“以學(xué)生為中心”高職“運動控制系統(tǒng)”課程教學(xué)探索

崔延

（蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州215123）

1 引言

高職院校的重要任務(wù)是培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才，經(jīng)過多年的建設(shè)，“運動控制系統(tǒng)”這門課程已經(jīng)有了新的內(nèi)涵，涉及技術(shù)也全方位地提高。

“運動控制系統(tǒng)”是電機學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、控制理論、信號檢測與處理技術(shù)等多門學(xué)科的交叉融合，它既有完整的理論體系，又有很強的實踐性。課程信息量大，綜合性強，覆蓋面寬。課程內(nèi)容更新速度快，工程實用性強，是理論與實踐并重的課程。它不但能培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)概念，還能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基本理論進行工程設(shè)計的能力。

然而，該課程涉及抽象的理論概念多、計算煩瑣、系統(tǒng)分析復(fù)雜，還要涉及復(fù)雜的晶閘管、電動機調(diào)速等強、弱電結(jié)合的實驗。多年來，該課程教學(xué)中普遍存在著“教師難教，學(xué)生怕學(xué)”的狀況。如何在有限的學(xué)時內(nèi)，高質(zhì)量地完成教學(xué)任務(wù)是一個值得研究的問題。因此迫切需要從以“教”為中心到以“學(xué)”為中心的教育理念的轉(zhuǎn)變，建立實踐常態(tài)意識，深入開展運動控制課程教學(xué)改革的探索。

2 教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前，智能制造已經(jīng)成為全球制造業(yè)的發(fā)展方向，在現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)中，運動控制代表著最廣泛的用途，承擔(dān)著最復(fù)雜的任務(wù)，是自動化技術(shù)的一個重要分支。運動控制系統(tǒng)為智能提供了基礎(chǔ)，是智能發(fā)揮作用的關(guān)鍵橋梁。因此，對高職運動控制系統(tǒng)課程的教學(xué)也提出新的要求。目前教學(xué)中的問題主要表現(xiàn)在以下方面。

第一，教材內(nèi)容傳統(tǒng)陳舊。教材不及時更新，剛剛學(xué)過的知識即變成過時的知識，使學(xué)生感覺枯燥且又無意義。傳統(tǒng)教材內(nèi)容分塊的原則只考慮了知識本身的分類體系，而沒有充分考慮被教育者對于一門新知識的接受過程。理論闡述周全巨細，巨細的理論原理和論證表述，沖淡了理論體系的主線。

第二，理論與實際的脫節(jié)。在教學(xué)上缺乏工程應(yīng)用的技術(shù)指導(dǎo)作用，使學(xué)生學(xué)完后，不知究竟有何用和不知怎么用，缺乏工程應(yīng)用理念。所謂的實踐環(huán)節(jié)，其實大多是驗證性實驗，學(xué)生做實驗時，主要是驗證課堂的理論知識和已有的實驗成果，收獲不大。

第三，教學(xué)模式單一。隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容越來越豐富，但隨著專業(yè)課程的增加，課程的教學(xué)學(xué)時卻越來越少，傳統(tǒng)的“課堂教學(xué)十驗證性實驗”的教學(xué)模式也不再適合，僅憑一塊黑板、一支粉筆來講授是遠遠不夠的。

3 “以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式

“以學(xué)生為中心”（Student-Centered，SC）的教育理念由卡爾·羅杰斯（Carl Rogers）于20 世紀(jì)50 年代提出。以學(xué)生為中心就是要以學(xué)生為教學(xué)過程的主體，關(guān)注學(xué)生的“學(xué)”，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，有效提高學(xué)習(xí)效果。

在學(xué)校，學(xué)生實際上且事實上就是最重要的利益相關(guān)者。高職院校課程教學(xué)就要充分考慮學(xué)生的需求，建立適合學(xué)生生長規(guī)律、學(xué)習(xí)規(guī)律、心理發(fā)展規(guī)律的課程?！耙詫W(xué)生為中心”的教學(xué)理念充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人，在教師的引導(dǎo)下逐步深入提高各方面能力。

以學(xué)生為中心，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主動建構(gòu)者，教師成為幫助學(xué)生主動建構(gòu)的引導(dǎo)者；要求知識不再只是針對教師傳授的內(nèi)容, 而是所有幫助學(xué)生知識建構(gòu)的對象。這就需要尋求新的教學(xué)模式從而順應(yīng)學(xué)生的認知規(guī)律和構(gòu)建能力。

4 教學(xué)改革探索

4.1 把控關(guān)鍵第一課

新學(xué)期的第一次課，往往每個學(xué)生都很認真，都有所期待，至于后期會有懈怠等現(xiàn)象，究其原因，對于基礎(chǔ)相對薄弱的高職學(xué)生而言，一方面有其自身習(xí)慣、自律等因素，另一方面是吸引力的問題。如果一開始就導(dǎo)入深奧的課程理論體系，讓學(xué)生覺得難以理解、枯燥無趣，日積月累便會出現(xiàn)教與學(xué)的矛盾，甚至厭學(xué)等。因此，如何把控好第一課、提升學(xué)生興趣和學(xué)習(xí)主動性很關(guān)鍵。

