課程考核是高等學校人才培養過程中一個十分重要的環節,也是檢驗教師教學效果、評價學生業務水平和掌握知識、技能程度的重要手段。一種良好的考試模式應該具有導向、診斷、反饋、評價、區分、預測等功能,同時還對教風、學風以及考風具有良好的引導作用。強化過程性評價是新時代學生學習成效評價改革的重要内容,是《深化新時代教育評價改革總體方案》的主要原則之一。
《自動控制原理》是測控技術與儀器、電子信息工程、車輛工程等專業課程體系中的基本原理類課程,是專業核心類課程。是學習後續信号分析處理類、數據采集類、儀器檢測類等專業課程的重要理論基礎,在工業控制、儀器儀表、物聯網等領域有着廣泛的應用。
結合本課程特點,培養學生抽象思維的能力,既要善于從個性中概括出共性,又要從共性出發深刻了解個性,努力學習用廣義動力學的方法去抽象與解決實際問題;培養學生運用辯證唯物主義的方法論思考、分析與解決問題的基本能力,鍛煉在需要與可能之間進行折衷的能力;具有掌握分析和解決自動控制領域實際問題的方法和素養的專業人才。能夠在相關領域從事系統檢測、校正、控制系統綜合分析設計的工作。将其與測控技術與儀器專業畢業要求結合,形成以下5個目标:
目标1——價值引領:培養學生具有科學精神、規矩意識、系統觀,團隊合作精神和追求卓越的工匠精神。(支撐畢業要求6、8、9)
目标2——知識探究:掌握自動控制原理的基本理論和方法,具備自動控制系統的建模、分析和設計能力,具有信息獲取與處理能力。(支撐畢業要求l)
目标3——能力建設:能夠對自動控制系統的工程問題進行抽象、簡化,合理建立控制系統數學模型;能夠利用控制理論進行系統性能分析,并能在分析的基礎上對簡單控制系統進行設計與綜合;能夠認識到複雜工程問題的多種相互關聯和制約因素,并通過分析文獻,規範描述自動控制領域的工程問題.(支撐畢業要求2、3)
目标4——能力建設:能夠進行器件的選型,并搭建實驗平台,采用科學的實驗方法,安全有效地開展實驗;能夠正确采集、整理實驗數據,對實驗結果進行分析和解釋.獲取合理有效的結論; 能夠利用MAT LAB軟件對自動控制系統進行輔助計算、分析、設計與仿真、具有一定的現代工具的使用能力。(支撐畢業要求4、5)
目标5——态度養成:具備嚴謹求實、專注負責的工作态度,精雕細琢、精益求精的工作理念,敢于探索、追求完美的精神特質,以及對職業的認同感、責任感。(支撐畢業要求8、12)
該課程考核改革方案,包括建立學生平時成績考核體系,對課程的教學過程進行改革,設計了課程考核的量化體系。
一門課程的學習不單單是一個結果,而應該是一個完整過程。整個教學過程是否合理決定了學生學習效果的好壞,與之對應的考核應該在整個教學過程中得到體現。根據新工科人才培養要求,課程總體評價應從知識、能力和素質全方位評價。自動控制原理課程的平時成績占到總成績的一半,平時成績構成如下:平時成績=章節測驗(10%)+考勤(10%)+實驗報告(50%) +課堂表現(10%)+課後作業(10%)+加減分項(10%)。章節測驗主要集中在第三、四、五章進行,這三章内容屬于課程的重難點。課後作業主要針對當堂課中的知識點進行有效練習。對于課堂個别問題的提問或回答、解決具有突出創意的(或不同于教師所授方法),可每次加1-2分,記入平時成績(以平時成績折算後總分50分計,直至加滿50分為止)。
量化綜合測評和過程性考核是針對學生進行的過程性考核,也就是以量化成績為依據對學生進行綜合評價。量化綜合測評即從學習成果、素質能力和發展潛力等方面進行評價,該過程性考核包括課程成績和平時成績兩個方面:課程成績由課堂教學表現、實驗作業完成情況及課堂提問表現組成。過程性考核的方式也是通過量化評價與過程性考核相結合,從而達到綜合評價。
