陳秀梅 黃民 彭寶營 劉忠和

摘要：工程教育認證是一種以培養(yǎng)目標和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評價，其核心就是要確認工科專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質(zhì)量標準要求。一個專業(yè)的課程體系又是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標的具體步驟。每門課程的教學效果直接影響畢業(yè)生的質(zhì)量，參照工程教育認證標準，根據(jù)機械控制工程課程的特點及教學中存在的問題，基于學生成果的教、學、評價，對課程的教學大綱進行了修訂，修改和補充相關(guān)教學內(nèi)容，采取形式多樣的教學方式和方法作為達成畢業(yè)要求的途徑，以期能夠達到優(yōu)秀的教學效果及評價。

關(guān)鍵詞：工程教育認證；機械控制工程；培養(yǎng)目標；教學大綱

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）17-0148-03

一、背景

工程教育認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)。1989年，美國工程與技術(shù)認證委員會、加拿大工程師學會、英國工程委員會、澳大利亞工程師學會、愛爾蘭工程師學會、新西蘭職業(yè)工程師學會六國的民間工程團體簽訂了《華盛頓協(xié)議》。近年來，《華盛頓協(xié)議》在工程領(lǐng)域中的影響力不斷擴大，南非、日本、新加坡等多國紛紛簽約該協(xié)議成為成員國。2013年6月，中國成為《華盛頓協(xié)議》的預(yù)備成員。

2016年6月，在吉隆坡召開的國際工程聯(lián)盟大會上，中國成為《華盛頓協(xié)議》的正式會員國[1]，標志著我國高等工程教育得到國際認可。中國納入國際工程教育認證體系，人才培養(yǎng)質(zhì)量評價標準與國際接軌[2]?！度A盛頓協(xié)議》逐漸成為國際上公認的專業(yè)化程度最高、權(quán)威性最高的高等工程教育專業(yè)互認協(xié)議[3]。2016年，北京信息科技大學機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)通過了工程教育認證，機械控制工程是本專業(yè)的一門學科基礎(chǔ)教育必修課，本課程團隊根據(jù)專業(yè)認證要求對該課程的教學進行了改革探討，修訂了課程教學大綱，增加了反映新知識、新技術(shù)的教學內(nèi)容，豐富了教學方式和方法，增添了畢業(yè)要求的達成途徑。

二、修訂機械控制工程課程教學大綱

（一）專業(yè)培養(yǎng)目標

機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標是：培養(yǎng)在機械工程及相關(guān)領(lǐng)域從事機電產(chǎn)品及系統(tǒng)的工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)及生產(chǎn)運行管理等相關(guān)工作的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。學生畢業(yè)5年后，預(yù)期能夠成為機械工程及相關(guān)行業(yè)的高素質(zhì)工程應(yīng)用型技術(shù)人才，熟悉本專業(yè)國內(nèi)外最新技術(shù)，能夠獨立解決復(fù)雜的工程技術(shù)問題，在機械工程或相關(guān)領(lǐng)域能獨立完成所負責的工作，具有在項目中擔任技術(shù)骨干的能力和水平。

（二）機械控制工程課程的性質(zhì)及定位

一個專業(yè)的課程體系要符合專業(yè)的培養(yǎng)目標，本專業(yè)的培養(yǎng)目標定位在高素質(zhì)工程應(yīng)用型技術(shù)人才——為企業(yè)服務(wù)、為企業(yè)輸送人才，因此就應(yīng)該以企業(yè)為導(dǎo)向培養(yǎng)人才，以“畢業(yè)生在企業(yè)中的能力”為導(dǎo)向。機械控制工程課程課程是以經(jīng)典控制論為理論基礎(chǔ)，研究機械工程中廣義系統(tǒng)的動力學問題，是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門學科基礎(chǔ)教育必修課。

本課程的主要任務(wù)是通過課程教學與實驗環(huán)節(jié)講授控制理論的基礎(chǔ)知識，掌握機電系統(tǒng)數(shù)學模型的建立及動、靜特性的分析計算方法，培養(yǎng)初步分析設(shè)計系統(tǒng)的能力。從培養(yǎng)高級機械工程應(yīng)用型人才的全局出發(fā)，本課程不僅為學生學習相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課程起到承前啟后的作用，同時，還為今后從事機械設(shè)備的設(shè)計、控制和研究工作，起到增強適應(yīng)能力和提高其開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。

