原文发表于《高等工程教育研究》2022年第3期。
摘要：在我国工程教育专业认证实践中，每项毕业要求都需要分解为若干指标点。 毕业要求指标点的分解和配套课程的确定一直是专业认证工作中最困难、最有争议的方面。 本文通过分析我们所处的教学系统的架构和实际运行流程，深刻认识到基于毕业要求分解指标点的“教学系统运行流程”不仅极其复杂，而且缺乏可操作性，进而得出结论毕业要求分解指标点有弊端，结论是远远大于好处； 然后，在遵循《华盛顿协议》、把握我国《认证标准》本质的基础上，提出优化和简化教学系统操作流程的思路，使其真正可控、可操作。
关键词：工程教育认证 教学体系 毕业要求 指标点
一、简介
如果有人问，工程教育专业认证准备工作中最复杂、最难把握、最分裂、最难统一意见的任务是什么，我相信大多数已经通过或正在开展认证工作的专业会这样想：毕业要求指标点（或观察点）分解并确定其配套课程。
对于同一个专业（两个类似学校提供的课程差别不大），分解的（标准要求）毕业要求和配套课程很可能有很大不同。 同一所学校、同一专业，两组不同的教师独立工作，分解后的（标准要求）毕业要求和配套课程可能还是有很大差异。
工程教育专业认证启动以来，我国已有近2000个专业点通过了认证，但迄今为止还没有任何一个专业的自评报告（完整反映认证准备情况）可以被认定为“模板”。 这可能就是这个原因。
那么我们能不能不分解指标点呢？ 这就是本文的重点。
2.指标点分解问题的由来
熟悉《华盛顿协议》[1]和我国《工程教育认证标准》（以下简称《标准》[2]）的人都知道，《华盛顿协议》为培养目标和能力提供了一个广泛的框架。毕业要求。 成员国可以根据实质等同的原则，制定符合各国国情和可操作性的具体认证标准。 我国制定的《标准》就是这样具体而详细的，见表1。显然，《华盛顿协议》和我国的《标准》都没有对指标点的分解提出具体要求。
表1 《华盛顿协议》与我国《标准》中关于培养目标和毕业要求的规定和要求对比
但在我国的认证实践中，标准被进一步“细化”，并提出“硬性规定”，对每项毕业要求的指标点进行细化。 见表1和《工程教育认证通用标准解释与使用指南》（以下简称《指南》）。 [3]
对于指标点的分解，《指南》[3]是这样解释的：“指标点是选择能够体现毕业要求内涵、易于衡量的测试点。通过毕业要求指标点可以判断：专业对12条通用标准的遵守情况是否真正理解基本要求的内涵，可以决定该专业建立的毕业要求成绩评价机制是否可操作、可靠，也可以决定该专业是否根据专业设计自己的毕业要求。关于训练目标。”
可见，对毕业要求指标点进行细分的初衷是为了让内涵清晰、易于衡量、可操作、可靠，听起来颇有道理。 确实，12个毕业要求的表述是比较宏观的。 仔细分解指标点可以使表达更加具体，更容易衡量，但是否更具可操作性值得怀疑。 原因是，如果真的分析毕业要求指标点的达成情况并“试图实施”持续改进，就会使本来就复杂的教学体系变得更加复杂（具体见后面的分析），难以实施持续改进。改善，也就是实际上根本不可行。 可操作性。
至少到目前为止，笔者还没有看到毕业要求分解如何有效提高教学质量的确切“数据”，也没有看到对指标点分解利弊的深入分析。
在缺乏直接“证据”的背景下，本文对我们所处的教学体系进行深入研究，深入分析指标点分解对教学体系运行的负面影响，进而得出结论是分解指标点弊大于利； 并采用教学系统与控制系统类比的方法来间接“证明”指标点分解弊大于利。
3、指标点的分解，使本来就复杂的教学体系变得更加复杂，难以实现持续推进。
高等工程教育是在我们所谓的“开放式教育教学体系（简称教学体系）”中完成的。 在教学体系中，除了教室、教材、实验设备等“有形物”，以及培训计划、教学大纲等“无形物”之外，还有教育者（教师）和受教育者（学生）都是活生生的人，而且是一群不同的人。
为了明确教学系统各部分的功能及其相互关系。 在工程教育专业认证背景下，可以构建如图1所示的教学系统运行流程图来表征整个教学系统的运行流程。
图1 专业认证背景下仿照“负反馈闭环控制”思想简化的“教学系统运行流程图”
