杜友武 范厚瓊 方明星

摘要自動化專業(yè)作為信息科學(xué)的重要組成部分，在國家戰(zhàn)略核心領(lǐng)域占有重要地位，專業(yè)課程的教學(xué)模式對培養(yǎng)專業(yè)人才發(fā)揮重大的作用。本文以“運動控制系統(tǒng)”專業(yè)課的理論和實踐教學(xué)為例，探索自動化專業(yè)課程的教學(xué)模式，通過分析該課程在整個自動化培養(yǎng)方案中的位置以及與前后課程之間的關(guān)聯(lián)、建設(shè)豐富的課程教學(xué)資源、采用啟發(fā)式和項目驅(qū)動式的教學(xué)方法、創(chuàng)建多元化的課程考核評價制度等措施，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的認(rèn)識，強化學(xué)生實踐動手的能力，提高自動化專業(yè)本科教學(xué)質(zhì)量，為社會培養(yǎng)高質(zhì)量的應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞 自動化 教學(xué)改革 運動控制

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.26.027

Exploration on Teaching Mode of Automation Course

——Taking the teaching of "motion control system" as an example

DU Youwu[1]， FAN Houqiong[2]， FANG Mingxing[3]

（[1]SchoolofElectrical&InformationEngineering，JiangsuUniversityofTechnology，Changzhou，Jiangsu213001；

[2]TeachingQualityMonitoringandEvaluationDivisionofJiangsuUniversityofTechnology，Changzhou，Jiangsu213001；

[3]SchoolofPhysicsandElectronicInformation，AnhuiNormalUniversity，Wuhu，Anhui241002）

AbstractAs an important part of information science， automation major plays an important role in the core field of national strategy. The teaching mode of professional courses plays an important role in cultivating professional talents. Taking the theoretical and practical teaching of the professional course of "motion control system" as an example， this paperexplorestheteachingmodeoftheprofessionalcourseofautomation，analyzesthepositionofthecourseinthewhole automation training scheme and its relationship with the previous and subsequent courses， constructs rich curriculum teachingresources， adoptsheuristic and project driven teaching methods. Establish diversified curriculum assessment and evaluation system， deepen students’ understanding of basic theory， strengthen students’ practical ability， improve the undergraduate teaching quality of automation specialty， and cultivate high-quality applied talents for the society.

Keywordsautomation； teaching reform； motion control

0引言

自動化專業(yè)在國內(nèi)工科院校中均有設(shè)置，是一種老牌工科專業(yè)，[1]該專業(yè)以反饋控制思想為核心，針對實際控制系統(tǒng)，利用傳感技術(shù)、信號處理技術(shù)，檢測被控變量的實際值，反饋到控制輸入端，并與被控變量的期望值進行比較得到被控變量的誤差，基于此誤差設(shè)計控制器，獲得控制量用以驅(qū)動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，使得實際的被控變量趨向于期望值，從而獲得滿意的控制效果。該專業(yè)不僅重視學(xué)生的理論知識的培養(yǎng)，更注重培養(yǎng)學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實踐的能力。[2]由于該專業(yè)涉及的知識面廣而深，理論知識抽象等原因，在學(xué)生培養(yǎng)過程中，特別是在專業(yè)課教學(xué)過程中，普遍存在如下問題：學(xué)生對基礎(chǔ)知識掌握程度的差異性較大；學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)的積極性，自我管理的能力不足；學(xué)生的創(chuàng)新能力有待提高，動手實踐能力薄弱。課程教學(xué)模式的改革是提高培養(yǎng)質(zhì)量的有效方法，[3][4]本文以自動化專業(yè)方向課“運動控制系統(tǒng)”為例，通過分析課程的現(xiàn)狀和特點，從理論教學(xué)、實踐教學(xué)、考核管理等三個方面，提出相應(yīng)的教學(xué)改革措施，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高動手實踐能力。