（三）教學大綱的修訂

本課程對先開課程的要求：掌握和熟練應(yīng)用理論力學、電工技術(shù)基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)等相關(guān)知識理論建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，掌握復(fù)變函數(shù)與積分變換理論知識，對進行系統(tǒng)的時域分析、頻域分析打下基礎(chǔ)。教學大概修訂原則是：根據(jù)本課程的先開課程要求，考慮到其理論知識的理論性、系統(tǒng)性強，增加貼近生產(chǎn)、生活實際的內(nèi)容，剔除過時的陳舊知識；聚焦發(fā)展創(chuàng)新前沿，實施智能制造系統(tǒng)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的人才。

（四）在課程中增加計算機技術(shù)的應(yīng)用知識，利用Matlab數(shù)學應(yīng)用軟件，提升學生的能力與素質(zhì)

在教學過程中，教和學是相輔相成的，教師可以通過理論教學為學生傳授知識，但是學生的能力培養(yǎng)僅僅靠教師的課堂講授是不能解決問題的，因此通過增加學生的課堂主動參與環(huán)節(jié)，在課堂上采用實踐教學、項目研究、仿真分析、研討交流等手段增加教學方式和方法，提高學生的學習興趣，增加學生學習的主動性，以利于畢業(yè)要求的達成。

三、畢業(yè)要求

根據(jù)工程教育認證的畢業(yè)要求，考慮到機械控制工程課程的性質(zhì)及教學內(nèi)容，我校機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)將畢業(yè)要求指標點進行分解，本課程的畢業(yè)要求包括：（1）掌握用于解決復(fù)雜工程問題所需的相關(guān)計算機應(yīng)用技術(shù)和控制理論與技術(shù)知識。（2）掌握用于解決復(fù)雜工程問題所需的相關(guān)工程測試及信息處理與管理科學基礎(chǔ)等知識。（3）能夠應(yīng)用相關(guān)測試與控制基本原理，識別、表達，并通過文獻研究分析復(fù)雜工程問題中的相關(guān)問題，以獲得有效結(jié)論。（4）能夠在測試與控制等領(lǐng)域設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，制定相應(yīng)的信號采集和控制方案，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。（5）基于科學原理運用科學方法對復(fù)雜工程問題中的電工與電子問題及其他工程問題進行研究，包括設(shè)計實驗、建立模型、分析與解釋數(shù)據(jù)。（6）掌握科學計算軟件的使用方法，選擇科學計算軟件對復(fù)雜工程問題進行建模，對其預(yù)測和模擬，并理解其局限性。

四、教學目標與達成途徑

本課程的主要內(nèi)容包括：控制系統(tǒng)的組成、分類及基本工作原理；控制系統(tǒng)數(shù)學模型——微分方程的建立方法，典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，方框圖的簡化方法；控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)概念，一階、二階系統(tǒng)時間響應(yīng)分析，二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，時域性能指標及控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計算方法；控制系統(tǒng)的頻率特性概念、典型環(huán)節(jié)的頻率特性表示方法——乃奎斯特曲線、對數(shù)頻率特性，控制系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)指標和頻率響應(yīng)指標的關(guān)系；控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷方法——代數(shù)判據(jù)、幾何判據(jù)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性充分必要條件；理解控制系統(tǒng)穩(wěn)定性概念及相對穩(wěn)定性；掌握閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；控制系統(tǒng)校正方式——串聯(lián)校正、反饋校正；理解控制系統(tǒng)校正的概念、實質(zhì)和方法。鼓勵教師采用多媒體教學、黑板板書、工程案例教學、工程實踐項目等多種教學手段，結(jié)合自身研究方向，增補反映本專業(yè)前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的有關(guān)新技術(shù)的內(nèi)容[4]，將實際工程的案例應(yīng)用于課堂的教學過程，增加學生學習的興趣；教師在課堂教學中為學生展示實踐活動成果設(shè)置專門的時間，以激發(fā)學生的主動學習精神；學生以小組為單位，項目研討、課堂討論等多種方式，輔以在任務(wù)驅(qū)動下的實踐教學活動，提高學生們的工程意識與實踐技能；對重點、難點章節(jié)（如：系統(tǒng)的時間響應(yīng)、頻率響應(yīng)、PID校正等）應(yīng)安排項目作業(yè)，培養(yǎng)學生解決實際問題的綜合能力。

