“自動控制原理”課程目標達成度統(tǒng)計分析與持續(xù)改進

申富媛 李 煒 劉微容 蔣棟年 毛海杰

“自動控制原理”課程目標達成度統(tǒng)計分析與持續(xù)改進

申富媛1,2,3李 煒1,2,3劉微容1,2,3蔣棟年1,2,3毛海杰1,2,3

（1. 蘭州理工大學(xué)電氣工程與信息工程學(xué)院，蘭州 730050； 2. 甘肅省工業(yè)過程先進控制重點實驗室，蘭州 730050； 3. 蘭州理工大學(xué)電氣與控制工程國家級實驗教學(xué)示范中心，蘭州 730050）

反思以往教學(xué)，課程目標達成度分析更多只是關(guān)注了課程整體修讀學(xué)生的平均達成情況，難以為學(xué)生個體能力目標的持續(xù)改進提供更具針對性的指導(dǎo)。因此，本文以蘭州理工大學(xué)“自動控制原理”課程為例，構(gòu)建課程目標達成度形成性綜合量化考核方式，利用柱狀圖、散點圖等統(tǒng)計分析方法，及時診斷學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，雙向反饋課程、學(xué)生目標達成信息，迭代優(yōu)化教與學(xué)的效果。教學(xué)實踐表明，學(xué)生對知識的掌握和能力的訓(xùn)練效果明顯。

課程目標達成度；統(tǒng)計分析；持續(xù)改進

0 引言

目前，普通高等學(xué)校本科工程教育專業(yè)認證正在全面開展。2016年6月2日，在吉隆坡召開的國際工程聯(lián)盟大會上，中國成為國際本科工程學(xué)位互認協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式會員，標志著中國的工程教育認證實現(xiàn)了工程教育國際互認和工程師資格國際互認[1-2]。工程認證的根本是對相關(guān)專業(yè)工程教育培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的達成度進行評估，而課程教學(xué)達成則是培養(yǎng)目標達成的基礎(chǔ)[3-5]。

科學(xué)地分析課程教學(xué)目標達成度是判斷達到工程教育專業(yè)認證標準與否的重要依據(jù)，不僅是對上一階段教學(xué)與學(xué)習(xí)的總結(jié)與反思，更是對下一階段教學(xué)與學(xué)習(xí)的改進與規(guī)劃[6-10]。教師通過對上一教學(xué)年度課程教學(xué)達成度的分析持續(xù)改進后續(xù)教學(xué)，而學(xué)生在知曉自己課程目標達成度的學(xué)習(xí)過程中，一方面可以在后續(xù)課程中重視相關(guān)能力的培養(yǎng)，另一方面可以利用課余時間對已學(xué)知識的不足進行彌補，真正做到查漏補缺，及時矯正。

“自動控制原理”課程是蘭州理工大學(xué)自動化專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，重點支撐了專業(yè)人才培養(yǎng)方案12條畢業(yè)要求33個二級指標分點中的3條畢業(yè)要求5個二級指標點，承載著對學(xué)生解決復(fù)雜控制工程問題所需的工程知識、問題分析、設(shè)計開發(fā)解決方案等方面的知識體系和能力培養(yǎng)，在自動化專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

因此，本文以蘭州理工大學(xué)自動化專業(yè)“自動控制原理”課程目標完成情況為例，利用統(tǒng)計分析方法探究該課程達成度的影響因素及理論教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，力爭在“學(xué)生學(xué)”與“教師教”兩方面共同持續(xù)改進，不斷提高學(xué)習(xí)效果，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，為工程教育認證背景下自動化專業(yè)大類課程順利達到課程教學(xué)目標提供一定的參考。

1 確立課程教學(xué)目標

“自動控制原理”課程教學(xué)團隊依據(jù)“機理-建模-分析-綜合-創(chuàng)新”循序漸進的學(xué)習(xí)原則，及時更新課程教學(xué)目標和重組教學(xué)內(nèi)容，與二級指標點一一對應(yīng)確立課程教學(xué)目標。課程目標與畢業(yè)要求指標點的對應(yīng)關(guān)系見表1，可以看出，相比于傳統(tǒng)的知識型教學(xué)目標，新的課程教學(xué)目標將原來籠統(tǒng)模糊的知識型目標提升為具體準確的能力型目標，實現(xiàn)從知識傳授到能力培養(yǎng)和素質(zhì)固化的轉(zhuǎn)變，不僅強調(diào)基礎(chǔ)知識的掌握與理解，更為重要的是強化應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)。這為課程教學(xué)過程與改革和達成度評價指明了方向，也為學(xué)生確立了明確的能力目標。

表1 課程目標與畢業(yè)要求指標點的對應(yīng)關(guān)系

2 課程目標達成度評價方法

為使學(xué)生重視每個教學(xué)環(huán)節(jié)，全面掌握課程知識，具備對復(fù)雜控制工程問題建模、表述、分析與設(shè)計的初步能力，保證課程教學(xué)效果與達成，“自動控制原理”課程成績采用綜合考核方式。課程總評成績=期末考試成績（65%）+平時成績（15%）+模擬實驗（10%）+仿真實驗（10%）。