1課程現(xiàn)狀分析

以“運動控制系統(tǒng)”課程為例，結(jié)合多年的教學(xué)實踐、思考和總結(jié)，分析目前課程教學(xué)中存在的問題，并探索一種新穎的教學(xué)模式。該課程以直流電機和交流電機為控制對象，利用傳感器技術(shù)和信號處理技術(shù)檢測電機的電流和轉(zhuǎn)速等物理量，采用自動控制原理設(shè)計相應(yīng)的控制器和控制算法，通過電力電子技術(shù)進行功率驅(qū)動，最終實現(xiàn)對電機電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制。該課程是一門綜合性很強的專業(yè)方向課，涉及自動化專業(yè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的很多前序課程，同時該課程也是一門很強的實踐課程，要求學(xué)生將所學(xué)的理論知識實踐應(yīng)用到具體的工程中，因此，該課程是一門把理論基礎(chǔ)應(yīng)用到工程實踐中去的典范課程。當(dāng)前該課程的教學(xué)模式普遍存在以下三個問題：（1）理論教學(xué)環(huán)節(jié)知識關(guān)聯(lián)性大、難度大以及知識點抽象等特點，學(xué)生對基礎(chǔ)知識掌握差異性較大，導(dǎo)致傳統(tǒng)孤立的教學(xué)模式不能支撐學(xué)生對課堂知識的深刻理解，從而導(dǎo)致部分學(xué)生出現(xiàn)掉隊現(xiàn)象；（2）實踐教學(xué)環(huán)節(jié)重視程度不夠，實驗內(nèi)容較為單一，多數(shù)為驗證理論課程的某個知識點，缺少綜合創(chuàng)新型實驗，從而缺乏對理論知識的靈活應(yīng)用，實驗過程中，學(xué)生分析和解決問題的能力較差；（3）不具備完善和規(guī)范的管理和評價機制，以期末考試成績?yōu)橹饕u價的方法，缺乏對學(xué)生積極性的調(diào)動和教學(xué)中間過程的管理和評價，導(dǎo)致教學(xué)效果不夠理想。

針對目前該課程教學(xué)中存在的問題，下面提出一種教學(xué)模式改革的措施，如圖1所示。通過建設(shè)課程體系、改革教學(xué)方法和手段、完善課程評價制度，一方面強化理論教學(xué)與實踐教學(xué)的深度融合，開設(shè)豐富的實踐教學(xué)內(nèi)容，如設(shè)計型、項目驅(qū)動型、社會實踐型等，將實際工程案例引入到理論教學(xué)中，在實踐教學(xué)中驗證理論方法的有效性，加強理論與實踐的緊密關(guān)聯(lián)；另一方面激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)積極性，以學(xué)為主，以教為輔，并將考核環(huán)節(jié)融入教學(xué)整個過程中，建立完善的管理機制。

2教學(xué)改革

2.1理論教學(xué)改革

2.1.1課程體系和資源建設(shè)

運動控制系統(tǒng)是一門專業(yè)方向課，課程內(nèi)容難點多，需要同學(xué)掌握多門前序的基礎(chǔ)課程，因此，需要對此課程體系和資源的建設(shè)。以核心專業(yè)課“運控控制系統(tǒng)”為中心，協(xié)調(diào)統(tǒng)籌前序和后序相關(guān)課程的教學(xué)與實驗內(nèi)容。理論教學(xué)內(nèi)容，針對前序課程，需要對專業(yè)基礎(chǔ)課“電機與電力拖動”“電力電子技術(shù)”“自動控制原理”的基礎(chǔ)理論進行梳理，融入“運動控制系統(tǒng)”課程教學(xué)內(nèi)容中，做到主次分明，幫助學(xué)生回憶和復(fù)習(xí)相關(guān)知識點；針對后續(xù)課程，例如“先進伺服系統(tǒng)”“現(xiàn)代驅(qū)動技術(shù)”等課程，在“運動控制系統(tǒng)”課程教學(xué)內(nèi)容中，可作為部分知識點的延伸，幫助同學(xué)理解所學(xué)知識點的應(yīng)用場景。實踐教學(xué)內(nèi)容，除了開展教材中配套的驗證型實驗內(nèi)容，需要同步開展綜合創(chuàng)新性和項目式的實驗。在課程體系的建設(shè)中，需要理順各課程之間的銜接和支撐關(guān)系，逐步建立一套系統(tǒng)化的運動控制系統(tǒng)教學(xué)體系。課程資源的建設(shè)包括課程定位的研究、新教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容的確立、教材和教師用多媒體課件建設(shè)、習(xí)題、實驗設(shè)計和實驗指導(dǎo)書的完成等。

