國采取使用。我國于 2016 年 6 月 2 日在國際聯(lián)盟大會(huì)上以全票通過成為華盛頓協(xié)議的第 18個(gè)正式成員，全面接受 OBE的教育理念，該理念將更加深遠(yuǎn) 的影響我國高等教育 3 。根據(jù)上述的OBE教育核心理念可知，對(duì)于自動(dòng)控制原理 課程的教學(xué)改革的關(guān)鍵在于定義學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出即學(xué)生能做什 么?；贠BE工程教育認(rèn)證的12條畢業(yè)能力要求及課程規(guī)劃4， 自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)需培養(yǎng)的主要能力包括：（1）掌握工程知識(shí)，將工程基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于解 決工程問題（畢業(yè)要求 1）。（2）具有問題分析能力，能夠應(yīng)用工程科學(xué)的基本原理， 識(shí)別、表達(dá)得到結(jié)論（畢業(yè)要求 2）。（3）具有設(shè)計(jì) /開發(fā)解決方案的

4、能力，綜合運(yùn)用自動(dòng)控制 理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)復(fù)雜控制系統(tǒng)、 部件或控制方法， 并能夠在 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)（畢業(yè)要求 3）。（4）具備研究能力，能夠基于自動(dòng)控制原理課程中的科學(xué) 原理，采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、 分析和解釋數(shù)據(jù)， 通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論 （畢業(yè)要求 4）。這些能力的培養(yǎng)需要能夠比較清楚的描述學(xué)生所學(xué)專業(yè)最 具有競爭優(yōu)勢的領(lǐng)域， 以及畢業(yè)后經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)踐， 在正常 情況下未來在社會(huì)上從事什么行業(yè)，成為什么人才。明確自動(dòng)控制原理課程在畢業(yè)要求中的作用， 直接與畢業(yè)要求聯(lián)系起來， 不僅使老師清楚“為什么教”， 更讓學(xué)生明白“為什么學(xué)”， 解 決當(dāng)前

5、大？W生學(xué)習(xí)目標(biāo)迷茫的問題。2 傳統(tǒng)課程教學(xué)模式 傳統(tǒng)的自動(dòng)控制原理課程采用“理論 +實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)模 式。在理論課的教學(xué)方法上，采用課堂講授，課后自學(xué)，課堂討 論等教學(xué)形式。 其中課后自學(xué)主要以習(xí)題作業(yè)為主， 學(xué)生為了完 成作業(yè)而完成， 沒有任何的主動(dòng)性， 或許傳統(tǒng)意義上調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué) 習(xí)積極性的另一種方法就是考試得高分， 然而紙上談兵的歷史教 訓(xùn)需要謹(jǐn)記， 工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)描述很清楚， 要培養(yǎng)實(shí)用 型人才，因此傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式已不能夠滿足當(dāng)前的畢業(yè)要 求。在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方法上，傳統(tǒng)的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué) 存在理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)的問題， 實(shí)驗(yàn)基本原理的理論性薄弱、 單一， 綜合性實(shí)驗(yàn)數(shù)量有限，

6、 而且實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的教條性， 傳統(tǒng)的 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是學(xué)生照葫蘆畫瓢的按照老師的操作完成實(shí)驗(yàn)， 對(duì) 實(shí)驗(yàn)原理、步驟和方法完全置若罔聞，缺乏主動(dòng)思考，實(shí)驗(yàn)效果 大打折扣。學(xué)生簡單的系統(tǒng)分析都沒有，只是生搬硬套，復(fù)雜的 控制系統(tǒng)分析以及校正設(shè)計(jì)更是無從談起， 因此基于OBE理念所 要求的設(shè)計(jì) / 開發(fā)解決方案的能力，本文建議增加自動(dòng)控制原 理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓實(shí)驗(yàn)真正具有設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性和自主性。3 課程教學(xué)改革方案自動(dòng)控制原理的教學(xué)內(nèi)容主要分為三部分：系統(tǒng)數(shù)學(xué)模 型的建立、系統(tǒng)的分析方法（時(shí)域法、頻域法、復(fù)域法）和系統(tǒng) 的綜合校正設(shè)計(jì)， 該課程學(xué)習(xí)的最終目的是要能夠設(shè)計(jì)一種方案 來綜合校正控制

7、系統(tǒng)， 使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 快速性和準(zhǔn)確性滿足 工程實(shí)踐需求。結(jié)合上述1中基于OBE教育理念分析下的課程需 求，本文提出的自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)正是鍛煉該 課程系統(tǒng)的綜合校正設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)， 可以一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng) 教學(xué)模式的不足， 并更好的幫助學(xué)生提高綜合設(shè)計(jì)的能力、 工程 理論知識(shí)應(yīng)用的能力、 分析和解釋數(shù)據(jù)的能力， 同時(shí)制定合理的 課程考核方法，使得學(xué)生達(dá)到學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)。1 ） 綜合設(shè)計(jì)能力基于OBE教學(xué)理念的課程設(shè)計(jì)改革， 考慮到學(xué)生自身的基礎(chǔ) 和能力的差異，把課程設(shè)計(jì)題目層次化，分“易、中、難”三個(gè) 層次，讓學(xué)生的設(shè)計(jì)思維能夠充分能夠發(fā)散并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú) 立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，

