劉淑波?張園?鄧加川

摘 要｜為了在控制類(lèi)課程中培養(yǎng)工程素養(yǎng)，本文從控制類(lèi)課程視角定義的寬泛工程素養(yǎng)出發(fā)，著眼培養(yǎng)工程素養(yǎng)來(lái)對(duì)控制類(lèi)課程進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，在控制類(lèi)課程教學(xué)計(jì)劃中從課程目標(biāo)、教學(xué)策略、學(xué)習(xí)方法和教學(xué)實(shí)施四個(gè)方面明確培養(yǎng)工程素養(yǎng)的路徑，力圖推進(jìn)以培養(yǎng)工程素養(yǎng)為目標(biāo)的該類(lèi)課程的教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞｜工程素養(yǎng)；控制類(lèi)課程；課程設(shè)計(jì)

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培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)是當(dāng)前工程教育改革的一個(gè)重要方向。教育部在“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃和工程教育專業(yè)認(rèn)證中都把培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)作為專業(yè)培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)和考核點(diǎn)。全美娟等學(xué)者認(rèn)為，工程素養(yǎng)指的是工程師應(yīng)具備的基本知識(shí)、基本理論和基本技能、一定的工程實(shí)踐訓(xùn)練和嚴(yán)格有素的工程習(xí)慣及綜合能力。具備高工程素養(yǎng)的學(xué)生能敏捷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并將理論應(yīng)用于實(shí)踐，能夠綜合運(yùn)用各種資源，將思維構(gòu)思變成實(shí)際產(chǎn)物［1，2］。

在上級(jí)“寬口徑、厚基礎(chǔ)，全素質(zhì)”培養(yǎng)要求下，對(duì)我院控制類(lèi)課程培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)提出了新要求。從知識(shí)層面看，宜“以工為主”，夯實(shí)學(xué)生工程基礎(chǔ)，學(xué)科基礎(chǔ)模塊積極對(duì)接國(guó)家高等教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置工科通用基礎(chǔ)課程，實(shí)施寬口徑專業(yè)教育，強(qiáng)化學(xué)生工科基礎(chǔ)，注重學(xué)科基礎(chǔ)和工程實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

我院作為學(xué)科基礎(chǔ)模塊的控制類(lèi)課程“自動(dòng)控制原理”“自動(dòng)控制元件”對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。作者認(rèn)為從控制類(lèi)課程角度出發(fā)定義的寬泛的工程素養(yǎng)為科學(xué)的“工程辯證思維”，重視事物的普遍聯(lián)系和相互作用；理論和實(shí)踐的融會(huì)貫通；以系統(tǒng)論的視角綜合全面地思考、處理工程問(wèn)題，始終做到“心中有系統(tǒng)”等。

如何借助控制類(lèi)課程來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)呢？就要著眼培養(yǎng)工程素養(yǎng)來(lái)對(duì)控制類(lèi)課程進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。在課程教學(xué)實(shí)施的綱領(lǐng)性文件——控制類(lèi)課程教學(xué)計(jì)劃中明確了培養(yǎng)工程素養(yǎng)的路徑。具體來(lái)看，在課程總體目標(biāo)和分類(lèi)目標(biāo)中明確培養(yǎng)工程素養(yǎng)的要求；在教學(xué)策略中設(shè)計(jì)培養(yǎng)工程素養(yǎng)的方法；在學(xué)習(xí)方法中建議培養(yǎng)工程素養(yǎng)的習(xí)慣養(yǎng)成；在教學(xué)實(shí)施中把工程素養(yǎng)培養(yǎng)要求落地。

1 課程目標(biāo)明確培養(yǎng)工程素養(yǎng)要求

“自動(dòng)控制原理”課程通過(guò)對(duì)貫穿案例的探究學(xué)習(xí)，“自動(dòng)控制元件”課程通過(guò)對(duì)艦載裝備隨動(dòng)系統(tǒng)中各控制元件的比較探究學(xué)習(xí)，養(yǎng)成工程思維和辯證思維習(xí)慣，初步具備工程實(shí)踐能力。

2 教學(xué)策略中設(shè)計(jì)工程素養(yǎng)培養(yǎng)方法

2.1 “自動(dòng)控制原理”課程通過(guò)案例貫穿和理實(shí)一體實(shí)現(xiàn)

