肖會芹　孔玲爽　楊興果　周文權(quán)　周維龍　趙凱輝

［摘 要］文章基于工程教育專業(yè)認證背景，遵循“以學(xué)生為中心”的教育理念和“金課”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，分別從教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)資源、教學(xué)形式和考核方式三方面探討現(xiàn)代控制工程“金課”建設(shè)思路：在整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，構(gòu)建以控制工程案例為主線的教學(xué)資源，提升課程的高階性；采用模塊集中授課、親歷實踐調(diào)研以及控制專題研討等多種教學(xué)形式，強化課程的創(chuàng)新性；加大過程性考核成績比重，提高課程的挑戰(zhàn)度。

［關(guān)鍵詞］工程教育專業(yè)認證；“金課”；現(xiàn)代控制工程；控制工程案例

［中圖分類號］ G642 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）06-0015-03

工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度[1]，倡導(dǎo)以學(xué)生為中心的教育理念，并且要求聚焦學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力的培養(yǎng)[2]，對課程建設(shè)和教學(xué)過程有著較高的要求。課程建設(shè)是工程教育專業(yè)認證的基礎(chǔ)。2018年6月，時任教育部部長陳寶生提出“金課”的概念，要求打造具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的課程[3]。“金課”建設(shè)與工程教育專業(yè)認證都是高等教育改革的重要方向，二者可以有機結(jié)合，其共同的目的就是培養(yǎng)高水平的符合社會需要的新工科人才。工程教育專業(yè)認證“以學(xué)生為中心”的教育理念為“金課”建設(shè)指明了方向。將“金課”建設(shè)與工程教育專業(yè)認證有機結(jié)合，綜合考慮，可以最大限度實現(xiàn)培養(yǎng)專業(yè)人才的目標(biāo)[4]。

湖南工業(yè)大學(xué)（以下簡稱我校）自動化專業(yè)每年招生人數(shù)約200多人，旨在培養(yǎng)能在自動化及相關(guān)專業(yè)工程領(lǐng)域從事科研、開發(fā)和管理工作的應(yīng)用型高級技術(shù)人才?，F(xiàn)代控制工程是我校自動化專業(yè)理論核心課程中的綜合建設(shè)課程，其教學(xué)目標(biāo)為：使學(xué)生在熟悉自動控制理論方法特點和先進性的基礎(chǔ)上，具有電氣、機械、包裝自動化等控制系統(tǒng)的建模能力，并能夠運用時域法、頻域法、狀態(tài)空間法等方法對其運動過程、穩(wěn)定性、能控性和能觀性進行分析，在此基礎(chǔ)上，對控制系統(tǒng)進行校正設(shè)計以及極點配置，掌握觀測器等的綜合設(shè)計方法，培養(yǎng)學(xué)生分析與解決自動化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的基本能力，并使學(xué)生具有家國情懷、人生目標(biāo)，以及科研創(chuàng)新、團結(jié)協(xié)作等精神。

我校自動化專業(yè)2019年入選首批國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點，2021年通過工程教育專業(yè)認證，2008年被評為國家級特色專業(yè)，為我校自動化專業(yè)現(xiàn)代控制工程課程建設(shè)和發(fā)展提供了契機。工程教育專業(yè)認證背景下，如何提升課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，將現(xiàn)代控制工程課程打造成“金課”？本文擬結(jié)合近年來自動化專業(yè)控制理論課程群教學(xué)的方法、措施，給出一些思路。

一、整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容及建設(shè)教學(xué)資源，提升課程的高階性

現(xiàn)代控制工程是我校自動化專業(yè)近年來課程體系重塑下課程改革的產(chǎn)物，是控制理論核心課程中的綜合建設(shè)課程，是對傳統(tǒng)三門控制類基礎(chǔ)課程（自動控制原理、現(xiàn)代控制理論以及計算機控制系統(tǒng)）進行整合后開設(shè)的課程，旨在進一步培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。為了提升課程的高階性，我校自動化專業(yè)在整合優(yōu)化傳統(tǒng)控制知識的基礎(chǔ)上，積極開發(fā)和建設(shè)能夠融合知識、能力和素質(zhì)教育的各種教學(xué)資源。