依據(jù)上述課程總評成績計算方法，最終得到課程目標達成度。

式中：=1,2,3,4為課程成績考核分項；=1,2,3,4,5為課程目標數(shù)。

近年來，為確保課程目標的有效達成，綜合考慮課程內(nèi)容多、理論性強、工程特點突出等因素，結(jié)合本校學(xué)生生源基礎(chǔ)較為薄弱的特點，借助現(xiàn)代信息手段，合理設(shè)置本課程教學(xué)活動，包括理論教學(xué)（線下授課46學(xué)時+線上自主學(xué)習(xí)20學(xué)時，對線上自主學(xué)習(xí)還匹配了等學(xué)時的問題解答和難題解析）、模擬實驗（8學(xué)時）、仿真實驗（6學(xué)時）和課后作業(yè)四個環(huán)節(jié)，并將課程目標點對應(yīng)能力的培養(yǎng)分解到具體教學(xué)環(huán)節(jié)中。表2為課程目標達成度計算結(jié)果，給出了4個成績考核分項與5個課程目標的具體對應(yīng)關(guān)系。

表2 2021年課程目標達成度計算結(jié)果

3 課程目標達成度統(tǒng)計分析

根據(jù)課程目標達成度評價方法，對上述有效成績采用各課程目標得分求和平均、各單項總成績按比例分配的方法，形成課程目標達成度，圖1給出了2020秋和2021秋兩個教學(xué)年度、同一教師、不同班級（2020自動化2班65人，2021自動化1班69人）的達成度柱狀圖。基于認證的底線思維和核心理念，引入期望達成度為0.6，從圖1可以看出，各個課程目標均有效達成，課程整體達成度2021秋略低于2020秋，而2021秋課程目標2、3整體達成度與2020秋相同，課程目標1、4整體達成度略低于2020秋，課程目標5的整體達成度略高于2020秋。

圖1 2020、2021秋自動化專業(yè)“自動控制原理”課程目標達成度柱狀圖

在以往的教學(xué)過程中，任課教師利用達成度柱狀圖只能從表面上分析學(xué)生對于各個課程目標的平均達成情況，而不能從更深層次分析每個學(xué)生的情況，亦不能對學(xué)生的學(xué)習(xí)提供具有針對性且有意義的反饋性評價，幫助學(xué)生查漏補缺，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)模式。2020秋課程組開始對學(xué)生個體課程目標達成度進行評價，并將學(xué)生個體達成度評價結(jié)果反饋至學(xué)生本人，以期為學(xué)生個體自身能力目標的持續(xù)改進提供更有針對性的指導(dǎo)，使“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進”的工程教育理念，通過課程更進一步落到實處。2020秋課程目標學(xué)生個體達成度評價結(jié)果抽樣見表3。

表3 2020秋課程目標學(xué)生個體達成度評價結(jié)果抽樣

觀察2020秋課程目標學(xué)生個體達成度評價結(jié)果可以看出，學(xué)生個體課程目標的總體達成，即課程總評成績/100，并不等價于各項課程目標的達成，尤其是成績分布介于60～80分之間的學(xué)生，各課程目標的達成評價存在較大差異。因此，以往僅反饋給學(xué)生的課程總評成績，很難為學(xué)生持續(xù)改進提供具有針對性的指導(dǎo)。學(xué)生個體課程目標達成反饋，則更清晰地呈現(xiàn)了學(xué)生每一課程目標的達成情況，能為學(xué)生提供針對性更強的反饋指導(dǎo)，有望使學(xué)生自身能力的持續(xù)改進更有效。

依據(jù)學(xué)生個體達成度，得到圖2所示課程目標學(xué)生個體達成度散點圖，教師根據(jù)此圖，一方面可以更加明晰各課程目標的達成結(jié)論，另一方面還可以進一步體現(xiàn)出相關(guān)教學(xué)內(nèi)容與環(huán)節(jié)的薄弱所在，為課程教學(xué)持續(xù)改進指明方向。

