自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)模式探索

杜友武 范厚瓊 方明星

摘要自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)作為信息科學(xué)的重要組成部分，在國(guó)家戰(zhàn)略核心領(lǐng)域占有重要地位，專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)模式對(duì)培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)人才發(fā)揮重大的作用。本文以“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”專(zhuān)業(yè)課的理論和實(shí)踐教學(xué)為例，探索自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)模式，通過(guò)分析該課程在整個(gè)自動(dòng)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(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法、創(chuàng)建多元化的課程考核評(píng)價(jià)制度等措施，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手的能力，提高自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)質(zhì)量，為社會(huì)培養(yǎng)高質(zhì)量的應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)化 教學(xué)改革 運(yùn)動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(dòng)化專(zhuān)業(yè)在國(guó)內(nèi)工科院校中均有設(shè)置，是一種老牌工科專(zhuān)業(yè)，[1]該專(zhuān)業(yè)以反饋控制思想為核心，針對(duì)實(shí)際控制系統(tǒng)，利用傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)，檢測(cè)被控變量的實(shí)際值，反饋到控制輸入端，并與被控變量的期望值進(jìn)行比較得到被控變量的誤差，基于此誤差設(shè)計(jì)控制器，獲得控制量用以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使得實(shí)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(zhuān)業(yè)不僅重視學(xué)生的理論知識(shí)的培養(yǎng)，更注重培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐的能力。[2]由于該專(zhuān)業(yè)涉及的知識(shí)面廣而深，理論知識(shí)抽象等原因，在學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程中，特別是在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)過(guò)程中，普遍存在如下問(wèn)題：學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)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(dòng)手實(shí)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(dòng)化專(zhuān)業(yè)方向課“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”為例，通過(guò)分析課程的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、考核管理等三個(gè)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(dòng)性，提高動(dòng)手實(shí)踐能力。

1課程現(xiàn)狀分析

以“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程為例，結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐、思考和總結(jié)，分析目前課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，并探索一種新穎的教學(xué)模式。該課程以直流電機(jī)和交流電機(jī)為控制對(duì)象，利用傳感器技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)檢測(cè)電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速等物理量，采用自動(dòng)控制原理設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器和控制算法，通過(guò)電力電子技術(shù)進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制。該課程是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)方向課，涉及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的很多前序課程，同時(shí)該課程也是一門(mén)很強(qiáng)的實(shí)踐課程，要求學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)實(shí)踐應(yīng)用到具體的工程中，因此，該課程是一門(mén)把理論基礎(chǔ)應(yīng)用到工程實(shí)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(gè)問(wèn)題：（1）理論教學(xué)環(huán)節(jié)知識(shí)關(guān)聯(lián)性大、難度大以及知識(shí)點(diǎn)抽象等特點(diǎn)，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)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(duì)課堂知識(shí)的深刻理解，從而導(dǎo)致部分學(xué)生出現(xiàn)掉隊(duì)現(xiàn)象；（2）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)重視程度不夠，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為單一，多數(shù)為驗(yàn)證理論課程的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，缺少綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，從而缺乏對(duì)理論知識(shí)的靈活應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力較差；（3）不具備完善和規(guī)范的管理和評(píng)價(jià)機(jī)制，以期末考試成績(jī)?yōu)橹饕u(píng)價(jià)的方法，缺乏對(duì)學(xué)生積極性的調(diào)動(dòng)和教學(xué)中間過(guò)程的管理和評(píng)價(jià)，導(dǎo)致教學(xué)效果不夠理想。