案例貫穿：用三個(gè)典型艦載裝備隨動(dòng)控制系統(tǒng)故障案例，貫穿整個(gè)教學(xué)內(nèi)容和所有教學(xué)環(huán)節(jié)。兩個(gè)示范案例（示范案例1——某火炮隨動(dòng)系統(tǒng)和示范案例2——某火箭深彈發(fā)射炮隨動(dòng)系統(tǒng)）用于課堂教學(xué)，隨教學(xué)進(jìn)度逐步推進(jìn)；一個(gè)練習(xí)案例——隨動(dòng)操舵系統(tǒng)用于課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)，隨示范案例同步推進(jìn)。案例貫穿全部教學(xué)內(nèi)容和所有教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)始終不斷線的案例探究，在解決系統(tǒng)局部問(wèn)題的時(shí)候，始終面對(duì)的是整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)到能力的轉(zhuǎn)化，形成系統(tǒng)論和負(fù)反饋的思想。

理實(shí)一體：每次對(duì)案例的探究，首先是理論分析，然后是Matlab/Simulink軟件仿真，最后是實(shí)驗(yàn)箱硬件仿真，理論和實(shí)踐始終不脫節(jié)，通過(guò)理實(shí)一體提高實(shí)踐能力，從而達(dá)到理論和實(shí)踐的融會(huì)貫通。

2.2 “自動(dòng)控制元件”課程通過(guò)啟發(fā)工程辯證思維來(lái)實(shí)現(xiàn)

每種控制元件學(xué)完，引導(dǎo)學(xué)生將其傳遞函數(shù)放回到艦載裝備隨動(dòng)控制系統(tǒng)中去，并與前面元件的傳遞函數(shù)相連，最終得到整個(gè)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方塊圖。在此過(guò)程中深化系統(tǒng)論的觀點(diǎn)。在主反饋元件（測(cè)量比較元件）、局部反饋元件（反饋校正元件）的分析中深化負(fù)反饋的思想；通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生分析典型元件電磁相互轉(zhuǎn)化、相互影響的過(guò)程，結(jié)構(gòu)與功能的辯證關(guān)系、量變到質(zhì)變轉(zhuǎn)化過(guò)程等，啟發(fā)學(xué)生的工程辯證思維，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和思考。

3 學(xué)習(xí)方法中建議工程素養(yǎng)培養(yǎng)的習(xí)慣養(yǎng)成

3.1 “自動(dòng)控制原理”課程建議

能力層面：注意仿真實(shí)踐能力的培養(yǎng)。首先思想上要重視實(shí)踐環(huán)節(jié)；其次，軟件仿真時(shí)要學(xué)會(huì)單步調(diào)試的方法；硬件仿真時(shí)，在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)要注重硬件電路圖，以便提高實(shí)作效率。

思維層面：注意工程思維習(xí)慣的養(yǎng)成。注意思維的“整體性”，即科學(xué)的“辯證思維”，重視事物的普遍聯(lián)系和相互作用。比如：能夠意識(shí)到?jīng)]有一個(gè)性能指標(biāo)是完全孤立的，在改善一個(gè)的同時(shí)，必然會(huì)影響其他；以系統(tǒng)論的視角綜合全面地思考、處理工程問(wèn)題，始終做到“心中有系統(tǒng)”。比如：頻域分析時(shí)，能夠意識(shí)到幅值和相位是同一系統(tǒng)的不同方面，不能割裂開(kāi)來(lái)。

3.2 “自動(dòng)控制元件”課程建議

以課堂思考題為主要牽引進(jìn)行深層次思考。注意采用辯證分析方法，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，并養(yǎng)成辯證思維習(xí)慣，深化系統(tǒng)論的觀點(diǎn)和負(fù)反饋的思想，養(yǎng)成用系統(tǒng)論和負(fù)反饋的思想分析問(wèn)題的思維習(xí)慣。

4 教學(xué)實(shí)施中把培養(yǎng)工程素養(yǎng)要求落地

4.1 理論課中實(shí)施

（1）“自動(dòng)控制原理”課程

第三章控制系統(tǒng)時(shí)域分析中通過(guò)典型輸入信號(hào)體現(xiàn)的“最不利”原則，以及對(duì)時(shí)域性能指標(biāo)之間相互制約關(guān)系的分析，培養(yǎng)工程思維和辯證思維，深化系統(tǒng)論的觀點(diǎn)。

第四章控制系統(tǒng)頻域分析中對(duì)同一系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生注意幅值和相位是同一系統(tǒng)的不同方面，不能割裂開(kāi)來(lái)，培養(yǎng)辯證思維；對(duì)同一系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生建立頻域性能與時(shí)域性能指標(biāo)的聯(lián)系，將時(shí)域分析與頻域分析進(jìn)行對(duì)照，以系統(tǒng)論的視角綜合全面地思考、處理工程問(wèn)題，始終做到“心中有系統(tǒng)”，深化系統(tǒng)論的觀點(diǎn)。

