张澎涛 张佳薇 谢永华
[摘 要] 结合东北林业大学自动化专业培养目标，基于“OBE”理念，按照工程教育专业认证的课程建设思想，以运动控制为例，详细分析传统教学大纲中存在的问题，构建毕业要求指标点与课程目标的对应关系，从课程内容、教学实施和考核方式等几个方面，对课程教学大纲进行质量持续改进，为自动化专业课程群的建设起到引领示范作用。
[关 键 词] 工程教育专业认证;运动控制;教学大纲
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）25-0102-03
一、引言
作为我国高等教育质量保障的重要组成部分，工程教育专业认证制度自2006年正式开始试点以来，工程教育专业认证工作取得重要进展，认同度不断提高，越来越受到各高校的重视。2013年我国加入《华盛顿协议》，2016年成为正式会员国，这是中国工程教育界的里程碑事件，意味着通过工程教育专业认证的学生可以在相关的国家或地区按照职业工程师的要求，取得工程师执业资格，将为我国工程类学生走向世界提供具有国际互认质量标准的通行证。该协议促进了我国工程教育人才培养质量标准与《华盛顿协议》的标准实质等效，推动教育界与企业界的紧密联系，对尽快提升我国工程教育水平和职业工程师能力水平，实现国家新型工业化的战略目标，提升我国工程制造业总体实力和国际竞争力具有重要意义。本文主要研究我校自动化专业工程教育专业认证背景下课程教学大纲的持续改进与具体实施。
二、传统课程教学大纲中存在的问题
由于缺乏对学习结果的有效评估手段，加上运动控制课程本身理论性较强，学生在学习过程中难以深入理解相关概念、原理和方法。这种传统教育模式中存在的知识传授与教学结果相背离的现象，往往导致课程目标难以顺利实现。传统的运动控制课程教学大纲主要存在以下几方面的问题。
1.传统的教学方式强调以教学进程为导向，要求学生按既定的教学计划、时间、进度等开展学习，忽视学生的“学习结果”这一根本目标。
2.在教学模式上强调以知识导向为主，忽视对学生能力的培养。传统的运动控制教学强调“知识导向”的教学模式，而忽视了“任务驱动”的教学方法，教师关注的是教学内容，学生关注的是对获得知识的总结和整理，缺乏对学生分析、研究、沟通、表达、合作等多方面能力的培养。
3.传统的教学方式强调以教师为中心，学生按照教师的要求完成学习任务。这种学习形式单一，需要引入“翻转课堂”的教学手段，活跃课堂的教学氛围，调动学生的学习积极性，从多角度提高学生学习的效率。
4.传统的运动控制课程教学以教学内容驱动教学过程，缺乏对学生学习结果的合理考核评估。
三、工程教育背景下课程教学大纲设计——以运动控制为例
（一）确定课程培养目标
运动控制是我校自动化专业的核心课程。课程主要内容包括运动控制的控制原理、系统组成、结构特点和分析设计方法等，分为直流调速、交流调速两大篇幅。任课教师在授课过程中引导学生对专业基础课程进行综合应用，以系统的控制规律为主线，由简入繁、由低及高地循序深入，通过本课程的学习，强化学生的工程意识，使学生掌握运动控制系统的分析与设计方法，培养学生解决复杂工程问题的能力和素养。基于“OBE”理念，对照毕业要求指标点与课程目标的支撑关系，本课程培养目标制定如下：
1.掌握各种运动控制系统的基本概念和参数计算方法，并对系统特性进行理解分析，能够运用物理、数学、工程基础知识，针对不同的运动控制系统选择恰当的数学模型，对模型的正确性进行推理，并能正确求解。
2.通过小型直流调速系统的设计，从工程基础和专业知识的角度对设计方案进行比较分析，优选设计方案。
3.通过实验训练、创新性课程设计和工程案例分析，将所学理论知识与工程运用有机结合，能够对实验操作平台、课程设计作品和工程案例进行分析研究，并通过撰写实验报告、课程设计报告和案例分析报告获得有效结论。