整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的主導(dǎo)思想是對現(xiàn)代控制工程的分散知識點進行統(tǒng)一梳理，對有交叉以及過時的內(nèi)容進行合并、精簡與刪除，重點突出“系統(tǒng)”的概念和“反饋”的控制思想，以“控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型—控制系統(tǒng)的分析—控制系統(tǒng)的設(shè)計”為主線設(shè)計優(yōu)化該課程授課內(nèi)容，具體整合優(yōu)化方案如圖1所示。

在“控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型”這一部分內(nèi)容中，主要包括三種數(shù)學(xué)模型：傳遞函數(shù)模型、脈沖傳遞函數(shù)模型和狀態(tài)空間模型。這三種經(jīng)典的控制系統(tǒng)模型能夠?qū)⑾到y(tǒng)外部和內(nèi)部的數(shù)學(xué)關(guān)系描述清楚。

在“控制系統(tǒng)的分析”這一部分內(nèi)容中，經(jīng)典控制的時域分析、頻域分析以及現(xiàn)代控制的狀態(tài)空間分析為主要精簡保留的內(nèi)容，經(jīng)典控制的根軌跡分析安排學(xué)生課下自學(xué)。

在“控制系統(tǒng)的設(shè)計”這一部分內(nèi)容中，保留自動控制原理中線性定常連續(xù)系統(tǒng)的校正和計算機控制系統(tǒng)的采樣控制系統(tǒng)的校正的內(nèi)容。此外，在現(xiàn)代控制理論和計算機控制系統(tǒng)中均涉及狀態(tài)反饋、極點配置和觀測器設(shè)計的內(nèi)容，新的內(nèi)容整合優(yōu)化方案將這兩門傳統(tǒng)課程的該部分內(nèi)容合并在一起，分別從連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的角度進行整合優(yōu)化。

經(jīng)過以上的整合優(yōu)化，現(xiàn)代控制工程課程內(nèi)容更加系統(tǒng)化、條理化了。

在教學(xué)內(nèi)容整合優(yōu)化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)其最佳教學(xué)效果、提升課程的高階性是“金課”建設(shè)的一個重要方面。為了提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，現(xiàn)代控制工程的教學(xué)設(shè)計分為理論環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)，并采用模塊化設(shè)計，將每個環(huán)節(jié)分解為4個教學(xué)模塊，每一個模塊采用的教學(xué)資源不盡相同。教學(xué)模塊設(shè)計與對應(yīng)教學(xué)資源使用情況如圖2所示。

根據(jù)各模塊不同教學(xué)資源的需求，教師在選用指定經(jīng)典教材的基礎(chǔ)上，補充以控制工程案例為主線的教學(xué)資源。我校自動化專業(yè)每年春秋兩季的畢業(yè)設(shè)計作品展案例、電子設(shè)計競賽作品案例、包裝自動化控制工程案例以及科研案例等素材中不乏優(yōu)秀的實例作品，如果能吸納其先進的設(shè)計理念為課程所用，則更能體現(xiàn)理論知識的實踐應(yīng)用價值。除此之外，為了全方位培育人才，課程全程融入思政元素。思政資源來自思政課程、各類專業(yè)相關(guān)宣傳片和紀錄片。

由上可見，在教學(xué)資源建設(shè)中增加大量的控制工程案例，這于課程而言，更容易突出“系統(tǒng)”和“反饋”的核心概念，于工程教育專業(yè)認證而言，更易于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。各種優(yōu)秀翔實的實時控制案例，尤其是豐富的行業(yè)背景突出的包裝自動化控制工程案例資源，一方面使得我校自動化專業(yè)特色更加鮮明，另一方面也更有助于體現(xiàn)“金課”高階性的要求。

二、采用以學(xué)生為中心的教學(xué)形式，強化課程的創(chuàng)新性

課程教學(xué)遵循“以學(xué)生為中心”的教育理念，采用模塊集中授課、親歷實踐調(diào)研、控制專題研討三種形式。整個教學(xué)過程由專業(yè)教師、思政教師以及學(xué)生共同參與，具體組織實施如下：