針對(duì)目前該課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，下面提出一種教學(xué)模式改革的措施，如圖1所示。通過(guò)建設(shè)課程體系、改革教學(xué)方法和手段、完善課程評(píng)價(jià)制度，一方面強(qiáng)化理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的深度融合，開(kāi)設(shè)豐富的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，如設(shè)計(jì)型、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型、社會(huì)實(shí)踐型等，將實(shí)際工程案例引入到理論教學(xué)中，在實(shí)踐教學(xué)中驗(yàn)證理論方法的有效性，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的緊密關(guān)聯(lián)；另一方面激發(fā)學(xué)生主動(dòng)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(gè)過(guò)程中，建立完善的管理機(jī)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一門(mén)專(zhuān)業(yè)方向課，課程內(nèi)容難點(diǎn)多，需要同學(xué)掌握多門(mén)前序的基礎(chǔ)課程，因此，需要對(duì)此課程體系和資源的建設(shè)。以核心專(zhuān)業(yè)課“運(yùn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容。理論教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)前序課程，需要對(duì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課“電機(jī)與電力拖動(dòng)”“電力電子技術(shù)”“自動(dòng)控制原理”的基礎(chǔ)理論進(jìn)行梳理，融入“運(yùn)動(dòng)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(shí)點(diǎn)；針對(duì)后續(xù)課程，例如“先進(jìn)伺服系統(tǒng)”“現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)技術(shù)”等課程，在“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程教學(xué)內(nèi)容中，可作為部分知識(shí)點(diǎn)的延伸，幫助同學(xué)理解所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用場(chǎng)景。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，除了開(kāi)展教材中配套的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，需要同步開(kāi)展綜合創(chuàng)新性和項(xiàng)目式的實(shí)驗(yàn)。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(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)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(diǎn)如何突破，如何抓住學(xué)生的思維，前后知識(shí)點(diǎn)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(jiàn)的圖片和常識(shí)，提出疑問(wèn)，引入新課，為了解決此疑問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生回顧之前課程或章節(jié)所學(xué)的知識(shí)，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出解決此疑問(wèn)的關(guān)鍵公式或理論；然后對(duì)推導(dǎo)出的公式或理論，進(jìn)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(xiàng)等；最后對(duì)重難點(diǎn)進(jìn)行歸納，知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，并對(duì)其在實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，讓學(xué)生明白所學(xué)的知識(shí)有何用處。教學(xué)過(guò)程中，一定要注意將抽象公式和理論進(jìn)行形象化，理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)際生活中找到應(yīng)用的實(shí)例，或者采用比喻、類(lèi)比等方式，讓學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)更容易理解和記憶。

一個(gè)完整的教學(xué)過(guò)程應(yīng)包含：教學(xué)前的準(zhǔn)備、教學(xué)過(guò)程的實(shí)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(duì)本門(mén)課程非常熟悉，還需要了解這門(mén)課在整個(gè)專(zhuān)業(yè)中的地位，前面相關(guān)課程知識(shí)點(diǎn)，以及后續(xù)可能需要的知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)課程體系的深入了解，提煉本門(mén)課的教學(xué)目標(biāo)，知識(shí)的重難點(diǎn)，參考多本教材及相關(guān)教學(xué)視頻，努力攻克教學(xué)難點(diǎn)，剖析教學(xué)重點(diǎn)；其次，教學(xué)過(guò)程的實(shí)施，教學(xué)過(guò)程中要注重引導(dǎo)學(xué)生思路，采用提問(wèn)、互動(dòng)、對(duì)比等教學(xué)方法，剖析知識(shí)點(diǎn)，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(yǔ)氣、肢體語(yǔ)言等與學(xué)生進(jìn)行交流，讀懂學(xué)生的思維，上課時(shí)間分配要合理規(guī)劃，設(shè)計(jì)合適的知識(shí)點(diǎn)過(guò)渡方法，比如采用設(shè)問(wèn)、轉(zhuǎn)折、對(duì)比等手段；最后，教學(xué)后的反思，有條件的話，可以對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行錄像或者錄音，每完成一次教學(xué)過(guò)程，可以自己回放錄像或錄音，找出此次教學(xué)過(guò)程中的不足，加以改進(jìn)，課后通過(guò)與學(xué)生進(jìn)行交流，從學(xué)生的角度來(lái)反思此次教學(xué)的不足，需要改進(jìn)的地方。

2.2實(shí)踐教學(xué)改革

2.2.1驗(yàn)證型+設(shè)計(jì)型教學(xué)

傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，主要為驗(yàn)證理論課程某個(gè)知識(shí)點(diǎn)而開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以驗(yàn)證型為主，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容較為單一，缺乏鍛煉學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，并且驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)缺乏挑戰(zhàn)性，學(xué)生主動(dòng)思考的積極性較差，容易出現(xiàn)“照葫蘆畫(huà)瓢”現(xiàn)象，教學(xué)效果較差。因此，需要對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，建立以驗(yàn)證型實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容為輔、課程綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)為主，以及課外競(jìng)賽等為擴(kuò)展的實(shí)踐教學(xué)體系，合理規(guī)劃各個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系和時(shí)間安排，使得整個(gè)實(shí)踐教學(xué)具有系統(tǒng)性。

2.2.2項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型創(chuàng)新教學(xué)

運(yùn)控控制系統(tǒng)是一門(mén)專(zhuān)業(yè)方向課，經(jīng)過(guò)前序課程和該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制系統(tǒng)的能力，因此，在本門(mén)課的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以結(jié)合教師已有的項(xiàng)目或者相關(guān)企業(yè)的需求，開(kāi)設(shè)綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)，組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目或者小產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。學(xué)生以小組形式參加，不僅可以激發(fā)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且可以提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，學(xué)生參與項(xiàng)目或產(chǎn)品的具體研發(fā)任務(wù)，可將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中，鍛煉分析問(wèn)題和設(shè)計(jì)的能力。此部分創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)，可為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)做前期準(zhǔn)備，幫助學(xué)生梳理和鞏固幾年所學(xué)知識(shí)，并將理論應(yīng)用到實(shí)踐中去。

2.3考核機(jī)制改革

傳統(tǒng)的課程考核主要以期末考試成績(jī)、平時(shí)考勤和課后作業(yè)為主要依據(jù)，相對(duì)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(jìn)行了有效的改革，但是缺乏整個(gè)教學(xué)過(guò)程的考核和評(píng)價(jià)體系，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)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(jī)考核、評(píng)價(jià)體系，創(chuàng)建學(xué)生成績(jī)過(guò)程化、多元化考核評(píng)價(jià)機(jī)制，規(guī)范并制定出能真正反映學(xué)生能力的課程成績(jī)考核制度（過(guò)程積分、期末考試，平時(shí)測(cè)驗(yàn)，小組討論，課題辯論，實(shí)踐總結(jié)等），完善課程管理。

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)考核方法也是常規(guī)的考試或簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)演示，這種單一的考核方法并不利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力。因此，需要根據(jù)新的實(shí)踐課程內(nèi)容，提出新的實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)目標(biāo)，提高學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐能力。整個(gè)實(shí)踐考核分為三個(gè)階段，首先是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的考核，此部分考核主要根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方法是否合理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確等方面，綜合學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)，給出考核結(jié)果。其次，針對(duì)設(shè)計(jì)型實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，主要考核學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)的能力，設(shè)計(jì)方案是否合理，最終設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是否可行，在闡述設(shè)計(jì)思想過(guò)程中，表述是否清晰，思路是否正確等，對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核。最后，針對(duì)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型的創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)，考查學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，可作為實(shí)踐教學(xué)考核環(huán)節(jié)的額外附加分。

3結(jié)束語(yǔ)

本文以“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程教學(xué)為例，探索了自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)模式的改革。針對(duì)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(kāi)；針對(duì)實(shí)踐教學(xué)改革，在傳統(tǒng)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上，增加了設(shè)計(jì)型、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型等實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，深度融合理論與實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高工程應(yīng)用能力。建立合理多元的課程評(píng)價(jià)機(jī)制，增加過(guò)程考核，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

基金項(xiàng)目：2018年度安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)基金研究項(xiàng)目“水泥粉磨系統(tǒng)智能優(yōu)化控制研究”（編號(hào)：KJ2018ZD032）；2019年度安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)基金研究項(xiàng)目“機(jī)器人控制系統(tǒng)擾動(dòng)抑制研究”（編號(hào)：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(dòng)化技術(shù)人才培養(yǎng)模式探索[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2121，13（3）：68-72.

[2]韓璐，邱存勇.新工科下自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)電力傳動(dòng)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(guó)青.《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].教育教學(xué)論壇，2015，06：281-282.

[4]張勛才，?，?自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革研究[J].科教導(dǎo)刊， 2019，12：130-131.