OBE教育理念下的自动控制原理课程教学改革探讨

1、OBE教育理念下的自动控制原理课程教学改革探讨在电气工程及其自动化专业中， 自动控制原理是一门核 心基础课程， 也是日后从事电气行业的学生在工业过程控制与优 化设计的理论依据。 就课程本身而言， 在传统教学中普遍认为该 课程知识覆盖面广、理论性和抽象性强、工程应用背景突出、数 学模型多而复杂、计算量大等问题，导致学生不易理解，掌握效 果不佳 1-2 ；但经过大量的调查问卷数据统计发现，该课程学 习难度大的最大问题在于学生不明白学习这门课程能做什么， 加 上课程本身的难度系数较高， 学生才敬而远之， 因此本文提出一 种自动控制原理课程的教学改革方案。该方案结合当前贯穿 于我国工程教育改革和工程教

2、育认证体制之中的 OBE教育理念， 针对上述自动控制原理课程教学过程存在的问题，探讨自 动控制原理课程改革模式，以最终学习成果为起点，反向进行 课程设计，开展教学活动。1 课程需求分析OBE是产出导向教育 (Outcomes-based Education )的简称， 于1981年由Spady等人提出，其核心理念是以学生为中心，聚 焦于学生受教育后能产出什么、 围绕实现预期的学习效果持续改 进教育活动、 教育过程和课程设计， 该理念代表了工程教育改革 的方向和工程教育认证标准 3 ，现已成为美国、英国、加拿大 等国家教育改革的主流理念， 同时该理念也被纳入了工程教育认 证华盛顿协议并被大多数成

3、员国采取使用。我国于 2016 年 6 月 2 日在国际联盟大会上以全票通过成为华盛顿协议的第 18个正式成员，全面接受 OBE的教育理念，该理念将更加深远 的影响我国高等教育 3 。根据上述的OBE教育核心理念可知，对于自动控制原理 课程的教学改革的关键在于定义学生的学习产出即学生能做什 么。基于OBE工程教育认证的12条毕业能力要求及课程规划4， 自动控制原理课程设计需培养的主要能力包括：（1）掌握工程知识，将工程基础理论和专业知识应用于解 决工程问题（毕业要求 1）。（2）具有问题分析能力，能够应用工程科学的基本原理， 识别、表达得到结论（毕业要求 2）。（3）具有设计 /开发解决方案的

4、能力，综合运用自动控制 理论和技术手段设计复杂控制系统、 部件或控制方法， 并能够在 设计环节体现创新意识（毕业要求 3）。（4）具备研究能力，能够基于自动控制原理课程中的科学 原理，采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括实验设计、 分析和解释数据， 通过信息综合得到合理有效的结论 （毕业要求 4）。这些能力的培养需要能够比较清楚的描述学生所学专业最 具有竞争优势的领域， 以及毕业后经过一段时间的实践， 在正常 情况下未来在社会上从事什么行业，成为什么人才。明确自动控制原理课程在毕业要求中的作用， 直接与毕业要求联系起来， 不仅使老师清楚“为什么教”， 更让学生明白“为什么学”， 解 决当前

5、大？W生学习目标迷茫的问题。2 传统课程教学模式 传统的自动控制原理课程采用“理论 +实验”的教学模 式。在理论课的教学方法上，采用课堂讲授，课后自学，课堂讨 论等教学形式。 其中课后自学主要以习题作业为主， 学生为了完 成作业而完成， 没有任何的主动性， 或许传统意义上调动学生学 习积极性的另一种方法就是考试得高分， 然而纸上谈兵的历史教 训需要谨记， 工程专业的人才培养目标描述很清楚， 要培养实用 型人才，因此传统的理论教学模式已不能够满足当前的毕业要 求。在实验课的教学方法上，传统的自动控制原理实验教学 存在理论与实验脱节的问题， 实验基本原理的理论性薄弱、 单一， 综合性实验数量有限，

