自動化專業(yè)運動控制課程探究性教學方法的探討與實踐

雷金莉　周妮娜

摘 ? 要：運動控制課程是自動化專業(yè)的重要課程，該課程對培養(yǎng)學生的工程應用能力有重要意義。本文分析了運動控制課程的特點、專業(yè)定位及教學現(xiàn)狀，結合本課程的教學目標，探討了將探究性教學方法應用于課堂教學的必要性和可行性，并給出了教學方案設計和具體的實踐途徑。教學實踐表明，該課程采用探究性教學方法后，提高了學生的學習的興趣和主動性，鍛煉了學生的思維能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了學生運用所學知識分析和解決實際問題的能力，為今后的工作和學習奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：運動控制 ?探究性教學 ?教學改革 ?教學法

中圖分類號：G71 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0230-03

隨著經(jīng)濟、信息技術及科技的迅速發(fā)展，社會和國家對人才的需求也隨之改變。2010年國務院審議并通過《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中明確指出：倡導啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學，幫助學生學會學習，以適應經(jīng)濟社會發(fā)展和科技進步的要求?！皾M堂灌”、“一講到底”的傳統(tǒng)教學模式比較注重對學生的知識傳授，忽視對學生學習能力的培養(yǎng)[1]。因此，轉變教育觀念、改革培養(yǎng)模式與教學方法成為高等教育的當務之急。

近年來，世界各國的課程改革都把學習方式的轉變視為重要內容，倡導以學習者為中心的探究性教學模式[2]。探究性教學模式讓學生圍繞“問題”來開展學習、分析和研究等活動，轉變教師和學生的教與學觀念，在教學過程中教師通過將自己以及團隊圍繞與課程相關的科研成果與學生的問題有機地融合，把課堂授課從教師展現(xiàn)知識的過程，轉變?yōu)閷W生探究知識的過程[3];充分發(fā)揮學生學習的主動性和積極性，培養(yǎng)學生學習能力，如今探究性教學已成為美國科學教育中最重要和最有影響的教學方法[4]。因此，針對具體的課程深入開展探究性教學方法的實踐探索是一個非常有價值的研究課題。本文結合我校自動化專業(yè)運動控制課程的特點和教學要求，以及學生能力培養(yǎng)需求開展探究性教學的實踐探索，以進一步改善課程的教學效果和學生能力的培養(yǎng)。

1 ?運動控制課程特點及其在自動化專業(yè)課程體系中的定位

自動化專業(yè)教育是伴隨著自動化技術在社會生產(chǎn)、生活中的廣泛應用而興起的，主要研究自動控制理論、自動化單元技術和集成技術及其在各類控制系統(tǒng)中的應用。運動控制是自動化專業(yè)的一個重要分支，運動控制系統(tǒng)是為了實現(xiàn)某些系統(tǒng)功能（如轉矩、速度、位置的輸出），將各種電機、電力電子變換裝置和用于系統(tǒng)控制的控制器組合在一起的控制系統(tǒng)[5]。這類系統(tǒng)控制電機的轉矩、轉速和轉角，控制電能與機械能的轉換，以滿足各種需求。運動控制系統(tǒng)廣泛的應用于工業(yè)、交通運輸、航空航天等領域。

運動控制課程是一門講授交、直流電動機控制理論和控制規(guī)律，以提高電能利用效率及運動控制系統(tǒng)性能的專業(yè)主干課程。課程內容涵蓋：可控電源電動機系統(tǒng)的特殊問題及機械特性，開環(huán)調速系統(tǒng)的性能指標，交、直流調速系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結構，靜態(tài)和動態(tài)性能指標及分析方法，反饋控制的基本特點，調節(jié)器結構及參數(shù)的設計方法，控制系統(tǒng)的實現(xiàn)等。

運動控制涉及到控制理論、電子技術、計算機、機械工程等眾多學科課程內容。課程涉及的知識面廣，綜合性強，實用性強，應用廣泛。課程的內容對學生今后的工作和學習有著十分重要的作用[6]，因此，運動控制是高等院校自動化專業(yè)重要的專業(yè)方向課。

運動控制課程的特點是內容綜合性強，理論和實踐結合緊密，且比較抽象 ，是一門具有一定深度和難度的課程。在自動化專業(yè)課程體系中，該課程較系統(tǒng)、全面地介紹控制理論在運動控制系統(tǒng)中的應用，與電機學、自動控制原理、電力電子技術等課程緊密相連，共同構成了運動控制系統(tǒng)分析、設計與綜合的課程體系主干。該課程注重理論基礎知識的積累，更注重實用工程設計技術以及對學生分析和解決工程實際問題能力的培養(yǎng)。

運動控制目前教學中還存在不少問題：如在教學內容上，注重理論知識的講授，學生理解困難，學習難度較大;在教學方式上，目前以傳統(tǒng)的講授模式為主，學生不能主動地思考和探索;教學效果往往不理想，尤其是學生在面對具體問題的時候，不知如何運用相應的知識去解決實際問題。

2 ?運動控制課程的探究性教學探索與實踐

2.1 探究性教學模式

探究性教學是著名教育家施瓦布提出的一種全新的教學方法。是一種以“問題”為載體、以主動探究為特征的學習活動[7]。相對于傳統(tǒng)教學更關注“問題”及其存在背景與條件，關注解決“問題”的必要性與意義。探究性教學是在教師精心設計指導下，通過預先的設計和組織，引導學生自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題、啟發(fā)學生通過實驗、調查、信息搜集與處理、表達與交流等探索活動，獲得知識與技能，體驗發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造，發(fā)展情感與態(tài)度的教學方式和教學過程[8]。研究性教學所倡導的目標不僅僅是轉變學生學習方式，而是更新教學觀念，啟發(fā)學生探究的動機，鼓勵學生在探究過程中的表現(xiàn)，以增進學生科學探究能力的發(fā)展，這與運動控制課程的教學目標一致。