8、對(duì)不同層次的學(xué)生制定不同的標(biāo)準(zhǔn)要求， 因材 施教。題目設(shè)計(jì)原則為：（1）具有綜合性，能夠覆蓋自動(dòng)控制原理課程的主要 內(nèi)容；（2）設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)包括頻域分析中的兩到三種典型環(huán)節(jié)，也允許選用時(shí)域分析或根軌跡分析方法；3） 要與實(shí)際工程相結(jié)合，更多地體現(xiàn)在日常生活、生產(chǎn)中；( 4) 學(xué)生能在設(shè)計(jì)題目中充分發(fā)揮創(chuàng)造力，體現(xiàn)實(shí)用性和 創(chuàng)新性；另外，學(xué)生選題可以自由組合，協(xié)同工作，最終完成課題設(shè) 計(jì)，不僅可以加深理論知識(shí)的理解， 同時(shí)OBE培養(yǎng)大綱中也滿足 了工程畢業(yè)生個(gè)人能力和人際團(tuán)隊(duì)能力培養(yǎng)的要求。2) 工程基礎(chǔ)理論知識(shí)應(yīng)用能力眾所周知， 自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)的綜合校正方案能到 性能指標(biāo)的途徑有很多，解決

9、方案不唯一，本文提出的基于 OBE 教學(xué)理念的課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生可以充分發(fā)揮想象力， 利用所學(xué)的理 論知識(shí)去完成設(shè)計(jì)， 不限方法。學(xué)生需要根據(jù)所選擇的指標(biāo)要求， 通過理論課程中所學(xué)的經(jīng)典分析方法， 甚至可通過查閱相關(guān)文獻(xiàn) 去采用其他先進(jìn)的智能控制方法， 設(shè)計(jì)解決方案， 校正完成之后， 學(xué)生還需對(duì)其校正裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)、 系統(tǒng)所要求時(shí)域或頻域指標(biāo)進(jìn) 行分析。 學(xué)生通過這樣的學(xué)習(xí)過程， 不僅有了對(duì)方案設(shè)計(jì)的深刻 理解，設(shè)計(jì)的目的非常清楚，而且在相應(yīng)分析時(shí)，必然會(huì)加深對(duì) 所學(xué)理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)， 并充分地應(yīng)用到實(shí)際工程中， 并得 到一些分析方法的驗(yàn)證，會(huì)覺得學(xué)有所用。3) 分析和解釋數(shù)據(jù)能力 在我國的工程

10、教育認(rèn)證中， 第二條畢業(yè)要求學(xué)生能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)并通過文獻(xiàn)研 究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論 5?；贠BE教育理念 改革后的課程設(shè)計(jì)， 從設(shè)計(jì)要求到設(shè)計(jì)方案的確定， 均需要學(xué)生 根據(jù)具體情況進(jìn)行分析， 然后根據(jù)所學(xué)知識(shí)， 自己設(shè)計(jì)校正方案， 并需要通過多方案的比較而得出可行方案。 在方案確定后， 詳細(xì) 設(shè)計(jì)校正系統(tǒng)時(shí)， 需要根據(jù)實(shí)際性能指標(biāo)要求確定各參數(shù)， 最后 對(duì)校正后的系統(tǒng)驗(yàn)證是否符合系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求， 并對(duì)校正結(jié) 果進(jìn)行相關(guān)的頻域或時(shí)域指標(biāo)分析，進(jìn)一步確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 快速性和準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證過程中，分 析和解釋數(shù)據(jù)的能力能夠得到相應(yīng)的提高。4) 考核方式的改進(jìn)評(píng)估學(xué)習(xí)產(chǎn)出是OBE教育模式中十分重要的環(huán)節(jié)，也是 OBE 教育模式的最終目標(biāo)。如何能夠?qū)W(xué)生所學(xué)知識(shí)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)， 本文提出了 “基礎(chǔ)分 +完成分+表達(dá)分”的成績評(píng)定辦法。結(jié)合 上述多層次培養(yǎng)模式，將成績的評(píng)定與課程 ？0計(jì)題目的難易程 度相結(jié)合，難度大的題目基礎(chǔ)分高，反之亦然；完成分是指按照 整個(gè)設(shè)計(jì)的完成度給予相應(yīng)得分； 表達(dá)分主要體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)完成 設(shè)計(jì)的講解與描述情況； 通過這三項(xiàng)評(píng)分， 教師可以比較準(zhǔn)確地 掌握學(xué)生的實(shí)驗(yàn)