从系统运行和控制的角度来看，教学系统是一个典型的“负反馈闭环控制”系统，它包含三个循环：
（负反馈）内循环是“课程学习习得能力循环”。 负反馈是基于对课程目标实现情况的评估而形成的。 通过调整课程大纲（相当于内环控制器）和教师教学方法（相当于执行器），达到控制目标——课程目标（本质上是学生获得课程的能力）； （负反馈）中间的一环是“毕业能力环”。 基于毕业要求的评价构成负反馈。 通过调整教学计划（相当于中环控制器）、课程目标（从而控制内部中环）来实现中环的控制目标——毕业要求（本质上是学生毕业时的能力）；
（负反馈）中间的循环是“毕业能力循环”。 基于毕业要求的评价构成负反馈。 通过调整教学计划（相当于中环控制器）和课程目标（从而控制内环），达到中环的控制目标——毕业要求。 （本质是学生毕业时的能力）；
（负反馈）外层循环是“训练目标循环”。 负反馈是基于对培训目标实现情况的评价而形成的。 通过调整毕业要求（相当于外环控制器，再控制中环，再控制内环），达到外环的控制目标——培养目标（本质上是毕业生5年后的职业成就）毕业）。
因此，基于“负反馈闭环控制”原理，理论上只要精心设计三个“控制器（对应教学系统中的毕业要求、教学计划和课程大纲）”和“执行器”即可。 （对应教学系统中的教师）”应该能够实现控制目标（对应图1教学系统中的培养目标）。
这里需要指出的是，我们说教学系统是三环负反馈控制系统，只是为了方便理解和把握问题的本质。 在实际的教学体系中，在专业认证的背景下，专业培养目标通常会分解为多个子目标，而相应的实现评价的反馈渠道并不是图1所示的； 同样，达到毕业要求的反馈渠道也不一。
图2展示了（对应图1）一个比较完整的“教学系统运行流程图”。 图中，假设训练目标分解为4个子目标，从而有4个（结构相同，并行）反馈渠道进行成绩评估； 假设12个毕业要求分别分解为3个指标点，则成绩评价结构有36个（同结构、同）反馈通道； 进一步可以计算出，课程目标大约有300个（假设36个指标点对应80门课程左右，每门课程对应3到4个课程目标），因此课程目标达成情况的评价大约有300个（结构相同） ，并行）反馈通道。 这是一个如此复杂的“负反馈闭环控制系统”，虽然从控制原理上看，仍然可以概括（简化）为如图1所示的三环负反馈控制系统。
图2 专业认证背景下仿照“负反馈闭环控制”思想绘制的较为完整的“教学系统运行流程图”
需要强调的是，图2所示的教学系统运行流程图只是图1中“三环负反馈控制系统”涵盖的一大类运行流程图之一。例如，如果训练目标为-目标为3，对应另一种操作流程图； 若毕业要求指标点为30，则对应另一种操作流程图； 即使培养目标子目标为4个，毕业要求指标点也有36个（与图2相同），但子目标与指标点的对应关系不同，或者指标点对应的课程为不同（这是不同专业的大概率事件），则可以推导出N个不同的操作流程图。
也就是说，（如本文引言中提到的）即使是同一专业（教学环境、教师和学生完全相同）、相同的培养目标，不同的设计师也可以根据不同的设计理念设计出不同的教学方法。 。 系统操作流程图——不同的“控制结构”。 最麻烦的（也就是本文介绍中提到的最难掌握、最不确定的）是很难判断（并且缺乏标准）这些不同的操作流程谁更优、谁更优。下。 这就是目前的情况——分歧最大、意见最难统一。 说是混乱也不为过。
综上所述，目前各认证专业普遍采用的教学系统运行流程图的总体框架是相同的——三环负反馈控制系统（如图1所示），尽管具体的“控制结构”差异很大（几乎不可能找到完全相同的（图2只是一个例子），但随着培养目标分解得越细、分解的毕业要求指标点越多，其复杂度也随之增加。
作者从事自动控制系统研究与设计数十年。 我从来没有见过如此复杂的“控制结构”，也没有见过任何描述如此复杂系统的文献，更不用说能够成功地控制如此复杂的系统了。
事实上，图1和图2所示的系统还隐含着控制系统中极难处理的一个问题——时滞，简称时滞（关于时滞的详细内容安排在下一节）。 在教学体系中，从调整毕业要求（相当于控制目标）到学生毕业需要4年时间，毕业后需要5年时间才能获得培养目标（相当于控制目标）的实现。 这4+5=9年是“控制器的动作与被控目标的反应之间的时间滞后（time lag）”的起点。