（2）“自動(dòng)控制元件”課程

第二章電壓器中通過(guò)對(duì)變壓器主磁通形成過(guò)程的總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)電磁相互轉(zhuǎn)化、相互影響的過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生思考事物的普遍聯(lián)系與相互作用，培養(yǎng)辯證思維。

第三章直流電機(jī)中通過(guò)分析換向器與電刷的作用，啟發(fā)學(xué)生思考結(jié)構(gòu)與功能的辯證關(guān)系。

第四章交流異步電動(dòng)機(jī)中通過(guò)分析三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)原理，啟發(fā)學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)與功能”的辯證關(guān)系進(jìn)行深入思考；通過(guò)對(duì)不同種類(lèi)單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行分析，啟發(fā)學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)與功能”的辯證關(guān)系進(jìn)行深入思考。

第七章執(zhí)行元件中通過(guò)對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的特點(diǎn)均源于“較大的轉(zhuǎn)子電阻”的分析總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)“量變到質(zhì)變”的轉(zhuǎn)化，并思考量變與質(zhì)變的分界線。

第八章反饋校正元件中通過(guò)分析反饋校正元件的局部反饋?zhàn)饔?，引?dǎo)學(xué)生體會(huì)“量變到質(zhì)變”的轉(zhuǎn)化。

4.2 實(shí)驗(yàn)課中實(shí)施

（1）“自動(dòng)控制原理”課程

一個(gè)練習(xí)案例——隨動(dòng)操舵系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)的始終。實(shí)驗(yàn)課課前通過(guò)雨課堂預(yù)習(xí)練習(xí)案例各次課課后理論探究的結(jié)果，課上先是Matlab/Simulink軟件仿真，然后是硬件實(shí)驗(yàn)箱仿，使用艦載裝備隨動(dòng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)探究參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響，真正做到線上線下理實(shí)一體，理論和實(shí)踐始終不脫節(jié)，從而達(dá)到理論和實(shí)踐的融會(huì)貫通。

（2）“自動(dòng)控制元件”課程

針對(duì)“自動(dòng)控制元件”課程中自整角機(jī)實(shí)驗(yàn)部分學(xué)生錯(cuò)誤接線現(xiàn)象，在原有硬件仿真的基礎(chǔ)上，增加了利用艦載裝備隨動(dòng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)探究力矩式自整角機(jī)接線故障的各種現(xiàn)象的仿真實(shí)驗(yàn)，從而在不損傷原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，一方面讓學(xué)生體會(huì)實(shí)際工程儀器儀表操作按規(guī)按綱操作，另一方面也讓學(xué)生體會(huì)到仿真實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和沉浸感。

5 結(jié)論

本文結(jié)合上級(jí)對(duì)我院控制類(lèi)課程培養(yǎng)工程素養(yǎng)提出的新要求，作者從寬泛的工程素養(yǎng)出發(fā)，著眼培養(yǎng)工程素養(yǎng)來(lái)對(duì)控制類(lèi)課程進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，并且在控制類(lèi)課程教學(xué)計(jì)劃中明確培養(yǎng)工程素養(yǎng)的路徑。

本論文的研究方法可推廣至控制類(lèi)其他課程的培養(yǎng)工程素養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革中，也可為其他自動(dòng)化專業(yè)課程相關(guān)教學(xué)研究提供理論借鑒。

參考文獻(xiàn)

［1］李濤，陶晶，修云．OBE視角下應(yīng)用型高校大學(xué)生的工程素養(yǎng)培養(yǎng)模式［J］．湖北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，37（5）：64-67．

［2］申欣．大學(xué)新生技術(shù)與工程素養(yǎng)研究［D］．上海：華東理工大學(xué)，2021，12．

Research on the Design of Control Courses Focusing on Cultivating Engineering Literacy

Liu Shubo Zhang Yuan Deng Jiachuan

Dep. of Basic Sciences of Dalian Naval Academy， Dalian

Abstract： In order to cultivate engineering literacy in control courses， this paper starts from the broad definition of engineering literacy from the perspective of control courses， focusing on cultivating engineering literacy to do the curriculum design for control courses， and clarifies the path to cultivate engineering literacy from four aspects： course objectives， teaching strategies， learning methods and teaching implementation in the teaching plan of control courses， trying to promote the teaching reform of this kind of courses with the goal of cultivating engineering literacy.

Key words： Engineering literacy; Control courses; Curriculum design