2.1.2教學(xué)手段和方法改革

課程采用何種方式引入，重難點如何突破，如何抓住學(xué)生的思維，前后知識點之間的銜接，講解的趣味性及形象化等方面，都是需要慎重考慮的。首先，可利用生活中常見的圖片和常識，提出疑問，引入新課，為了解決此疑問，引導(dǎo)學(xué)生回顧之前課程或章節(jié)所學(xué)的知識，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出解決此疑問的關(guān)鍵公式或理論；然后對推導(dǎo)出的公式或理論，進行全面透徹的分析，比如變量的含義，圖形的意義，應(yīng)用注意事項等；最后對重難點進行歸納，知識點進行梳理，并對其在實踐中的應(yīng)用進行介紹，讓學(xué)生明白所學(xué)的知識有何用處。教學(xué)過程中，一定要注意將抽象公式和理論進行形象化，理論聯(lián)系實際，在實際生活中找到應(yīng)用的實例，或者采用比喻、類比等方式，讓學(xué)生對重難點更容易理解和記憶。

一個完整的教學(xué)過程應(yīng)包含：教學(xué)前的準(zhǔn)備、教學(xué)過程的實施和教學(xué)后的反思。首先，教學(xué)的準(zhǔn)備，備課環(huán)節(jié)是非常重要的，不僅需要對本門課程非常熟悉，還需要了解這門課在整個專業(yè)中的地位，前面相關(guān)課程知識點，以及后續(xù)可能需要的知識點，通過對課程體系的深入了解，提煉本門課的教學(xué)目標(biāo)，知識的重難點，參考多本教材及相關(guān)教學(xué)視頻，努力攻克教學(xué)難點，剖析教學(xué)重點；其次，教學(xué)過程的實施，教學(xué)過程中要注重引導(dǎo)學(xué)生思路，采用提問、互動、對比等教學(xué)方法，剖析知識點，要做到嚴(yán)謹(jǐn)與形象；上課要懂得“察言觀色”，掌控課堂，根據(jù)課堂的氣氛，利用眼神、語氣、肢體語言等與學(xué)生進行交流，讀懂學(xué)生的思維，上課時間分配要合理規(guī)劃，設(shè)計合適的知識點過渡方法，比如采用設(shè)問、轉(zhuǎn)折、對比等手段；最后，教學(xué)后的反思，有條件的話，可以對教學(xué)過程進行錄像或者錄音，每完成一次教學(xué)過程，可以自己回放錄像或錄音，找出此次教學(xué)過程中的不足，加以改進，課后通過與學(xué)生進行交流，從學(xué)生的角度來反思此次教學(xué)的不足，需要改進的地方。

2.2實踐教學(xué)改革

2.2.1驗證型+設(shè)計型教學(xué)

傳統(tǒng)的運動控制系統(tǒng)課程實踐教學(xué)內(nèi)容，主要為驗證理論課程某個知識點而開設(shè)的實驗內(nèi)容，以驗證型為主，導(dǎo)致實踐教學(xué)內(nèi)容較為單一，缺乏鍛煉學(xué)生的綜合設(shè)計能力，并且驗證型的實驗缺乏挑戰(zhàn)性，學(xué)生主動思考的積極性較差，容易出現(xiàn)“照葫蘆畫瓢”現(xiàn)象，教學(xué)效果較差。因此，需要對運動控制系統(tǒng)實踐教學(xué)進行改革，建立以驗證型實踐教學(xué)內(nèi)容為輔、課程綜合設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計為主，以及課外競賽等為擴展的實踐教學(xué)體系，合理規(guī)劃各個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系和時間安排，使得整個實踐教學(xué)具有系統(tǒng)性。

2.2.2項目驅(qū)動型創(chuàng)新教學(xué)

