工程认证背景下“自动控制原理”教学改革与探究

邢广成　师卫国　董燕飞

摘 要 工程教育专业认证要求培养的人才具有更高的适应经济社会发展的能力，毕业生能够满足企业的基本需求，因此要求培养的学生具有较高的工程实践能力和创新能力。结合工程认证要求，针对“自动控制原理”课程现状，在课程内容体系、实验及实践教学、创新实践教育、教学方式等多个方面进行改革和探究，取得了较好的效果，为工程认证的后续开展打下坚实的基础。

关键词 工程认证 自动控制原理 课程内容体系 实践教学 创新实践

中图分类号：G642.0 文献标识码：A

高校按照现在的教学体系培养学生，培养过程偏重理论知识，工程实践能力不足。工业4.0和“中国制造2025”国家战略规划发布以后，中国制造业领域面临巨大的发展机遇，因此工程人才数量供不应求。现如今普通工科培养的学生工程技术方面质量不高，动手实践能力差，缺乏行业背景和职业精神，工科学生毕业后不愿意去中小型企业工作，而企业也不太欢迎通才模式培养出来的工科学生。因此，国家提出“引导一批普通本科院校向技术型院校转型，向职业教育类转型”意见，是为了适应工程教育需要而做出的教育体系调整。加强工程教育，加强实践教学，加强职业教育，适应社会对工程技术人才的需求。河南城建学院电气与控制工程学院目前正在开展电气工程及其自动专业的专业认证工作，“自动控制原理”作为该专业一门重要基础课程，对其课程的教学改革也势在必行。

1工程教育专业认证现状

2013年6月，国际工程联盟大会正式接纳我国加入《华盛顿协议》，成为该协议的预备会员，2016年6月，我国成为正式会员。根据中国工程教育认证协会公布结论，2014年有137个专业通过认证，2013年有95个专业通过认证，涉及高校100多所，近两年申请认证的专业数量大幅增加，证明工程教育认证被越来越多的高校认可，并且积极参与进来。通过工程教育认证，可以完善工程人才培养体系，提高工程教育质量；强化工业界参与工程教育，增强毕业生对企业的适应能力；促进工程教育的国际化，提高人才培养质量的国际认可度。工程教育认证是工程界和教育界共同实施对工程专业培养人才质量的外部评价，从学生的培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍、支持条件等多个方面通用标准和专业特殊要求进行考核评价。

2 “自动控制原理”课程教学存在问题

2.1课程知识内容陈旧

目前本科高校“自动控制原理”比较通用的几个版本课程内容体系基本一致，内容相对陈旧，有的版本几乎几十年没有变化。课程结构未变，内容不变，学时减少，又要增加一些新的课程，课程知识内容必须面临更新和变革。

2.2实验课程的现状

自动控制原理实验目前主要采用模拟实验箱模和Matlab仿真两种方式，都是基于系统传递函数形式的数学模型，部分同学对传递函数的概念理解不深，实验以验证性实验为主，主要目的是为了验证理论结果，缺少实践性和创造性。学生做完实验并不能将实验结论和工程实践联系起来，不能满足工程教育认证的培养目标和要求。因此需要对实验内容及实验方式进行改革。

2.3教学方式陈旧

目前理论教学采用多媒体方式，老师讲的内容较多，而学生参与较少，不能引起学生学习兴趣，因此学生对知识的理解不够，很难将抽象的传递函数与具体的系统联系起来，授课效果不好。需求一种新的教学方式，让学生参与到课堂中去，调动学生的积极性。

3课程教学改革几点探究

3.1“自动控制原理”课程知识重组设计

课程主要内容三大分析和设计方法：时域分析法、根轨迹法、频率特性法。在工程设计应用当中，时域分析和频率特性分析用的比较多，根轨迹分析基本不用。以前课程学时总数60左右，其中根轨迹安排8学时，随着课程体系改革，增加实践环节学时，缩减理论环节学时，现在总学时数一般为48，实验学时增加到16个学时单独开设，根轨迹安排2个学时简单介绍；采样控制系统在计算机控制系统课程里面有内容重复，也不再做重复教学安排；“信号与系统”课程里面部分内容与“自动控制原理”部分也有重复，可以将二者进行优化，统筹安排；重点突出实际系统的建模与应用，对教学内容重新设计，重点突出学生的创造能力和实践能力，如：在讲授控制系统分析的三个性能：稳定性、快速性和准确性，结合直流电机伺服调节系统来进行说明，可以引导学生如何从改进三个方面性能来进行思考。