（一）模塊集中授課

模塊集中授課旨在使學(xué)生破解難點、掌握重點，同時適時切入思政元素，培養(yǎng)具有家國情懷、人生目標(biāo)以及科研創(chuàng)新、團結(jié)協(xié)作等精神的新工科人才。教學(xué)設(shè)計中的理論環(huán)節(jié)主要采用此教學(xué)形式。各模塊具體授課知識點、工程能力培養(yǎng)以及思政切入點由專業(yè)教師和思政教師共同組織研討。例如，模塊一中的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模知識能夠培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜工程問題進行提煉、定義和建模的能力。該部分可以引導(dǎo)學(xué)生了解通過表面認清本質(zhì)的道理，并且其中的數(shù)學(xué)變換（例如狀態(tài)空間表達式的線性變換）也蘊含著誠信、友愛、平等等思政元素。模塊二中的控制系統(tǒng)運動過程、穩(wěn)定性和能控能觀性分析能夠培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和自動化工程科學(xué)的基本原理對復(fù)雜工程問題進行分析和評價的能力。該模塊中控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性之間的關(guān)系體現(xiàn)事物之間相互制約、對立統(tǒng)一的一面，有助于學(xué)生辯證思維能力的培養(yǎng)。模塊三中的控制系統(tǒng)的設(shè)計部分能夠提升學(xué)生分析和解決自動化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。該部分可以將“校正”在控制系統(tǒng)中的重要作用映射到人本身這個特殊系統(tǒng)中：在控制系統(tǒng)偏離預(yù)期的時候，通過校正可以使系統(tǒng)穩(wěn)定；同樣，在人生偏離預(yù)期目標(biāo)時，及時的自我反思校正可以避免誤入歧途。模塊四通過將前沿性的科研案例進行模塊知識分解，聯(lián)系模塊一至模塊三知識內(nèi)容，使得控制理論知識與科研開發(fā)案例深度融合，有利于學(xué)生工程化思維模式的形成。該部分最能體現(xiàn)社會主義事業(yè)需要學(xué)科交叉人才、需要具有綜合能力的人才等思政元素。

（二）親歷實踐調(diào)研

此教學(xué)形式重在提升學(xué)生對復(fù)雜工程問題解決方案的理解分析、對信息資料的采集歸納以及團隊合作中的交流溝通等綜合能力及素養(yǎng)，主要通過實踐環(huán)節(jié)實施，采用問題引領(lǐng)和任務(wù)驅(qū)動機制。每班首先進行分組，5人一組，設(shè)定組長1人，組織控制工程案例實踐調(diào)研，調(diào)研自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計作品展案例（現(xiàn)場）、電子設(shè)計競賽作品案例（現(xiàn)場）以及包裝自動化工程案例（行業(yè)展會及工程師網(wǎng)站），調(diào)研結(jié)果形成PPT，由小組代表以翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)形式將案例穿插于理論及實踐教學(xué)中。小組成員團結(jié)協(xié)作完成課內(nèi)實踐調(diào)研項目。該教學(xué)環(huán)節(jié)能夠從工程教育專業(yè)認證中團結(jié)協(xié)作的角度培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識。控制工程案例調(diào)研任務(wù)及安排以具體的工程實際問題作為引導(dǎo)，構(gòu)建全過程的控制系統(tǒng)綜合訓(xùn)練項目，聚焦學(xué)生復(fù)雜工程問題解決能力的培養(yǎng)，從系統(tǒng)建模、機理分析、軟硬件實現(xiàn)、按照明確的需求承擔(dān)系統(tǒng)設(shè)計基本任務(wù)等方面進行任務(wù)布置與分配，借此提升學(xué)生工程思維能力。這樣就彌補了傳統(tǒng)理論教學(xué)強調(diào)學(xué)科知識的理論性、完整性而忽略工程實踐能力培養(yǎng)的不足，使得理論知識與實踐案例深度融合。在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生不僅對各類優(yōu)秀翔實的控制案例設(shè)計理念進行吸納、傳承，而且在此基礎(chǔ)上進行自己創(chuàng)新性的思維開發(fā)，同時也為構(gòu)建系統(tǒng)化的課程實踐控制工程案例庫提供了充足的素材。此環(huán)節(jié)亦可以體現(xiàn)學(xué)生調(diào)研結(jié)果的探究性和個性化，充分體現(xiàn)課程的創(chuàng)新性。