圖2 2020、2021秋課程目標學(xué)生個體達成度散點圖

從圖2可以看出，2021秋有3位同學(xué)的各個課程目標達成度均為0，意味著這3位同學(xué)沒有參加學(xué)習(xí)過程。這也是導(dǎo)致2021秋課程整體達成度降低的直接原因之一。若不考慮這3位同學(xué)的影響，在兩個教學(xué)班人數(shù)基本持平的情況下，可以更深層次地分析對比課程目標達成度情況：圖2（a）顯示2021秋另有4位同學(xué)課程目標1未到期望最低值，達成度居于0.6～0.7之間的學(xué)生比2020秋多，因此致使2021秋課程目標1達成度低于2020秋；圖2（b）顯示2020秋課程目標2達成度較分散，2021秋相對較集中，盡管兩個教學(xué)年度該課程目標平均達成度相同，但是從學(xué)生個體達成度分布來看，2021是有所提高的；圖2（c）顯示課程目標3兩年的學(xué)生個體達成度分布大致相同；圖2（d）顯示課程目標4在兩個教學(xué)年度未達成的學(xué)生數(shù)相同，但2021秋學(xué)生個體達成度位于0.6～0.8之間的人數(shù)要多于2020秋，致使2021秋課程目標4平均達成度降低；圖2（e）顯示2020秋和2021秋兩個教學(xué)年度課程目標5未達成學(xué)生最多，且2020秋學(xué)生此課程目標的達成具有明顯的兩級分化現(xiàn)象，盡管2021秋此課程目標平均達成度有所提高，但從圖中可以看出有一半以上學(xué)生此課程目標達成度處于0.5～0.6之間，即此課程教學(xué)目標未達成，這也是后續(xù)教學(xué)中需要持續(xù)關(guān)注、不斷改進的重點方向；圖2（f）顯示2021秋課程整體未達成學(xué)生人數(shù)少于2020秋，證明課程通過率有所提高，但大部分學(xué)生的課程整體達成度居于0.6～0.8之間，這也是課程平均達成度降低的重要原因。

2021秋，受新冠疫情的困擾，課程后半程的講授均采用騰訊會議進行直播授課。為確保教學(xué)質(zhì)量，授課教師根據(jù)往屆學(xué)生課程目標達成度分析經(jīng)驗，不斷改進課前課后教學(xué)。課前：為每一授課單元均準備了學(xué)習(xí)重點和難點提示，并于授課前一天下發(fā)給學(xué)生。課后：為每一授課單元制作了授課核心內(nèi)容總結(jié)、難點釋義、應(yīng)用案例等，并于授課結(jié)束時下發(fā)給學(xué)生。最終統(tǒng)計結(jié)果顯示，這一改進對于提高學(xué)生個體目標達成度是行之有效的。

在今后的課程教學(xué)中，好的做法需繼續(xù)保持，如進一步通過增加線上學(xué)習(xí)的學(xué)時數(shù)、強化對自主學(xué)習(xí)內(nèi)容的考核與線下強化學(xué)習(xí)、豐富網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源、提高線上自主學(xué)習(xí)的實效性等，深入開展混合教學(xué)。當然，在取得成績的同時，也應(yīng)看到存在的問題。在5個課程目標的橫向?qū)Ρ戎校n程目標2、4和5達成情況較低，尤其是課程目標5。針對課程目標5——控制器設(shè)計與優(yōu)化，需改善教學(xué)方法、通過課程思政的引入等加強內(nèi)容講解的深入淺出、強化模擬實驗和仿真實驗對此內(nèi)容的驗證、進一步加強平時的訓(xùn)練等，關(guān)注教學(xué)過程中各個環(huán)節(jié)對課程目標的支撐及應(yīng)獲得能力的達成，切實提高學(xué)生對實際復(fù)雜工程系統(tǒng)建模、分析與綜合等方面的能力。

4 結(jié)論

本文通過對2020秋和2021秋兩個教學(xué)年度同一教師不同班級學(xué)生“自動控制原理”課程達成度進行統(tǒng)計分析，表明深層次分析學(xué)生個體達成度，對于提高教師教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)能力均有更具針對性的指導(dǎo)意義。同時，也指出了后續(xù)教學(xué)改進的方向，如進一步優(yōu)化、切實開展好線上線下混合教學(xué)，更多關(guān)注多個環(huán)節(jié)對相應(yīng)課程教學(xué)目標的支撐，加強學(xué)生作業(yè)、仿真內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計與科學(xué)考評等。這對于應(yīng)用型本科高校實踐教學(xué)的改革和創(chuàng)新、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，具有一定參考價值。

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Statistical analysis and continuous improvement of course goal achievement degree of “principle of automatic control”

SHEN Fuyuan1,2,3LI Wei1,2,3LIU Weirong1,2,3JIANG Dongnian1,2,3MAO Haijie1,2,3

(1. College of Electrical and Information Engineering, Lanzhou Univeristy of Technology, Lanzhou 730050; 2. Key Laboratory of Gansu Advanced Control for Industrial Processes, Lanzhou 730050; 3. National Demonstration Center for Experimental Electrical and Control Engineering Education, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050)

Reflecting on the previous teaching, the analysis of course goal achievement degree only focuses on the average achievement of the overall students of the course, which is difficult to provide more targeted guidance for the continuous improvement of students’ individual ability goals. Therefore, this paper takes the achievement degree of the course “principle of automatic control” in Lanzhou University of Technology as an example, and uses statistical analysis methods such as histogram and scatter chart to deeply explore the influencing factors of the achievement degree of the course and the weak links of theoretical teaching, so as to help teachers review and improve teaching. The teaching practice shows that students’ mastery of knowledge and ability training are effective.

course goal achievement degree; statistical analysis; continuous improvement

蘭州理工大學(xué)高等教育研究立項課題資助（GJ2021C-7，GJ2020B-7）

2022-06-29

2022-09-03

申富媛（1985—），女，甘肅省白銀市人，碩士，講師，主要從事自動化專業(yè)教學(xué)工作。