对于这样一个大时滞的复杂系统，坚持采用图1和图2所示的负反馈闭环控制（实现持续改进）是极其困难的。 也就是说，目前专业声称进行图1、图2所示的负反馈闭环控制（持续改进）实际上根本没有实现。 它是完全二维的。
回到本文讨论的主题——分解指标点的优缺点。 虽然从分析的角度（纸面上）和“局部”的角度来看，分解指标点可以让毕业要求更加明确和具体，似乎更容易衡量，但放到“整体”的角度来看，却使得原本复杂的系统变得更加复杂，根本不可能实现。 有效的控制意味着不具备可操作性，更谈不上可靠。 因此，要想控制好教学系统，一定不能采用图1、图2所示的“控制结构”，而必须对其进行简化和优化。
但如何简化和优化呢？ 我们先回顾一下传统的教学系统运行流程，如图3所示。结构简单，培养目标只有一个（涵盖当前培养目标和毕业要求），没有形成闭环。 从控制的角度来看，这样的系统很容易控制。 虽然控制效果（学生能力提升）不尽人意，但不会造成控制效果极差（教学质量严重）。 当然，这样的结构与毕业所需的持续改进的认证理念不符，必须予以改进。
图3 传统“教学系统运行流程图”-简化图
为了获得简化和改进的灵感，下面我们将比较常见的流量控制系统。 通过研究不同控制结构对同一对象、同一控制目标的使用情况，观察其不同的控制性能，希望为寻找适合教学系统的“控制结构”提供参考思路和方向。
4. 调整流程控制系统并寻找适合教学系统的控制结构的想法
常见的流量控制系统如图4所示，控制目标是“终端流量”快速、准确、稳定地跟踪“期望流量”（控制流程图如图5所示）。 当管道长度不超过几米时，“末端流量”约等于“输出流量”。 控制方法是：调节输入阀的开度来控制“输入流量”（注：输出阀开度保持不变），从而控制“输出流量”。
图4 水箱流量控制系统示意图
图5 两种不同控制结构的流程控制工作流程图
对于相同的控制目标和控制手段，系统的控制结构可以不同。 图5示出了两种类型：图5a所示的双闭环流量直接控制，内环控制液位高度，外环控制输出流量； 图5b所示的单闭环流量间接控制是基于输出流量与液位H(1)的关系，从而可以通过控制液位来间接控制输出流量。
(1)
显然，单闭环结构简单，不需要图4虚线所示的“流量计”。实践证明，控制性能非常好，是目前最常用的控制结构。 图5a所示的双回路结构复杂，需要使用“流量计”，成本较高； 更重要的是，虽然理论上流量控制的精度优于单回路间接控制，但液位的不可控带来了液体溢出的风险，这种控制结构在实际中很少使用。
基于此，我们得出本节的第一个结论：控制结构越复杂，控制性能越好。 有时它会适得其反。
接下来，我们讨论在控制系统设计中极其重要的“控制性能指标”。 在前面的讨论中，我们只确定了控制目标是输出流量能够快速、准确、稳定地跟踪期望流量。 但什么是快速、准确、稳定，需要具体的控制性能指标。 图6所示为阶跃输入响应最常见的控制性能指标图，一般包括以下几个方面：
图6 控制系统常用的控制性能指标示意图（对阶跃输入的响应）
上升时间：当所需流量逐级变化时（变化幅度记为1），输出流量从0.1变化到0.9的时间越短越好；
峰值时间：在所需流量阶跃变化下，输出流量从0到最大值的时间，越短越好；
过冲：最大实际输出流量超过阶跃变化值的百分比，越小越好；
稳态误差：波动结束后，输出流量与期望流量之间的相对误差尽可能小，通常设置为2~5%。
调节时间：从0到输出流量落入稳态误差相对值范围内的时间。 希望越短越好。
上述五项控制绩效指标可以视为总体控制目标下的五个“控制子目标”。
原则上，如果将这五个“控制子目标”分开控制，控制效果应该会很好。 但在实际应用中，几乎没有人按照这一思想来设计控制器。 原因如下：
