我院推进《自动控制原理》课程考核改革


  • 2023
  • 07/17
  • 10:13
  • 教学动态

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课程考核是高等学校人才培养过程中一个十分重要的环节,也是检验教师教学效果、评价学生业务水平和掌握知识、技能程度的重要手段。一种良好的考试模式应该具有导向、诊断、反馈、评价、区分、预测等功能,同时还对教风、学风以及考风具有良好的引导作用。强化过程性评价是新时代学生学习成效评价改革的重要内容,是《深化新时代教育评价改革总体方案》的主要原则之一。

《自动控制原理》是测控技术与仪器、电子信息工程、车辆工程等专业课程体系中的基本原理类课程,是专业核心类课程。是学习后续信号分析处理类、数据采集类、仪器检测类等专业课程的重要理论基础,在工业控制、仪器仪表、物联网等领域有着广泛的应用。

结合本课程特点,培养学生抽象思维的能力,既要善于从个性中概括出共性,又要从共性出发深刻了解个性,努力学习用广义动力学的方法去抽象与解决实际问题;培养学生运用辩证唯物主义的方法论思考、分析与解决问题的基本能力,锻炼在需要与可能之间进行折衷的能力;具有掌握分析和解决自动控制领域实际问题的方法和素养的专业人才。能够在相关领域从事系统检测、校正、控制系统综合分析设计的工作。将其与测控技术与仪器专业毕业要求结合,形成以下5个目标:

目标1——价值引领:培养学生具有科学精神、规矩意识、系统观,团队合作精神和追求卓越的工匠精神。(支撑毕业要求689)

目标2——知识探究:掌握自动控制原理的基本理论和方法,具备自动控制系统的建模、分析和设计能力,具有信息获取与处理能力。(支撑毕业要求l)

目标3——能力建设:能够对自动控制系统的工程问题进行抽象、简化,合理建立控制系统数学模型;能够利用控制理论进行系统性能分析,并能在分析的基础上对简单控制系统进行设计与综合;能够认识到复杂工程问题的多种相互关联和制约因素,并通过分析文献,规范描述自动控制领域的工程问题.(支撑毕业要求23)

目标4——能力建设:能够进行器件的选型,并搭建实验平台,采用科学的实验方法,安全有效地开展实验;能够正确采集、整理实验数据,对实验结果进行分析和解释.获取合理有效的结论; 能够利用MAT LAB软件对自动控制系统进行辅助计算、分析、设计与仿真、具有一定的现代工具的使用能力。(支撑毕业要求45)

目标5——态度养成:具备严谨求实、专注负责的工作态度,精雕细琢、精益求精的工作理念,敢于探索、追求完美的精神特质,以及对职业的认同感、责任感。(支撑毕业要求812)

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。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。自动控制原理课程的平时成绩占到总成绩的一半,平时成绩构成如下: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。具体步骤如下:(1)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。(2)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:s=100s2+5s+100,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:s=100s2+5s+100,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。

1两种曲线对比图

通过观察图形,在经过同一传递函数后,可以清晰地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(x),当x为不同值时,所对应的响应具有不同的形式。x=0时为零阻尼,x>1时为过阻尼,x=1时为临界阻尼,0<x<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x=0.25、x=1、x=2的单位脉冲响应曲线,观察结果作出结论。学生利用程序可做出如下图2示。

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=0t= 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。

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x=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、不同能力水平的同学采取不同教学方法、改变单一性考核方式等形式来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察。

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,而且能够更好地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。


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