《自动控制原理》课程考核改革

李政清

三亚学院理工学院，海南 三亚 570200

《自动控制原理》是仪器类专业学生必修的一门专业核心课，它是学习自动控制理论基本知识和基本规律的基础，对于培养具有一定科学素养的高层次应用型人才有着重要作用。《自动控制原理》既要求学生对知识掌握牢固，又要求学生具有分析问题和解决问题的能力，所以也具有一定综合性和实践性。

但是目前一些高校在《自动控制原理》教学中还存在着一些不足。第一，由于控制系统技术快速发展迭代，控制系统的相应理论和方法也在更新，教材内容相对来说较为滞后，内容更新不够及时。而且课时不足，多数学校开设理论48学时，实验16 学时。第二，设备条件有限。《自动控制原理》是一门实践性较强的课程，需要在实验室中进行模拟实验和控制调试。但实验设备的更新换代较慢，导致学生无法体验最新的控制系统技术。第三，理论与实践脱节。教学内容主要集中在数学模型、控制算法等理论方面，实际应用与案例分析比较缺乏，学生难以将理论知识与实际问题相结合，无法深入体验控制系统的真实运作。实验实践环节薄弱，实验设计不合理。第四，教学方法单一、课堂环境枯燥。目前主要采用口头讲述、幻灯片演示等单一的教学方法，缺乏交互性和互动性，课堂中的工程应用案例相对较少。第五，课程考核方式单一，主要以笔试为主且以闭卷方式进行。文章主要针对传统考试模式进行改革探索：一是改变考试内容、形式和题型并采用多种方式相结合；二是将实践能力培养与知识应用及工程意识培养紧密结合；三是以定性考核结果为主的定量考核等多种考核方式相结合。

一、传统课程考核存在的问题

现有课程考核方式主要包括平时成绩、期中考试和期末考试。期中测试主要针对学生在一段时间内对课程的掌握程度，期末考试重点考核学生在本门课程的学习过程中取得的成绩，平时成绩主要由课堂表现、课后作业、考勤和实验实践等组成。

在现有考核方法中，传统课程的期末考核方式仍然采用单一性方式进行考核。这种单一模式主要是以学生期末考试作为课程考试成绩评定依据。这种以期末成绩为主导的方法不仅给高校学生带来了较大影响，也使高校教师疲于应付各类教学检查。此外，由于传统考核方法过于重视期末测试，而忽略平时教学中对于学生专业知识掌握情况等各方面内容的考查，造成了对部分知识点、重点知识掌握不牢固的情况出现。

因此，传统课程考核方法也存在着问题。第一个方面是考核方式的单一性。传统的大学考核方式通常都是闭卷考试，这种考试方式只能考查学生部分能力，没有突出过程性评价和创新创业能力的考查。学生在接受这种考试方式的过程中，学到的内容也很快遗忘，不能形成长久的知识积累和深度思考能力。第二个方面是考试内容的缺乏新意。传统考试的内容往往与实际应用脱离，很难激发学生的学习兴趣。学生只知道应付考试，对于学科本身的兴趣和研究深度的提升没有得到体现。学生之间的比较也只局限于分数上的高低，不能全面评价学生的个人成长过程。第三个方面是考试区分度不高。传统的考试方式很少考虑到学生在学习上的不同情况，使得在考试时，学生成就感大打折扣，容易丧失学习动力和兴趣，沉溺于精神状态的失落和压力之中。

为此，提出了基于过程评价方法的课程考核改革方案，以学生学习过程中表现为依据，对其学业成绩进行综合评价；以量化成绩为依据进行过程性评价，并根据实际情况增加创新精神和实践动手能力等评价要素。

二、课程考核改革方案

该课程考核改革方案，包括建立学生平时成绩考核体系，对课程的教学过程进行改革，设计了课程考核的量化体系。

一门课程的学习不单单是一个结果，而应该是一个完整过程。整个教学过程是否合理决定了学生学习效果的好坏，与之对应的考核应该在整个教学过程中得到体现。在建立平时成绩考核体系时，应遵循三个原则。一是科学性原则。为了让学生的平时成绩反映他们在课上的真实表现，需要建立一个科学的评价体系。科学平时成绩评价体系需要有明确的考核标准和方法，规范评价的过程，建立严密的评价机制，以确保学生所得的平时成绩能真正反应学生在课程中的学习水平和掌握程度。此外，考核的内容也应该与课程的教学目标相关，可以包含课堂表现、作业、小组讨论、实验报告、项目、考勤等多种考核形式，根据实际情况合理选择并衡量。二是公平性原则。平时成绩作为一种重要的评价方法，必须确保其公平性。要让每个学生都有在平时得到成绩的机会。应该考虑到不同学生的基础水平、文化背景、学习能力等个体差异，为所有学生提供平等的机会来表现自己。此外，如果部分同学考试作弊，那么成绩要进行纠正。三是有效性原则。为了能够引起足够的重视，平时成绩必须确保能充分发挥作用。平时成绩作为学生综合成绩的一个组成部分，应该和其他成绩的权重合理平衡。平时成绩应该在一定程度上起到“提醒者”的作用，促使学生在课上更认真听讲，更积极完成课程中的作业和项目。同时，平时成绩还应该反映出每个学生的实际学习情况，为老师和学生提供有用的反馈。