（三）控制專題研討

此教學(xué)形式旨在體現(xiàn)“師生均為教學(xué)共同體”的創(chuàng)新教學(xué)理念，由教師和小組長共同組織，采用開放式課堂教學(xué)，穿插于課程教學(xué)設(shè)計中理論環(huán)節(jié)模塊一至模塊三以及實踐環(huán)節(jié)模塊四。師生共同將課程中的重要知識點及其工程理解與實踐應(yīng)用歸納為幾個控制專題進行研討。專題研討一般具有針對性和探討性特點。這種教學(xué)形式既能吸引學(xué)生的注意力，又能促進學(xué)生對集中授課知識點的吸收。因此，廣大師生應(yīng)該充分研究課程授課特點，將理論內(nèi)容與實踐案例進行科學(xué)整合，形成若干個專題，合理安排時間，組織高水平、高質(zhì)量、高效率的專題研討，從而使得教學(xué)效果更佳。在此過程中，學(xué)生能夠深刻體會到，教學(xué)不是由教師的教和學(xué)生的學(xué)構(gòu)成，應(yīng)該是由師生共同體來完成一門課程的教學(xué)。

三、優(yōu)化考核方式，加大過程性考核成績比重，提高課程的挑戰(zhàn)度

挑戰(zhàn)度是指課程要有一定難度，“金課”提高挑戰(zhàn)度的要求使得學(xué)生僅靠期末考試突擊復(fù)習(xí)就能通過一門課程考核的時代成為過去。挑戰(zhàn)度的要求實際上對教師和學(xué)生均提出了新的要求，教師需要花更多的時間和精力去備課、講課，尤其是各個教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計，要保障學(xué)生課上、課下有較多的時間學(xué)習(xí)和思考，聚焦學(xué)生綜合能力的提升。那么如何對學(xué)生的綜合能力進行評價？這就要求在各個教學(xué)環(huán)節(jié)實施過程中，不斷進行考核，即增加過程性考核，這樣既能督促學(xué)生緊跟各個教學(xué)環(huán)節(jié)，不斷思考、學(xué)習(xí)，也增加了課程學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度和難度。現(xiàn)代控制工程課程考核由“過程性考核+終結(jié)性考核”構(gòu)成。2015級以前，過程性考核（出勤和作業(yè)）成績占總成績的30%，期末考試成績占總成績的70%。自2015級開始，過程性考核成績占總成績的50%，期末考試成績占總成績的50%，其中過程性考核成績由平時出勤成績、平時作業(yè)成績、專題研討成績以及課內(nèi)實踐模塊成績構(gòu)成。過程性考核增加了教師教學(xué)的工作量，如平時出勤、提問發(fā)言記錄，作業(yè)批改，成績登記，翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)評分，課堂及調(diào)研視頻錄制等。過程性考核的形式多種多樣，并且貫穿學(xué)習(xí)的整個過程，通過不斷的考核督促學(xué)生不斷學(xué)習(xí)、思考與進步，提高了學(xué)習(xí)的廣度、難度和深度以及課程和學(xué)業(yè)的挑戰(zhàn)度。

四、結(jié)語

工程教育專業(yè)認證背景下，“金課”建設(shè)勢在必行，大學(xué)教師只有不斷改進教學(xué)內(nèi)容、更新教育理念、豐富教學(xué)資源、改變教學(xué)方法，才能真正打造出大學(xué)的“金課”。我校在現(xiàn)代控制工程課程建設(shè)過程中，契合工程教育專業(yè)認證的需求，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富以控制工程案例為主線的教學(xué)資源，提升課程的高階性；持續(xù)改進教學(xué)手段和方法，采用模塊集中授課、親歷實踐調(diào)研、控制專題研討等教學(xué)形式，同時輔以問題引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動等教學(xué)手段，強化課程的創(chuàng)新性；構(gòu)建更加合理的考核評價方式，不斷提高課程的挑戰(zhàn)度，努力打造特色更為鮮明的“金課”。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 林健. 工程教育認證與工程教育改革和發(fā)展[J]. 高等工程教育研究，2015（2）： 10-19.

[2］ 羅勇，劉曉蘭. 工程教育專業(yè)認證理念下電子信息類人才培養(yǎng)方案優(yōu)化：以鄭州大學(xué)自動化專業(yè)為例[J]. 大學(xué)教育，2019（8）： 24-27.

[3］ 郭恒川，趙國增，王勤. 工程教育專業(yè)認證背景下的“金課”建設(shè)[J]. 教書育人（高教論壇），2020（21）：66-68.

[4］ 李海平，胡志和. 工程教育認證背景下“食品安全監(jiān)督管理”課程的“金課”建設(shè)思路探討[J]. 黑龍江教育（高教研究與評估），2021（2）：34-35.

［責(zé)任編輯：周侯辰］