綜合考試以期末測試為主、平時測試為輔。具體步驟如下:(1)學生在課堂教學時先進行實驗理論學習,之後将所學知識應用到實踐操作中。(2)在此基礎上可以讓學生進行課程作業以及課外調研報告的撰寫,并将其按照所學知識點進行分類并形成書面材料交由任課教師,該部分量化結果可作為期末考核成績。
在講授學習第三章時域分析法中,一階、二階系統的時域分析是這一章的重點。一階系統相對簡單,而二階系統是理解的難點。通過對暫态性能指标、穩态性能指标的闡釋,學生可以加深對這一知識點的理解和把握。常規考試中,多是對于暫态性能指标的求解。例如,已知控制系統的傳遞函數為:∅s=100s2+5s+100,要求求解出上升時間tr、峰值時間tp、調整時間和最大超調量這幾個指标。學生隻有牢記這些指标的計算公式,才能求出最終結果。通過調查分析發現,學生即使可以得到滿分,很多同學對于該知識點的理解還是片面的,不深刻的。因為在工程運用中,二階甚至是高階系統的性能,通過圖形方式直觀表示出來才是合乎實際的,才更符合工程師的運用場景。所以在考核改革中,弱化直接利用計算公式求解,将該知識點融入實驗考核部分,利用Matlab作圖,讓暫态性能指标直接顯示在圖形中。變化後的題型例如,已知控制系統的傳遞函數為:∅s=100s2+5s+100,作出其單位脈沖響應曲線,并與該系統的單位階躍響應曲線比較。
學生編寫程序,得到兩條對比曲線,如下圖1所示。
圖1兩種曲線對比圖
通過觀察圖形,在經過同一傳遞函數後,可以清晰地看出兩種響應曲線不同,脈沖響應相比于階躍響應,振蕩較為明顯。這種形式有助于學生理解脈沖響應和階躍響應的本質。
更進一步,二階系統中有一個重要的系數為阻尼比(x),當x為不同值時,所對應的響應具有不同的形式。x=0時為零阻尼,x>1時為過阻尼,x=1時為臨界阻尼,0<x<1時為欠阻尼。
上述範例中的系統不變,修改參數,要求分别實現x=0.25、x=1、x=2的單位脈沖響應曲線,觀察結果作出結論。學生利用程序可做出如下圖2示。
圖2 單位脈沖響應曲線
分析上圖,對于欠阻尼系統,由于單位脈沖響應是單位階躍響應的導數,單位脈沖響應曲線與時間軸第一次相交之點對應的時間一定是峰值時間,而從t=0到t= tp這段時間與時間軸所包圍的面積将等于1+σ%,并且單位脈沖響應曲線與時間軸包圍的面積代數和等于。
在過阻尼和臨界阻尼曲線中,臨界阻尼具有最短的上升時間,響應速度最快。在欠阻尼曲線中,阻尼比越小,超調量越大,上升時間越短,這樣學生可以更容易理解在工程中取x=0.4~0.8合适,此時超調量适度,調節時間較短。通過變化考查形式,學生對于時域性能指标有了更深層次的認識和理解。
此外,還要因材施教、有的放矢。通過對不同水平的、不同能力水平的同學采取不同教學方法、改變單一性考核方式等形式來加強對學生能力培養、提高其綜合素質和學習興趣等方面的考察。
該課程考核改革是在傳統的教學模式下對現行課程的考核方式進行的一次嘗試。通過改革,不但使學生能夠了解本課程所涉及的主要内容和主要思想,而且能夠更好地運用已有知識來解決本專業實際問題。該考核方案能夠充分體現出學生的學習過程和實際水平等方面,也能更好地對不同層次、不同水平的學生進行評價,從而進一步提高課堂教學質量和教學效果。
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