根据新工科人才培养要求，课程总体评价应从知识、能力和素质全方位评价［1］。《自动控制原理》课程的平时成绩占到总成绩的一半。即，平时成绩= 章节测验（10%）+ 考勤（10%）+ 实验报告（50%）+课堂表现（10%）+课后作业（10%）+加减分项（10%）。章节测验主要集中在第三、四、五章进行，这三章内容属于课程的重难点。课后作业主要针对当堂课中的知识点进行有效练习。对于课堂个别问题的提问或回答、解决具有突出创意的（或不同于教师所授方法），可每次加1 ～2 分，记入平时成绩（以平时成绩折算后总分50 分计，直至加满50 分为止）。

量化综合测评和过程性考核是针对学生进行的过程性考核，也就是以量化成绩为依据对学生进行综合评价。量化综合测评即从学习成果、素质能力和发展潜力等方面进行评价，该过程性考核包括课程成绩和平时成绩两个方面。课程成绩由课堂教学表现、实验作业完成情况及课堂提问表现组成。过程性考核的方式也是通过量化评价与过程性考核相结合，从而达到综合评价。

综合考试以期末测试为主、平时测试为辅。具体步骤，第一，学生在课堂教学时先进行实验理论学习，之后将所学知识应用到实践操作中。第二，在此基础上可以让学生进行课程作业以及课外调研报告的撰写，并将其按照所学知识点进行分类并形成书面材料交由任课教师，该部分量化结果可作为期末考核成绩。

在讲授学习第三章时域分析法中，一阶、二阶系统的时域分析是这一章的重点。一阶系统相对简单，而二阶系统是理解的难点。通过对暂态性能指标、稳态性能指标的阐释，学生可以加深对这一知识点的理解和把握。常规考试中，多是对于暂态性能指标的求解。例如，已知控制系统的传递函数为：，要求求解出上升时间tr、峰值时间tp、调整时间和最大超调量这几个指标。学生只有牢记这些指标的计算公式，才能求出最终结果。通过调查分析发现，学生即使可以得到满分，很多同学对于该知识点的理解还是片面的，不深刻的。因为在工程运用中，二阶甚至是高阶系统的性能，通过图形方式直观表示出来才是合乎实际的，才更符合工程师的运用场景。所以，在考核改革中，弱化直接利用计算公式求解，将该知识点融入实验考核部分，利用Matlab 作图，让暂态性能指标直接显示在图形中。变化后的题型例如，已知控制系统的传递函数为：，作出其单位脉冲响应曲线，并与该系统的单位阶跃响应曲线比较。学生编写程序，得到两条对比曲线，如下图1 所示。

图1 两种曲线对比图

通过观察图形，在经过同一传递函数后，可以清晰看出两种响应曲线不同，脉冲响应相比于阶跃响应，振荡较为明显。这种形式有助于学生理解脉冲响应和阶跃响应的本质。

更进一步，二阶系统中有一个重要的系数为阻尼比（ξ），当ξ 为不同值时，所对应的响应具有不同的形式。ξ=0 时为零阻尼，ξ>1 时为过阻尼，ξ=1 时为临界阻尼，0<ξ<1 时为欠阻尼。

上述范例中的系统不变，修改参数，要求分别实现ξ=0.25、ξ=1、ξ=2 的单位脉冲响应曲线，观察结果作出结论。学生利用程序可作出图，如下图2 所示。

图2 单位脉冲响应曲线

分析上图，对于欠阻尼系统，由于单位脉冲响应是单位阶跃响应的导数，单位脉冲响应曲线与时间轴第一次相交之点对应的时间一定是峰值时间，而从t=0到t=tp这段时间与时间轴所包围的面积将等于1+σ%，并且单位脉冲响应曲线与时间轴包围的面积代数和等于［2］。

在过阻尼和临界阻尼曲线中，临界阻尼具有最短的上升时间，响应速度最快。在欠阻尼曲线中，阻尼比越小，超调量越大，上升时间越短，这样学生可以更容易理解在工程中取ξ=0.4 ～0.8合适，此时超调量适度，调节时间较短。通过变化考查形式，学生对于时域性能指标有了更深层次的认识和理解。

此外，还要因材施教、有的放矢。通过对不同水平的、不同能力的同学，采取不同教学方法、改变单一性考核方式等形式，加强对学生能力培养，提高其综合素质和学习兴趣等方面的考查。

三、改革前后教学效果对比

新高考改革前，课程考核总分为100 分，平均分为69.3 分。改革后，学生在课堂上参与度明显提高、上课注意力更加集中，对于课堂中的难点、重点问题也更容易理解；教师在教学时对实验操作流程进行了细化，更加有利于对学生进行实验操作指导，随着教学考核形式的变化，也进一步提高了教师对教材内容的理解以及对教材内容与形式之间关系的把握；学生在平时的实验室工作中与教师配合程度越来越高，并且学生积极参与到实验室工作中去；此外，有更多的时间投入到科研之中。

从以上实验改革前后学生成绩对比，我们可以看出，该考核方案不但能全面、客观地对学生进行能力测试，还能让学生在实践过程中学到更多的知识、培养其专业能力，从而提高实践教学效果。

四、结语

该课程考核改革是在传统的教学模式下对现行课程的考核方式进行的一次尝试。通过改革，不但使学生能够了解本课程所涉及的主要内容和主要思想，而且能够运用已有知识来解决本专业实际问题。该考核方案能够充分体现出学生的学习过程和实际水平等方面，也能更好地对不同层次、不同水平的学生进行评价，从而进一步提高课堂教学质量和教学效果。