基于专业认证和课程思政的“控制工程基础”课程教学改革实践.pdf

2023年第19期总第595期No.19,2023Sum No.595Journal of Science and Education我国要实现从“中国制造”到“中国智造”的跨越，显然离不开控制技术的支撑。控制工程是基于反馈控制，利用偏差来对系统进行自动调节以消除偏差，以使得系统的输出值接近期望值。通过学习，学生能够掌握控制的基本理论、控制系统分析的基本方法、能借助相关软件对控制系统进行分析和设计，并能在工程实践中加以运用。实践证明，“控制工程基础”在推动智能制造的发展以及培养机电一体化领域的复合型工程技术人才过程中发挥了非常重要的作用。控制工程技术已经成为从事科学研究与社会生产的技术人员必须掌握的专业技术基础知识。“控制工程基础”课程包含了大量数学知识的运用，理论性强，也很抽象，有着浓厚的工程应用背景 1。在当前科技发展日新月异的背景下，课程教学不仅要注重理论知识的教授，还要加强培养学生的工程实践能力和应用能力2。要实现人才培养目标、提高毕业生核心竞争力，课程建设是非常重要的环节 3。在IEET工程教育认证背景下，对课程进行教学改革探索，进一步完善教学内容以及评价体系，确保核心能力的培养。课程思政是新时代中国特色社会主义高等教育人才培养的必然要求，能凝心聚力形成全方位思政教育合力，培养能够担当民族复兴大任的时代新人。各高校要坚持把立德树人作为根本任务，科学构建课程思政教学体系，全专业推进课程思政建设。当前，全国高校都在积极探索和推进课程思政建设，将课程思政与“控制工程基础”课程建设有机结合意义非凡。1 教学改革设计1.1 总体框架“控制工程基础”课程的教学设计始终围绕“IEET工程认证”和“课程思政”两个方面来开展。工程教育认证核心理念：确保该专业学生具备相应的核心能力。“控制工程基础”是多个专业的核心课程，学生学得好坏直接影响后续专业课的学习、毕设课题的开展甚至学生科研项目、学科竞赛的开基于专业认证和课程思政的“控制工程基础”课程教学改革实践唐伟杰 王丹丹（北京理工大学珠海学院工业自动化学院 广东 珠海 519088）摘要：我国要实现从“中国制造”到“中国智造”的跨越，需要大量具备先进控制理论技术的人才来进行支撑。“控制工程基础”作为高校机械电子工程、机器人工程、机械设计制造及其自动化等专业开设的一门非常重要的专业核心课程，在推动智能制造的发展以及培养机电一体化领域的复合型工程技术人才等方面发挥着非常重要的作用。该文以国际工程教育专业认证为抓手，来推动教学设计和改革，落实核心能力的培养，同时深入挖掘课程中所蕴含的思政元素，将课程思政巧妙地融入课堂教学环节，实现知识能力培养和思想政治教育的有机结合。关键词：控制工程基础；专业认证；课程思政；教学改革中图分类号：G642.0 文献标识码：A DOI：10.16871/ki.kjwh.2023.19.035基金项目：教育部办公厅批准2021年度广东省一流本科专业建设点：机械电子工程专业（教高厅函 2022 14 号）；2021年广东高校省级重点平台及重大科研项目高等教育研究专项：基于“IEET工程认证”和“课程思政”的 控制工程基础 课程改革与提升的探索（编号：2021GXJK179）；2021年北京理工大学珠海学院“控制工程基础”一流课程建设项目（编号：YLKC2021006）。作者简介：唐伟杰（1982），男，副教授，主要从事控制理论及故障诊断领域的研究；王丹丹（1983），女，本文通信作者，高级工程师，主要从事控制、电类课程教学和研究，E-mai：。138课程思政展。要探索运用专业认证规范和要求，来促进课程教学进一步完善和提高。课程思政作为高校全方位实施思想政治教育的重要载体，也是推动课堂教学改革和提升课程育人质量的有效途径。课程的教学改革从内容改革、实践环节、教学方式、考核评价四个方面着手，并不断通过反馈来促进教学持续改进。其课程教学的最终目的，应包含两个方面的内容：一个就是专业知识的传授，要符合专业认证对核心能力培养的要求；另一个就是引导学生厚植爱国主义情怀，践行工匠精神。1.2 打造基于OBE的课程建设目标工程教育专业认证的核心就是要确保该专业学生能够达到行业所认可的人才培养质量要求，是一种以培养目标为导向的合格性评价。以OBE理念对“控制工程基础”课程进行改革，需要从三个方面来展开。首先是知识的目标，通过课程学习，让学生能熟悉反馈控制思想，掌握控制系统数学模型的建立方法；掌握控制系统时域分析、频域分析和稳定性分析的方法，熟悉控制系统的性能指标，掌握校正方法。其次是能力的目标，通过课程学习，学生能将理论学习应用到实践中，结合学科竞赛、大学生创新项目及毕业设计课题对控制系统进行分析和设计。最后是素质的目标，通过课程学习，培养学生创新设计、解决工程实际的能力，并具备良好的工程价值观、较强的沟通能力和团队协作意识。1.3 建设以学生为中心的教学方式以学生为中心的教学目标就是提升学生的关注度和课堂习得率。由于控制理论的课程内容较为抽象，知识点也比较难，多采用案例式教学方式、互动课堂等平台工具，充分利用软件工具，生动、形象地讲解知识点。比如在讲解稳定性定义时，可以用学生喜欢玩的四轴无人机作为例子，分析无人机在悬停时受到外力扰动作用的姿态控制；在讲解稳态误差、PID 调 节 时，借 助 MATLAB/SIMULINK软件平台，搭建起控制系统模型，利用仿真分析来形象地说明，可以激发学生的学习兴趣，同时让学生更好地理解理论知识。1.4 实践环节及考核评价将创新、创业、学科竞赛等内容融入实践教学环节，培养学生解决工程实际问题的能力以及创新思维的能力。例如在校级单片机应用设计竞赛中，设置循迹车竞赛和平衡小车竞赛项目，将控制理论中的反馈控制思想、PID 调节应用于其中，达到学以致用。课程考核应不局限于闭卷考试，因为考试只能片面反映理论知识的掌握情况，而不能反映学生的工程应用能力，因此要对考核机制进行改革，采用多样化的考核评价方式4，不仅要考虑平时的考勤、作业情况、实验成绩和期末考试成绩，还要重视学习过程的管理，比如网络教学平台资源学习情况、课堂互动情况以及答疑情况等。1.5 课程思政具体设计专业课教师将课程思政应用在课堂教学过程中，具有隐性育人的重大优势，对大学生“三观”的塑造有着非常重要的影响。