2.2 運動控制課程的探究性教學方案設計

運動控制課程的主要教學任務是通過對各類交、直 流電動機控制系統(tǒng)的基本結構、工作原理和性能指標的學習，培養(yǎng)學生對運動控制系統(tǒng)的綜合分析和工程設計能力。針對當前課程教學過程中遇到的問題，依據(jù)探索性教學模式的教學理念，該課程的教學方案設計擬從以下三方面進行：（1）問題設置與導入，激發(fā)學生的主動性。在探究型教學模式中，問題是中心，教師應通過教學中問題的設置，充分調動學生主動、積極、自主的探究。課程教學小組在教學方案設計中，根據(jù)運動控制課程的教學內容和教學目標，在已有的課程教學內容體系中，結合實際需求，分層次逐步引入相關的工程問題、科學問題，啟發(fā)學生從實際問題出發(fā)，思考解決問題的方法。（2）注重實踐，提高學生的動手能力。自動化是一門面向被控對象、解決實際問題的學科，要求學生在掌握一定的工程技術知識之外，更注重學生的動手能力。運動控制是實踐性和應用性很強的課程[10]。傳統(tǒng)的課程教學中，教師往往只是注重純理論知識的傳授，當學生面對實際問題時，就不知該如何著手應用所學知識去解決實際問題[11]。因此，在教學設計中，增加實踐教學環(huán)節(jié)，將課程內容融入到實際問題中，讓學生通過實驗的方法進行學習，在理解理論知識的同時，提高動手能力。（3）引導學生思考，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。在課程內容教學中，針對一些典型的教學內容，教師引導學生提出問題，思考問題的解決辦法。拋出一些實例并引導學生提出自己的設計方法，并作進一步的探究和比較，對結果進行解釋和驗證。培養(yǎng)學生在掌握現(xiàn)有知識的同時，對它進行創(chuàng)新性的發(fā)掘。

2.3 運動控制課程探究性教學的實踐探索

為取得更好的教學效果，課程小組從以下三個方面開展運動控制課程的探究性教學探索。（1）重視課程學習興趣的培養(yǎng)。在課程開始前，通過網(wǎng)絡平臺給學生推送一些交、直流調速系統(tǒng)的應用實例以及課程的相關視頻、資料等。課程教學的第一課，詳細說明課程的性質、教學任務、教學方法、主要教學內容以及教學目標等，讓學生對該課程建立整體的概念。此外，根據(jù)課程的特點，重點闡述當前直流調速、交流調速的作用和地位。結合自動化專業(yè)背景，從全電飛機、電動汽車、工業(yè)自動化生產(chǎn)線等領域的應用闡述交、直流調速系統(tǒng)的當前研究熱點，也可以從洗衣機、冰箱、風機等日常生活的應用等解釋該課程的作用。通過第一課的學習，讓學生從宏觀上建立起這門課程的總體認識，意識到該課程的重要性與意義，激發(fā)起他們強烈的求知欲望，增強了學習動力。（2）正確處理教與學的關系，變被動學習為主動學習。在傳統(tǒng)課堂教學中，教師處于主導地位，教學更注重知識的傳授，學生參與到教與學過程中的機會比較少，不利于發(fā)揮學生的積極性和主動性。探究性教學過程中，學生是學習的主人，教師引導學生學會提問和思考。教學形式由“單一的課堂教學”轉化為“多形式的互動交流”;以多媒體教育技術、網(wǎng)絡技術為載體，建立“以學生為主體、以教師為主導”的基于探索和研究的教學模式。例如，讓學生通過微課視頻預習雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的特性和數(shù)學模型，課堂上給出一個直流電機控制系統(tǒng)，讓學生分組討論其雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的數(shù)學模型，并啟發(fā)學生思考如何分析系統(tǒng)性能。（3）設計不同的實踐活動，鍛煉學生的實踐和創(chuàng)新能力。根據(jù)課程內容，除了理論知識的實驗驗證之外，課程小組還設計了交、直流調速系統(tǒng)的日常應用調查、PWM調速器制作、家用空調定頻、變頻調速方式對比分析等實踐活動。這些教學實踐活動讓學生利用課外時間完成，教師通過網(wǎng)絡平臺引導學生創(chuàng)造性地運用知識和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，鼓勵學生交流，在合作研討中積累知識、鍛煉學生思維能力，培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力。

3 ?結語

運動控制是自動化專業(yè)運動控制方向的重要課程，本文分析了該課程的特點及當前課程教學存在的問題。針對教學中遇到的問題，課程小組進行了探究性教學模式的實踐與探索。該教學方式以學生為主體，教師為主導，充分發(fā)揮學生的主動性，激發(fā)學生的學習興趣，引導學生思考，培養(yǎng)學生的實踐能力、分析和解決問題的能力。課程小組在教學內容、教學手段、教學方式等多個層面深入開展研究，不斷完善教學方案設計。經(jīng)過一學期的教學實踐證明：運動控制課程采用探究性教學模式，將學生的被動學習轉為主動學習，引導學生自主思考，通過實踐活動理解所學的理論知識，提升了學生對實際工程問題的分析和解決能力，較傳統(tǒng)教學模式教學效果良好。

參考文獻

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