4.通过实验训练，将所学理论知识与工程运用有机结合，能够对调速系统典型特性、实验设备进行研究和实验验证;通过对小型直流调速系统的分析研究，具备构建小型直流调速系统的能力，采用科学合理的实验方法，完成系统的设计、安装和调试，并进行实物作品的现场演示。
5.通过对小型直流调速系统进行硬件电路设计及设计实物的焊接、装配和调试，结合查阅资料、撰写设计报告和分组答辩等环节，培养学生的团队合作能力和沟通表达能力。
（二）明确课程对毕业要求的支撑关系
为了便于根据专业的毕业要求组织实施课程的教学活动，专业教学指导委员会将自动化专业的毕业要求分解成12条36个指标点，并体现在专业课程体系的各个教学环节中，明确每门课程对毕业要求的支撑情况，形成课程体系与毕业要求的对应关系矩阵，以此为依据，进行教学大纲设计和撰写。运动控制课程目标与毕业要求的对应关系如表1所示。
（三）构建以学生为中心的教学过程
运动控制课程综合学生先要学习自动控制原理、电力电子技术、电机与拖动、计算机控制系统等课程的知识与技能，直接面向工程应用，始终强调以学生为中心，以成果为导向。从提高系统性能的角度来分析、设计控制器，使学生从系统的角度培养学生综合应用知识进行系统分析与综合的能力，提高学生的工程创新能力。
1.理论教学（64学时）
（1）绪论（2学时）
内容：运动控制系统及其组成;运动控制系统的历史与发展;运动控制系统的转矩控制规律;生产机械的负载转矩特性。
要求学生：了解运动控制系统的历史与发展;对运动控制系统相关知识有概括性了解;理解运动控制系统的主要研究内容;培养工程意识。
（2）转速反馈控制的直流调速系统（16学时）（支撑课程目标1、3）
内容：直流调速系统用的可控直流电源;稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性;转速反馈的直流调速系统;转速反馈控制直流调速系统的限流保护;直流调速系统的数字控制;转速反馈控制调速系统的仿真。
要求学生：了解数字测速的三种方法，熟悉单闭环直流调速系统的性能指标、数字仿真方法;掌握晶闸管整流器和PWM脉宽调制变换器、反馈控制基本规律、单闭环直流调速系统的稳态分析和动态分析，并将其适当运用于单闭环直流调速系统的表述、分析中;基于调节器设计法，能够设计符合性能指标要求的单闭环直流调速系统。
（3）转速、电流反馈控制的直流调速系统（12学时）（支撑课程目标1、3）
内容：转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性;转速、电流反馈控制直流调速系统数学模型与动态过程分析;转速、电流反馈控制直流调速系统的设计;转速、电流反馈控制直流调速系统的分析。
要求学生：了解双闭环直流调速系统的构成和静特性以及起
动过程的特点，掌握典型系统的性能指标与参数之间的关系，并将其适当运用于双闭环直流调速系统的表述、分析中;基于工程设计法，设计符合性能指标要求的双闭环直流调速系统;理解工程设计法在实际工程运用中的局限性。
（4）可逆控制直流调速系统（10学时）（支撑课程目标1、3）
内容：直流PWM可逆调速系统;V—M可逆直流调速系统;弱磁控制的直流调速系统。
要求学生：了解可逆系统中环流的种类、熟悉抑制和消除环流的方法以及弱磁控制直流调速系统;掌握V—M和PWM可逆系统的线路组成、工作原理，分析可逆系统制动过程的特点，并将其适当运用于可逆直流调速系统的表述、分析和设计中。
（5）基于稳态模型的异步电动机调速系统（12学时）（支撑课程目标1、3）
内容：异步电动机的稳态数学模型;异步电动机的调压调速;异步电动机的变压变频调速;电力电子变压变频器;转速开环变压变频调速系统;转差频率控制的变压变频调速系统。
要求学生：了解异步电动机的稳态数学模型、变压变频调速系统结构及实现;熟悉异步电动机的调速方法、调压调速的机械特性以及调压调速系统组成、静特性;能够将异步电动机变压变频调速原理、变频器技术和SVPWM技术适当运用于三相异步电动机调速系统的表述、分析和设计中;通过典型案例分析，培养工程思维模式的建立，掌握工程分析的一般方法。