要深入挖掘课程中出现的思政元素，将爱国情感和价值观融入教学环节，正面引导学生树立正确的“三观”，为中华民族的伟大复兴做出应有的贡献。充分利用网络电子资源，比如“学习强国”APP、短视频平台，这些都为课程内容带来海量的资源，积极、持续收集与课程相关的思政资源并进行加工，将它们有机地嵌入各章节内容，要做到不突兀，达到润物细无声的效果，图1为“控制工程基础”课程思政的主要渗透点。比如在绪论中，讲解控制理论的发展历程时，会讲到我们国家的控制理论的发展历史，这里重点介绍世界著名科学家、“两弹一星”功勋奖章获得者钱学森，钱老在祖国最困难的时候，放弃美国给予的优厚待遇，历尽艰辛冲出美国的层层阻挠，毅然回到了祖国，为祖国的科学事业做出了极为重要的贡献，钱老撰写的 工程控制论 将控制理论系统地引入我国，对工业、航空航天甚至军事起到了巨大的推动作用。课后，可以布置学生观看 钱学森 电影的任务，让学生学习钱学森报效祖国、为国奉献图1 思政与课程内容的融合139的爱国主义精神，以培育学生的家国情怀和责任担当，另外给学生分享我国近年来所取得的成就。尽管我国所处的国际大环境并不乐观，西方一直想尽一切办法对我国在高新科技领域进行围追堵截，即便这样，我国逆流而上取得了一个又一个重大成就，让学生感同身受，一方面使学生增强了自信心，另一方面激励学生奋发图强。2 课程实施效果在课程教学和考核环节完成后，对学生开展了问卷调查，以评价课程实际执行的效果和收集学生的反馈建议。其中，核心能力培育的达成度调查如图2所示，对标课程关联的3个核心能力培养，学生评价满意及非常满意的比例很高，说明学生对课程很认可，成效也不错。课下与学生交流时，他们大都意识到学习的重要性，希望自己在大学四年里学好专业知识，将来能成为一个对国家、对社会有用的人。3 结语以国际工程专业认证为抓手，基于 OBE 工程教育的理念，对“控制工程基础”课程的培养目标、授课内容、授课方式、评价体系和教学成效等要素进行设计，并结合课程思政将思政教育贯穿课程教学的全过程，寓价值观引导于知识传授中，恰到好处地将专业知识与思想政治教育有机结合，落实“三全育人”，培养具有家国情怀、核心能力的高素质创新型人才。问卷调查的结果也证明了这种方式的显著成效。在总结课程改革的相关经验后，笔者将进行进一步研究，并希望能将这种方式逐步推广到其他课程教学中。参考文献1 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,2016,33(2):159-161,165.2 王丽丽,陈庆光,张鑫,等.基于OBE模式的“机械工程控制基础”课程教学改革研究J.教育教学论坛,2019(34):100-102.3 林健.工程教育认证与工程教育改革和发展J.高等工程教育研究,2015(2):10-19.4 田雪虹.工程教育专业认证下 机械控制工程基础课程教学改革J.装备制造技术,2021(2):139-141,158.Practice of Teaching Reform of the Fundamentals of Control Engineering Course Based on Professional Certification and Ideological and Political EducationTANG Weijie,WANG DandanAbstract:To achieve the leap from“made in China”to“intelligent manufacturing in China”,our country needs a large number of talents with advanced control theory and technology to support it.Fundamentals of Control Engineering is a very important specialized core course offered in mechanical and electronic engineering,robotic engineering,mechanical design,manufacturing and automation in colleges and universities.It plays an important role in promoting the development of intelligent manufacturing and cultivating interdisciplinary engineering technology talents in the field of mechatronics.This paper takes the“international engineering education professional certification”as a starting point to promote the teaching design and reform,implement the cultivation of key competencies,and at the same time deeply explore the ideological and political elements contained in the course,and skillfully integrate ideological and political education into classroom teaching,so as to achieve an organic combination of knowledge and ability cultivation and ideological and political education.Key words:Fundamentals of Control Engineering;professional certification;ideological and political education in specialized courses;teaching reform编辑：李金枝图2 课程达成核心能力的调查问卷结果课程思政140