五个控制子目标相互关联，甚至相互制约。 如果想要上升时间小，超调就必须大； 如果想控制超调小，上升时间就必须大。 同样，稳态误差和调整时间也是矛盾的。 除非有特别有经验的设计者划分时间段并改变控制参数，否则可以将这两个因素都考虑在内，或者采用正在开发的智能控制方法。 不过，这两种情况，控制结构都发生了变化，不再是图5所示的负反馈闭环结构。
只有一种控制装置“输入阀”。 可以想象，当5个控制子目标竞相控制一个“输入阀”时，难免会发生争斗，控制效果难以保证。 对照实践也充分证实了这一点。
那么实际系统如何满足控制性能指标呢？ 答案是综合考虑调节时间、超调量和稳态误差这三个性能指标，形成一条“总目标二阶响应曲线”（另外两个间接控制），如图6的曲线所示。通过精心设计的“控制控制器”用来近似二阶响应曲线（有兴趣的读者可以参考控制理论书籍），这是目前常用的控制器设计方法。
可以看出，控制目标分解得越多（控制子目标越多），控制性能并不是越好。 相反，由于控制子目标越多，系统的控制难度越大，控制性能实际上越差。 这是本节得出的第二个结论。
接下来，我们将对控制系统的一种特殊现象——时滞（time lag）进行更深入的分析，来了解为什么时滞较大的系统难以控制。
假设图4中流量控制系统的输出管道长达数百米，考虑到管道内液体的平均流动时间To，“终端流量Qoz(t)”不再近似等于“输出流 Qo(t)”，但有 Qoz(t)=Qo(t-To)。 这个时间就是时间差。 例如，如果管道长达数百米，To很大，则称为大延时系统。
控制理论告诉我们，大时滞的存在使得控制器的设计变得非常复杂。 如果不小心，就不可能实现输出液体流量的稳定控制。 为了说明这一点，我们使用图5b所示的间接流量控制结构（注：图中未给出Qoz）。
假设系统在t时刻稳定，即Qoz≈Qor。 当所需流量从 Qor 增加到 Qor+ΔQor 时，计算出所需液位从 Hr 增加到 Hr+ΔHr。 在控制器的作用下，输入控制阀开度增大（增大输入流量Qi），使实际液位从H增大到H+ΔH，相应的输出流量从Qo逐渐增大到Qo+ ΔQo，并在 to+T 时刻再次稳定。 但由于管道较长，码头流量Qoz并没有立即增加，而是不得不推迟To时间。 也就是说，直到to+T+To，终端流量才从Qoz增加到Qoz+ΔQoz，使得Qoz+ΔQoz≈Qor+ΔQor，系统再次稳定。
从上面的分析可以看出，如果采用图5b的控制结构来控制大流延时的系统，虽然不会出现不可控的问题，但控制性能较差，且延时时间To越大，控制性能变差。 但对于图5a的结构，当输入控制阀改变（Qi改变）、液位改变时，终端流量Qoz并不会立即改变，而是在To时间后才改变。 在此期间，液位一直在升高。 如果To很大，液位可能会很高而从池中溢出，更不用说对终端流量进行稳定控制了。
现代控制系统设计都采用预测或预测方法来处理大时滞问题（有兴趣的读者可以参考控制理论书籍）。 在图5b的基础上增加流量（提前）预测环节（如图7所示），可以有效改善大时滞对控制的影响。 流量预测越准确，大时滞对控制的影响越小。
图7 大时滞流量系统中使用“附加预测环节”的流量（间接）控制流程图
这就引出了本节的第三个结论：时滞问题危害极大（导致控制性能极差），带有预测环节的（流）间接控制是解决大时滞问题的有效方法。
5、符合认证标准、可运行的教学系统推荐运行流程
根据以上讨论，可以得出两个明确的结论：分解指标点弊大于利，训练目标只能开环控制。
据此，笔者提出的符合认证标准、可操作的“教学系统操作流程”的简化版和完整版分别如图8和图9所示。 对比图1和图2原来复杂的“控制结构”可以看出，简化和改进主要在外环培养目标和中环毕业要求，下面分别介绍。
图8 建议的“教学系统操作流程图”-简化图
图9 建议的“教学系统操作流程图”-完整图
1.培育目标外环