（6）基于动态模型的异步电动机调速系统（12学时）（支撑课程目标1、3）
内容：异步电动机的动态数学模型;异步电动机的转矩和磁链控制规律;矢量控制系统和直接转矩控制系统。
要求学生：熟悉异步电动机动态数学模型的性质;掌握异步电动机三相原始动态模型及其特性;掌握矢量控制系统和直接转矩控制系统的基本工作原理及其多种实现方案;能够将基于动态模型的异步电动机调速系统的工作原理、系统组成、机械特性适当运用于交流调速系统的表述、分析和设计中。
2.实验教学（12学时）（支撑课程目标3）
内容：晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定（2学时）;晶闸管直流调速系统主要单元的调试（2学时）;单闭环不可逆直流调速系统（3学时）;双闭环异步电机调压调速系统（3学时）;三相SPWM变频调速系统（2学时）。
要求学生：理论知识和实验训练相结合，能够对运动控制系统典型特性、相关实验设备进行研究和实验验证，并对实验结果进行分析和解释，形成实验报告，得到合理有效的结论。
3.设计答辩（不占用教学学时，单独组织）（支撑课程目标2、3、4、5）
内容：小型直流调速系统的硬件设计。
要求学生：自由组队、自主选题、分工协作;查阅资料提出具体的设计指标和设计方案;硬件设计要求设计硬件电路，完成设计作品的焊接、装配和调试并满足设计指标的要求;撰写设计报告、准备答辩PPT，分组答辩总结;指导教师为小组提供咨询，检查工作进度，帮助学生改善方案，从而使学生更好地解决设计过程中存在的实际问题。
4.案例分析（不占用教学学时，单独组织）（支撑课程目标3）
内容：交流调速系统的案例分析。
要求学生：解析工程应用中交流调速系统典型案例，运用工程分析的一般方法，结合资料查阅，分析交流调速系统设计方案、性能指标、硬件结构、功能实现以及与社会、环境、经济、可持续发展之间的关系，并撰写案例分析报告。
（四）注重教学方法
达到预期的毕业要求最重要的环节是各门课程的教与学。按照课程特点、达到预期要求和激发学习兴趣的思路，组织不同的教学方法，充分体现“学生主体、教师主导”教学思想，可通过教学的“互动、协作、自主、开放”等多种形式，采用课堂教学与实践教学相结合、课堂教学与课外指导相结合、自主学习与教师讲授相结合、多媒体教学、案例教学、现场指导、实验教学等多种教学方法。运动控制课程的教学方法如下。课程教学以课堂讲授为主，结合作业、案例分析、实验、设计、答辩、笔试等环节共同实施。
（五）改革考核方式
课程考核是为了评估学生的实际学习成果达到课程目标能力的情况，帮助教师不断总结教学经验，改进教学方法与技巧;同时也是为了对学生的学习情况做出客观、公正、科学的形成性评价，并引导学生明确学习方向，逐步适应学科课程的特点，最终起到夯实基础、强化能力的作用。考核内容要体现标准技术类、非技术类的毕业要求考核，阶段、期末形成性考核（设计、答辩、案例分析、笔试、实验等多种考核方式）体现标准技术类、非技术类的毕业要求。运动控制课程的考核方法如表2所示。
四、结语
课程教学大纲是达到认证毕业要求最根本、最基础性的工作，是任课教师、管理者与学生理解培养目标与毕业要求水平与程度的重要标志之一。基于工程教育专业认证标准编制课程教学大纲是保障工程教育得以实施、提高普通高校教育教学质量的重要举措，在教学活动中有效执行课程教学大纲，势必提升高校人才培养质量。教学团队在教学中不断发挥集体智慧，研究教育教学规律和方法，按照工程教育毕业要求标准，把整体目标细化为提高学生知识、能力和素质的具体目标，不断发挥教学大纲对教学的规范性和指导性作用。
参考文献：
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编辑 马燕萍