（一）知識

通過課堂講授、研討課和布置課外作業(yè)，掌握物理系統(tǒng)的數(shù)學模型建立，通過積分變換的方法求解傳遞函數(shù)；掌握控制系統(tǒng)時間響應(yīng)及穩(wěn)態(tài)誤差分析，了解瞬態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的性能指標，通過各個性能參數(shù)能夠分析系統(tǒng)的快速性及準確性；掌握控制系統(tǒng)的頻率特性及穩(wěn)定性分析，通過頻域分析了解系統(tǒng)的頻域指標，并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性；掌握控制系統(tǒng)的綜合與校正的方法及實質(zhì)。教學目標是通過本課程的學習使學生能以動態(tài)（即動力學）的觀點而不是靜態(tài)觀點去看待一個機械工程系統(tǒng)；從整體的而不是分離的角度，從整個系統(tǒng)中的信息之傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為；學生能夠達到結(jié)合工程實際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題，并為將來進一步學習有關(guān)課程及進行研究工作奠定基礎(chǔ)。

（二）能力

通過項目學習、課堂研討，掌握機械動力學系統(tǒng)中的建模方法，并能通過傳遞函數(shù)進行系統(tǒng)的分析，具有初步建立機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)數(shù)學模型及性能分析的能力；使學生能以動態(tài)、系統(tǒng)的觀點而不是靜態(tài)觀點去看待一個機械工程系統(tǒng)，初步具備系統(tǒng)的分析與管理意識和能力。學生自行組建3—4人的項目小組，通過項目學習、計算機編程軟件學習，完成機械系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)的時間響應(yīng)、頻率響應(yīng)、PID校正分析報告，培養(yǎng)學生計算機應(yīng)用能力及團隊合作能力。

（三）認知

通過實驗操作和項目學習，使學生能夠達到結(jié)合工程實際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題；培養(yǎng)學生以動態(tài)的觀點而不是靜態(tài)觀點去看待一個機械工程系統(tǒng)；從整體的而不是分離的角度，從整個系統(tǒng)中的信息之傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為，樹立系統(tǒng)管理的基本思想。

五、結(jié)論

工程教育認證的核心是合格認證和能力導(dǎo)向，是基于學生成果的教、學、評價，根據(jù)制定的培養(yǎng)目標，細化要求，達成評價，持續(xù)改進[5]，形成結(jié)果導(dǎo)向的教學模式，以形成持續(xù)改進的質(zhì)量保障機制。課程是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的具體步驟，課程的知識點和能力點是否可以實現(xiàn)培養(yǎng)目標、如何實現(xiàn)，以及學生的素質(zhì)是否具備，都取決于課程的教學大綱、教學內(nèi)容、教學方法等具體細節(jié)的實施，同時，教師不斷對照培養(yǎng)標準，對學生的學習成果評估進行反思，達到對未來教和學活動的改進與提高，以便使學生畢業(yè)后能夠具備的基本素質(zhì)，擁有要求的專業(yè)能力。

參考文獻：

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[2]陳秀梅，王紅軍，鐘建琳，劉忠和.面向工程教育認證的機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)目標的研究與探討[J].教育現(xiàn)代化，2017，（11）.

[3]姚韜，王紅，余元冠.我國高等工程教育專業(yè)認證問題的探究——機遇《華盛頓協(xié)議》的視角[J].大學教育科學，2014，4（4）：28-32.

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[5]穆浩志，李克旺，牛興華等.基于工程教育認證的機械基礎(chǔ)系列課程教學設(shè)計與實踐[J].中國輕工教育，2015，（5）：66-70.