将图1中训练目标的闭环控制改为图8中包含预测环节的开环控制。这种控制方法本质上是对训练目标的间接控制。 预测环节预测越准确，控制效果越好。 需要指出的是，在实践中，为了证明培养目标达成情况的评价可以用于持续改进，不少专业尝试封闭培养目标外环，进行负反馈闭环控制。 这实际上是不可能的。 例如，假设2019年进行培养目标达成评估，2010年录取五年前毕业的毕业生，按照2010年制定的培养目标和毕业要求进行培养。根据2010年版计划完成的评估，用于不断完善2019年版计划； 而根据2019年版规划进行评估，使得评估结果根本不可信。 在认证实践中，一些专业的自我评估报告是根据当前的培训目标进行评估，然后不断改进当前的培训目标，纯粹是文字游戏。
2. 毕业要求 中央
(1)毕业要求不分解指标点，大大简化了教学系统操作流程图(对比图9和图2)。 也将大大简化毕业要求的评估，从而有效实现毕业要求的闭环控制（而不是仅仅纸上谈兵）。 。
（2）毕业要求 中央采取两种方式：“对已全面实施4年且仍在实施的教案进行分阶段闭环控制”和“对已全面实施的教案进行包括预测环节的开环（间接）控制”。 4年来尚未完全实施”（图8中的虚线和图9中的空心线所示）——称为“半闭环控制”。 这是因为在任何一年的大多数时间里，总是有四个年级的学生同时在校。 他们正在实施不同版本的培训计划（极端情况下有四个不同版本），不同年级需要采用不同的“学生”。 为了便于理解，我们假设某专业每4年对培养计划进行一次全面修订，最后两次是2014年版和2018年版，然后分析不同年份的毕业要求成绩评价如何。完整的 4 年周期是如何进行的以及如何使用基于持续改进（闭环控制）。
2018年毕业季，毕业要求考核明显针对2014年入学的学生，全面落实2014年版培养计划。 评估结果可用于2015-2017学年招生学生正在实施的2014版教学计划的闭环控制——相当于对教学计划进行微调。
2019年毕业季，同上。 对2015年入学学生的毕业要求进行评估，评估结果用于2016-2017年入学学生仍在执行的2014年版教案的闭环控制（教案微调）。 同时，2018年招生的2018版培养计划采用“带预测环节的开环（间接）控制”，即不做任何调整。 这是因为2018年版的培训计划已经四年了，还没有完全实施，效果还无法判断。
2020年毕业季，同上。 将评估2016年入学的学生的毕业要求。评估结果将用于微调2014年的教学计划，该计划仍由2017年入学的学生进行。 2018-2019仍使用“带有预测链接的开环控制”。
在2021年的毕业季节，与上述相同的毕业生将评估2017年入学的学生的毕业要求，但评估结果将不再用于闭环控制（此时，2014年版本的教学计划已经是实施），并且只有在2022年制定新的培训计划时才被用作参考。2018年版的2018年学生培训计划在2018 - 2020年注册的学生仍然使用“带有预测链接的开环控制”。
6.修改指南的建议
建议取消“指南”中“毕业要求分解指数点”的限制性要求。 简短重复的原因如下：
“华盛顿协议”和我国家的“标准”都没有类似的规定，“准则”不应增加限制性的“其他规定”；
控制理论告诉我们，当控制含义（对于教学系统，即教师，教学材料，教室，实验设备等）时，并不是说控制目标越详细（因此，控制子目标），控制性能越好。 相反，由于控制子目标具有更多的目标，因此系统变得更加复杂，更难控制，并且控制性能变得更糟。 将毕业要求分解为几个指标点等同于将控制目标分解为几个控制子目标，这将使已经复杂的教学系统更加复杂，并且更难以有效地控制。
教学系统是一个大型的时间段系统（从教学计划开始到可以完全评估实施效果的时间至少需要4年）。 对大型时置系统的负面反馈闭环控制是一个困难的问题，在控制科学的发展中尚未有效解决。 实际上，图2中所示的教学系统的操作过程根本不可控制或可操作。 许多专业的自我评估报告中所谓的持续改进（即负面反馈闭环控制）只是在纸上交谈。 如果毕业要求未分解为指标，则毕业要求成就评估（即，反馈渠道）将减少到12。此外，采用了两种不同的控制方法：“对教学计划的闭环控制全面实施了4年，并且仍在实施“和“开环控制），其中包括4年未完全实施的教学计划的预测链接”，这可以有效地解决大规模的问题。 滞后系统的控制问题。
参考
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