2016年6月中國正式加入《華盛頓協議》，標志著我國工程教育認證體系實現了國際“實質等效性”。當前，工程教育專業認證已成為各大高校一流本科專業建設的重要標準，成為新一輪高等教育改革的熱點。按照工程教育專業認證標準，高校在工程專業人才培養中應秉承“以學生為中心、成果導向和持續改進”的工程教育理念，轉變傳統人才培養思維，探索多學科交叉融合的工程人才培養模式，重構專業課程體系，提升工程人才的綜合創新能力和創業能力，培養能夠解決復雜工程問題的應用型工程技術人才。

課程體系及課程是人才培養的主要載體，是專業人才培養方案的核心內容，關系到人才培養目標的實現和專業培養標準的落實。傳統的課程建設僅考慮單門課程的教學內容和教學效果，容易造成資源的重復建設和浪費。課程群建設是以多門相互關聯課程為基礎，更關注課程之間的綜合發展和整體效率，采用結構體系化改革方式，對各門課程的教學目標、教學內容和教學方法等進行一體化重整優化，為學生的知識能力結構塑造和綜合創新能力培養提供有力保障，是進一步提高人才培養質量的重要支撐。

自2015年以來，蘭州理工大學自動化專業貫徹工程教育理念，以能力產出為導向，通過重構專業培養目標和畢業要求，變革課程教學目標、教學內容和教學模式，補足閉環評價方法，探索建立起了基于成果導向教育（outcome based education, OBE）的自動化專業人才培養新模式。在此背景下，“控制理論與工程實踐”課程群教學團隊先后從課程體系、目標、內容等方面開展了有效的探索與實踐，為自動化專業人才培養積累了不少成功的經驗。

1 課程群體系構建

1.1 課程群概況

我校“控制理論與工程實踐”課程群包括自動控制原理、現代控制理論、過程控制基礎+過程控制綜合訓練及控制系統計算機仿真，共計4門課程、5個獨立開設的教學環節，該課程群是我校“紅柳特色”國家一流自動化專業的學科基礎與專業方向的核心支撐課程。

1.2 構建能力導向的“6443”課程群體系

圍繞我校自動化專業學生畢業要求的達成，貫徹工程教育OBE理念，按照循序漸進的學習原則，采用課程群支撐方式，以現代控制系統建模、分析、設計、優化的能力為核心，構建“6個畢業要求-4類系統-4門課程-3種模式”能力導向協同遞進培養的“6443”課程群體系如圖1所示。

具體包括：工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具、個人與團隊6個畢業要求；單輸入單輸出控制系統（single input single output control system, SISO-CS）、多輸入多輸出控制系統（multiple input multiple output control system, MIMO-CS）、數字孿生控制系統（digital twin control system, DT- CS）、實際復雜工程控制系統（engineering control system, E-CS）4類控制系統；自動控制原理、現代控制理論、控制系統仿真、過程控制基礎4門理論課程；模擬實驗、數字仿真、綜合訓練3種實踐模式。

圖1 “6443”課程群體系

其中：學科基礎課“自動控制原理”，理論授課66學時+模擬實驗8學時+仿真實驗6學時，著重解決單輸入單輸出控制系統的原理、建模、分析與綜合的問題；專業核心課“現代控制理論“，理論授課36學時+模擬實驗4學時，著重解決多輸入多輸出控制系統的原理、建模、分析與綜合的問題；專業必修課“控制系統計算機仿真”，理論授課16學時+項目仿真實踐16學時，著重解決學生利用現代工具仿真模擬設計各類數字孿生控制系統的問題；專業核心課“過程控制基礎+過程控制綜合訓練”，理論授課48學時+工程系統訓練2周，著重解決流程工業復雜工程控制系統的建模、設計、優化等問題。

同時，在課程群思政建設中，堅持知識傳授與價值引領相結合，挖掘梳理各門課程的思政元素，分別從核心價值、師德風范、工程倫理等方面進行教學設計，緊密融合課程專業知識教育與思想政治教育，將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體，充分發揮各門課程的育人功能。

1.3 構建課程群對畢業要求的支撐關系

“6443”課程體系中4門課程5個環節著眼于不同層面的系統，依據“核心支撐、交叉互補、分層遞進”的原則，構建課程群對畢業要求的支撐關系見表1，該課程體系不僅為自動化工程實踐提供了堅實的理論框架和知識體系，更確保了學生在復雜控制工程問題的模型建立、系統分析、算法設計和深入研究等方面能力的有效達成。

表1

2 課程群教學目標重構

為確保畢業要求與課程群之間的支撐關系達成，教學團隊認真梳理產業發展新需求，依據“理解-應用-分析-評價-創新”循序漸進的學習原則，制定更新了課程群17條能力型課程目標見表2。

表2

從表2所列課程群課程目標可以看出，相較于傳統的知識型課程目標，新的課程群課程目標將原來籠統模糊的知識型目標提升為具體準確的能力型目標，實現從知識傳授到能力培養和素質固化的轉變，不僅強調基礎知識的掌握與理解，更為重要的是強化應用、分析、評價和創新能力的培養，為課程教學過程與改革和達成情況評價指明了方向，也為學生確立了明確的能力目標。