運控控制系統(tǒng)是一門專業(yè)方向課，經(jīng)過前序課程和該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備設(shè)計和實現(xiàn)相關(guān)控制系統(tǒng)的能力，因此，在本門課的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，可以結(jié)合教師已有的項目或者相關(guān)企業(yè)的需求，開設(shè)綜合創(chuàng)新設(shè)計，組織學(xué)生進行項目或者小產(chǎn)品的開發(fā)。學(xué)生以小組形式參加，不僅可以激發(fā)每個學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且可以提高學(xué)生團隊協(xié)作能力，學(xué)生參與項目或產(chǎn)品的具體研發(fā)任務(wù)，可將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際問題中，鍛煉分析問題和設(shè)計的能力。此部分創(chuàng)新性實踐環(huán)節(jié)，可為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計做前期準(zhǔn)備，幫助學(xué)生梳理和鞏固幾年所學(xué)知識，并將理論應(yīng)用到實踐中去。

2.3考核機制改革

傳統(tǒng)的課程考核主要以期末考試成績、平時考勤和課后作業(yè)為主要依據(jù)，相對單一，難以真正反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況，即使教學(xué)內(nèi)容、方法和手段進行了有效的改革，但是缺乏整個教學(xué)過程的考核和評價體系，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，導(dǎo)致最終課程教學(xué)達(dá)不到預(yù)期的效果。因此，必須改革課程成績考核、評價體系，創(chuàng)建學(xué)生成績過程化、多元化考核評價機制，規(guī)范并制定出能真正反映學(xué)生能力的課程成績考核制度（過程積分、期末考試，平時測驗，小組討論，課題辯論，實踐總結(jié)等），完善課程管理。

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)考核方法也是常規(guī)的考試或簡單的實驗演示，這種單一的考核方法并不利于提高學(xué)生的實踐能力。因此，需要根據(jù)新的實踐課程內(nèi)容，提出新的實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)目標(biāo)，提高學(xué)生對工程實踐能力。整個實踐考核分為三個階段，首先是驗證型實驗內(nèi)容的考核，此部分考核主要根據(jù)學(xué)生實驗方法是否合理、實驗結(jié)果是否正確等方面，綜合學(xué)生實驗過程中的表現(xiàn)，給出考核結(jié)果。其次，針對設(shè)計型實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，主要考核學(xué)生綜合運用理論知識的能力，設(shè)計方案是否合理，最終設(shè)計的實驗是否可行，在闡述設(shè)計思想過程中，表述是否清晰，思路是否正確等，對學(xué)生進行考核。最后，針對項目驅(qū)動型的創(chuàng)新性實踐環(huán)節(jié)，考查學(xué)生解決實際問題的能力以及團隊協(xié)作能力，可作為實踐教學(xué)考核環(huán)節(jié)的額外附加分。

3結(jié)束語

本文以“運動控制系統(tǒng)”課程教學(xué)為例，探索了自動化專業(yè)課程教學(xué)模式的改革。針對理論教學(xué)改革，從建設(shè)課程體系和資源、豐富教學(xué)手段、應(yīng)用啟發(fā)教學(xué)方法等三方面展開；針對實踐教學(xué)改革，在傳統(tǒng)驗證型實驗教學(xué)基礎(chǔ)上，增加了設(shè)計型、項目驅(qū)動型等實驗教學(xué)內(nèi)容，深度融合理論與實踐教學(xué)，加強對理論知識的認(rèn)識，提高工程應(yīng)用能力。建立合理多元的課程評價機制，增加過程考核，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。

基金項目：2018年度安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)基金研究項目“水泥粉磨系統(tǒng)智能優(yōu)化控制研究”（編號：KJ2018ZD032）；2019年度安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)基金研究項目“機器人控制系統(tǒng)擾動抑制研究”（編號：KJ2019A0510）

參考文獻(xiàn)

[1]劉朝華，李小花，陳磊，等.面向新工科的地方高校智能自動化技術(shù)人才培養(yǎng)模式探索[J].當(dāng)代教育理論與實踐，2121，13（3）：68-72.

[2]韓璐，邱存勇.新工科下自動化專業(yè)電力傳動相關(guān)課程的教學(xué)改革研究[J].科教導(dǎo)刊，2021，26：46-47.

[3]盧自寶，董國青.《計算機控制技術(shù)》課程實驗教學(xué)探討[J].教育教學(xué)論壇，2015，06：281-282.

[4]張勛才，?，?自動化專業(yè)實驗教學(xué)體系改革研究[J].科教導(dǎo)刊， 2019，12：130-131.