6、 而且实验设计存在严重的教条性， 传统的 实验教学方式是学生照葫芦画瓢的按照老师的操作完成实验， 对 实验原理、步骤和方法完全置若罔闻，缺乏主动思考，实验效果 大打折扣。学生简单的系统分析都没有，只是生搬硬套，复杂的 控制系统分析以及校正设计更是无从谈起， 因此基于OBE理念所 要求的设计 / 开发解决方案的能力，本文建议增加自动控制原 理课程设计实践环节，让实验真正具有设计性、创新性和自主性。3 课程教学改革方案自动控制原理的教学内容主要分为三部分：系统数学模 型的建立、系统的分析方法（时域法、频域法、复域法）和系统 的综合校正设计， 该课程学习的最终目的是要能够设计一种方案 来综合校正控制

7、系统， 使得系统的稳定性、 快速性和准确性满足 工程实践需求。结合上述1中基于OBE教育理念分析下的课程需 求，本文提出的自动控制原理课程设计实践环节正是锻炼该 课程系统的综合校正设计的实践教学， 可以一定程度上弥补传统 教学模式的不足， 并更好的帮助学生提高综合设计的能力、 工程 理论知识应用的能力、 分析和解释数据的能力， 同时制定合理的 课程考核方法，使得学生达到学习的最终目标。1 ） 综合设计能力基于OBE教学理念的课程设计改革， 考虑到学生自身的基础 和能力的差异，把课程设计题目层次化，分“易、中、难”三个 层次，让学生的设计思维能够充分能够发散并在规定的时间内独 立完成设计任务，

8、对不同层次的学生制定不同的标准要求， 因材 施教。题目设计原则为：（1）具有综合性，能够覆盖自动控制原理课程的主要 内容；（2）设计结果应包括频域分析中的两到三种典型环节，也允许选用时域分析或根轨迹分析方法；3） 要与实际工程相结合，更多地体现在日常生活、生产中；( 4) 学生能在设计题目中充分发挥创造力，体现实用性和 创新性；另外，学生选题可以自由组合，协同工作，最终完成课题设 计，不仅可以加深理论知识的理解， 同时OBE培养大纲中也满足 了工程毕业生个人能力和人际团队能力培养的要求。2) 工程基础理论知识应用能力众所周知， 自动控制原理课程设计的综合校正方案能到 性能指标的途径有很多，解决

9、方案不唯一，本文提出的基于 OBE 教学理念的课程设计让学生可以充分发挥想象力， 利用所学的理 论知识去完成设计， 不限方法。学生需要根据所选择的指标要求， 通过理论课程中所学的经典分析方法， 甚至可通过查阅相关文献 去采用其他先进的智能控制方法， 设计解决方案， 校正完成之后， 学生还需对其校正装置进行结构、 系统所要求时域或频域指标进 行分析。 学生通过这样的学习过程， 不仅有了对方案设计的深刻 理解，设计的目的非常清楚，而且在相应分析时，必然会加深对 所学理论知识的理解和认识， 并充分地应用到实际工程中， 并得 到一些分析方法的验证，会觉得学有所用。3) 分析和解释数据能力 在我国的工程

10、教育认证中， 第二条毕业要求学生能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达并通过文献研 究分析复杂工程问题，以获得有效结论 5。基于OBE教育理念 改革后的课程设计， 从设计要求到设计方案的确定， 均需要学生 根据具体情况进行分析， 然后根据所学知识， 自己设计校正方案， 并需要通过多方案的比较而得出可行方案。 在方案确定后， 详细 设计校正系统时， 需要根据实际性能指标要求确定各参数， 最后 对校正后的系统验证是否符合系统性能指标的要求， 并对校正结 果进行相关的频域或时域指标分析，进一步确定系统的稳定性、 快速性和准确性。与此同时，学生在实验结果的验证过程中，分 析和解释数据的能力能够得到相应的提高。4) 考核方式的改进评估学习产出是OBE教育模式中十分重要的环节，也是 OBE 教育模式的最终目标。如何能够对学生所学知识进行客观评价， 本文提出了 “基础分 +完成分+表达分”的成绩评定办法。结合 上述多层次培养模式，将成绩的评定与课程 ？0计题目的难易程 度相结合，难度大的题目基础分高，反之亦然；完成分是指按照 整个设计的完成度给予相应得分； 表达分主要体现在学生对完成 设计的讲解与描述情况； 通过这三项评分， 教师可以比较准确地 掌握学生的实验