3 課程群內容重組優化

依據新的課程目標，為確保“6443”課程體系能力目標達成，教學團隊保留重構“機理-建模-分析-設計”等9個能力型經典模塊，有效整合4類系統的冗余教學內容，堅決擯棄不符合技術進步和行業發展要求的陳舊內容，動態增補符合產業發展新需求的前沿性和時代性現代控制技術內容，合理增加課程內容難度，適度拓展課程內容深度，有意識地延續、交叉、遞進培養和練就解決復雜控制工程問題的能力和高階思維能力。課程群主要內容重組與優化見表3。

在課程群中冗余的教學內容方面，比如：①響應曲線建模法，“自動控制原理”僅在一階系統動態響應中，以逆向引導的方式予以建模應用，重點由“過程控制基礎+過程控制訓練”從理論方法到工程系統予以深度完成；②復雜系統解耦，“現代控制理論”重點解決理論方法層面的對角解耦、前饋解耦等問題，更為實用的變量匹配解耦則由“過程控制基礎”完成。課程群內容的優化融合與整合，既保證了經典內容的精良保留，也為先進內容的引入留余了空間。

在前沿性和時代性現代控制技術內容的補充方面，比如：①“自動控制原理”引入了系列工程案例“計算機磁盤驅動器”和魯棒比例積分微分（proportional integral derivative, PID）控制；②“現代控制理論”延伸了最優控制與估計的思想；③“過程控制基礎”拓展了推理控制、預測控制等先進控制方法；④“控制系統計算機仿真”則擴充了新工具箱的使用，尤其是陸續增補了人工智能、大數據與信息物理系統深度融合的新理論、新技術與新方法。

表3

4 實踐效果

經過6年的探索與實踐，課程群各課程目標與畢業要求達成情況一致，表明學生均能有效達成所要求的能力，并呈持續上升態勢。由于遞進培養了學生解決復雜工程問題所需的系統原理、數學建模、性能分析、綜合優化、實現方式、測試手段、仿真工具、調試技能及團隊協作等方面的能力，使學生在多種學科競賽中成績突出（“西門子”杯中國智能制造挑戰賽、“AB杯”全國大學生自動化系統應用大賽中先后獲得全國特等獎1項、一等獎6項、二等獎7項、其他分賽區一、二等獎達40余項），得到了在校生和畢業生的一致好評。各課程近三年目標達成情況如圖2～圖6所示。

以“自動控制原理”課程為例，觀察圖2可以看出，各課程目標均能達成，實現了對學生相應能力的培養。同時，各課程目標達成情況不均衡，2019秋與2018秋相比，課程目標1、2達成情況明顯上升，2019秋該課程成績達到近幾年最好狀態，雖是持續改進有了成效，但考題類型與以往相似度高也是值得反思的因素。

因此，在2020秋考試題目類型調整中，針對課程目標5（控制器設計與優化）的題目做了明顯變化，故而課程目標5由2019年的0.694下降至0.589，下降了0.105，致使其勉強達成，這也印證了反思的合理性，同時也更真實地反映出學生課程能力目標達成情況，在一定程度上避免了由于試題同質化，僅憑“記憶性知識”產生的課程能力目標達成情況的虛假性。

通過橫向對比圖2中的5個課程目標可以發現，課程目標2、4、5達成情況較低，尤其是課程目標5，因此在今后的教學過程中，課程組將持續豐富線上教學資源，提高線上自主學習的實效性，提高自主學習內容的針對性，強化線下課堂重點講解內容，進一步優化教學模式；針對課程目標5，加強內容講解的深入淺出、強化模擬實驗和仿真實驗對教學內容的驗證，綜合教學過程中各個環節對該目標的支撐和能力達成；加強學情分析，重點關注各教學班級暫時落后學生的學習情況，以期實現整體達成目標；在課程結束后，將每位同學的課程目標達成情況計算結果反饋至學生本人，以指導學生有針對性地對自身能力進行持續改進。

圖2 自動控制原理近三年目標達成情況

圖3 現代控制理論近三年目標達成情況

課程群建設過程中，“自動控制原理”課程先后成為校級雙語與混合等教學示范課程、甘肅省精品資源共享課程、甘肅省本科一流課程，并被推薦申報國家一流課程，“現代控制理論”課程遴選為省級一流課程，其余課程均進入校級本科一流或重點課程，課程群建設水平在學校乃至省內、國內均產生了較大的影響，示范意義強。

圖4 過程控制基礎近三年目標達成情況

圖5 過程控制綜合訓練近三年達成情況

圖6 控制系統計算機仿真近三年達成情況

5 結論

本文圍繞蘭州理工大學自動化專業學生畢業要求的達成，構建工程教育專業背景下“控制理論與工程實踐”課程群的OBE教學體系，探索形成層次遞進、交叉融合、協同優化的能力導向“6443”體系結構，有機融合課程間知識、能力與素質目標，重組內容精良、技術先進的課程內容，優化控制理論知識結構，遞進協同培養學生解決復雜工程問題的綜合能力和高級思維能力，提高自動化專業教育質量，增強自動化專業人才培養對產業發展的適應性。

本文編自2022年第12期《電氣技術》，論文標題為“工程教育專業認證背景下控制類課程群體系構建與實踐”，作者為魯春燕、李煒 等。本課題得到教育部高等學校自動化類專業教學指導委員會教改研究項目、甘肅省高等學校教學質量提高項目、甘肅省2020年省級一流本科課程建設項目、蘭州理工大學紅柳一流課程建設項目、蘭州理工大學高等教育研究項目的支持。