3.2课程实验设计

为了凸显实验重要性，提高学生的重视程度，将实验学时增加到16学时，单独进行考核。传统的实验以模拟实验箱为基础，实验设置比较简单，主要是验证性实验，分析和设计部分不足，在此基础上增加设计性实验串联环节校正。同时结合Matlab软件进行控制系统数字仿真分析，频率特性分析、串联校正设计环节除了模拟电路系统实验以外，采用Matlab进行仿真分析，将实物系统和数字仿真结合起来，加深对实验过程的认识和理解。引导学生能够在实验预习的过程中利用Matlab软件进行辅助设计，这样能够在有限的课程时间内，提高实验的效率，重点放在对实验结果的分析和思考上面来，而不单单是重复实验步骤，记录实验数据，比如在综合校正的设计过程中，思考能否设计不同的控制结构及改变不同的参数，对系统性能有哪些方面的影响，得出结论，思考如何想结论应用在工程实践系统当中。

在实验教学过程中，内容是基础，重点要培养学生的实验方法，培养学生如何通过实验解决实际问题的能力。比如在二阶系统阶跃响应实验中，不能局限于模拟电路的连接和实验图形的简单记录，应该让学生明白，二阶的系统如何用模拟电路系统来实现，其它的实际系统是否也能够搭建起等效的模拟电路系统来进行分析。让学生能够自己设计出对应实际系统的模拟电路，并对其进行模拟和数字仿真，让学生能够学以致用。

3.3开放实验室以及综合实验项目实训

开放学院的大部分实验室，鼓励学生在课外时间利用实验室设备进行学习训练。“自动控制原理”课程一般没有开始课程设计环节，为了提高学生的课程知识的综合和应用能力，因此在课程后半段，设计了开放性综合实验项目。开放实验项目如下：单水箱液位控制系统设计，一阶倒立摆系统的PID控制系统设计，电阻炉温温度控制系统，电机伺服控制系统等几个综合项目。这几个系统具体不同特征，控制过程中涉及到控制方案也不盡相同，这几个项目又是综合性的实验项目，因此可以极大程度加大学生对控制知识的应用能力。endprint

成立項目综合实训小组，专业教师指导学生动手制作实物控制系统。学院实验室作为实训平台，为学生提供专业工具包，提供一定的经费支持，由专业教师指导带领学生研制实物控制系统。学生在制作实物系统之前首先要进行理论分析和设计，一方面加强了学生在理论知识方面的理解和认识，另一方面在制作的过程中，很好地增强了学生的动手的能力，使学生的工程实践能力的得到极大提升。学生制作的实物系统可以作为实验室的设备，在教学过程当中作为辅助手段为同学们演示，这样可以将教学环节和实验环节结合起来，相辅相成。

3.4多元化教学方式相互融合

结合河南城建学院应用型本科院校转型发展，根据“自动控制原理”课程教学内容，采用多元教学方式来增强教学效果。根据工程培养要求，教学过程中要做到以学生为本，从学生的应用能力提高为出发点，不再是传统教学的知识点的填鸭式灌输。

采用重启发模式的探究式教学。主讲教师根据实际情景提出问题，引导学生积极思考，围绕问题进行分析，寻找解决问题的有效方法，可以以小组的形式开展讨论，增强学生课堂的自主性。举例来讲，教师提出生活中常见的水箱水位系统的控制问题，提出如下问题：如果出水口流量波动，如何保证水箱水位保持不变？引导学生在所学知识基础上进行分析，让学生自行分析并找到解决问题的办法。

提高用人单位反馈意见在教学过程的作用。以工程认证体系“持续改进”为原则，通过用人单位的反馈来提高教学效果。与用人单位加强联系合作，定期对用人单位进行回访，或者以网络问卷的的形式征求单位对学生的反馈意见。加强与工程实践单位的合作，将学生的部分实践环节如课程设计等安排给企业工程技术人员，让企业将用人单位的要求直接渗透到教学环节当中。

4总结

在河南城建学院“电气工程及其自动化”专业申请工程教育认证背景下，从多个方面对“自动控制原理”课程进行教学改革和探索。对课程知识体系进行了整合优化，单独设置实验环节，增加综合课程项目实训，采用多种方式进行教学。实践表明，通过相关教学改革，工程教育方面取得了较好的效果，学生的动手实践能力有了较大提升，普遍增强了学生的工程意识。

参考文献

[1] 戴宪中.自动化专业课程体系改革与思考[J].第3届全国自动化专业负责人联席会交流，2016（07）.

[2] 李颖.工程认证背景下大学生工程实践能力培养创新研究与实践[J].河南化工，2014（31）：59-61.

[3] 林建.“卓越工程师教育培养计划”质量要求与工程教育认证[J].高等工程教育研究2013（06）：49-60.

[4] 林建.工程教育认证与工程教育改革与发展[J].高等工程教育研究2015（02）：10-19.

[5] 夏静萍，王瑛.工程专业认证背景下的自动控制原理实验教学改革与实践.[J]实验技术与管理2016，2（33）：159-161，165.

[6] 张瑞成，王福斌，陈志坤.“自动控制原理”课程立体化教学体系研究与实践.[J]实验技术与管理，2013，9（30）：181-184

[7] 夏静萍，王瑛.自动控制原理实验教学探究.[J]实验技术与管理，2013.12（32）：184-189.endprint