運動控制系統(tǒng)主要目標(biāo)是學(xué)習(xí)機電設(shè)備控制技術(shù)，課程教學(xué)目的是使學(xué)生掌握運動控制系統(tǒng)的基本原理和典型應(yīng)用的分析方法，并具有一定的系統(tǒng)設(shè)計能力。根據(jù)課程特征，探索了在第一課中應(yīng)注重的方面：①通俗易懂引概念。從學(xué)生認知領(lǐng)域中的生活實際應(yīng)用出發(fā)，如將人的運動與機器人的運動控制類比，導(dǎo)入運動控制系統(tǒng)含義及概念，讓學(xué)生體會到運動控制就在身邊，不是深奧不可及。②一目了然知框架。通過框圖的形式，使學(xué)生了解整個運動控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，從而了解學(xué)習(xí)這門課的整個知識體系，數(shù)字化閉環(huán)控制系統(tǒng)組成框架如圖1 所示。③明確目標(biāo)定方向。以自己的興趣愛好為主，擬定一個具體的項目，將學(xué)習(xí)的過程融入具體完整的項目實現(xiàn)中，如實現(xiàn)機械臂運行、電動窗簾、自由行走機器人等等。

圖1 數(shù)字化全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)組成框架圖

4.2 教學(xué)內(nèi)容模塊化

運動控制系統(tǒng)課程的理論和應(yīng)用聯(lián)系較密切，是一門把理論基礎(chǔ)應(yīng)用到工程實踐中去的典范課程。隨著時代的發(fā)展，課程依賴的基礎(chǔ)知識和課程內(nèi)容更新速度較快，本著“以學(xué)生為主體、能力為本位”的原則，課程教學(xué)內(nèi)容要充分體現(xiàn)與生產(chǎn)實踐、社會發(fā)展需要相結(jié)合的特征，充分反映相關(guān)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域發(fā)展的新要求，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計應(yīng)聚焦于學(xué)生能力的培養(yǎng)。因此在教學(xué)內(nèi)容上，淡化大量的推導(dǎo)、簡化運算、以應(yīng)用為主導(dǎo)設(shè)置高職教學(xué)內(nèi)容。

結(jié)合圖1 運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，將課程體系分成五大模塊：控制器模塊、電力電子驅(qū)動模塊、執(zhí)行電機模塊、傳感器模塊和運動系統(tǒng)模塊，每個模塊又從三個層次（基礎(chǔ)理論、實際應(yīng)用和提高應(yīng)用）進行因材施教。其構(gòu)成要素結(jié)構(gòu)如表1 所示。

表1 運動控制課程結(jié)構(gòu)

模塊化的教學(xué)目的在于用最短的時間和最有效的方法，使學(xué)生掌握某項技能。每個模塊都有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求，還包括相關(guān)技能的詳細工作步驟，強調(diào)學(xué)以致用，具有較強的教學(xué)靈活性。

4.3 教學(xué)過程信息化

新時代對高職畢業(yè)生也提出了新的要求，企業(yè)不僅僅看重技術(shù)能力，更注重考察其綜合素質(zhì)、解決實際問題和自主更新、自主學(xué)習(xí)的創(chuàng)新能力?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代下的信息化社會改變了人們的生產(chǎn)、生活方式，帶來了開放、靈活的數(shù)字化學(xué)習(xí)模式，這有助于學(xué)生學(xué)習(xí)的自我管理，有助于進行自我完善學(xué)習(xí)，有助于提高終身學(xué)習(xí)能力。

現(xiàn)代信息化技術(shù)突破了傳統(tǒng)教學(xué)空間與時間上的局限性，更好地實現(xiàn)了以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)模式。信息化教學(xué)中教師與學(xué)生的活動如表2 所示。

借助于如“雨課堂”、優(yōu)學(xué)院等現(xiàn)代信息化技術(shù)平臺，可以將學(xué)生在課前、課上、課后所有的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進行完整采集，有助于量化了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)軌跡?，F(xiàn)代信息化的教學(xué)模式，調(diào)動了學(xué)生積極性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，更好地引導(dǎo)學(xué)生思維。授課的每一個環(huán)節(jié)都帶來全新的體驗，推動了教學(xué)改革，提高了課堂學(xué)習(xí)效率。

表2 信息化教學(xué)活動模式

4.4 教學(xué)實驗多樣化

運動控制系統(tǒng)內(nèi)容廣泛且抽象難懂，若是以講授理論為主的課堂教學(xué)加上有限的驗證實驗，難以讓學(xué)生獲得深刻的理性認識，難以繪制電動機較逼真的工作特性曲線，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響學(xué)生解決問題能力、創(chuàng)新能力的提高。引入MATLAB 仿真技術(shù)，可提供運動控制系統(tǒng)仿真的各種實例，使學(xué)生能掌握復(fù)雜的系統(tǒng)構(gòu)成，特別有利于學(xué)生工程觀念的培養(yǎng)。

MATLAB 中重要組件Simulink 可以為復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)進行建模和仿真，便于學(xué)生進行系統(tǒng)設(shè)計與分析。例如在講授直流調(diào)速部分時，利用MATLAB/Simulink 可分別建立開環(huán)、單閉環(huán)和雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，學(xué)生通過模型中的示波器，能直觀地看到系統(tǒng)響應(yīng)曲線的變化趨勢。改變模型中各組成模塊的參數(shù)，可以觀察到各個參數(shù)變化對系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的影響，有效地驗證了理論知識，加深了理解。

此外，利用仿真平臺還可以進行設(shè)計性實驗，如設(shè)計一個實際應(yīng)用的調(diào)速系統(tǒng)仿真模型。以小組為單位，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，通過查閱相關(guān)資料，完成系統(tǒng)模型設(shè)計任務(wù)和參數(shù)設(shè)置，達到系統(tǒng)的控制指標(biāo)要求。之后各小組進行匯報交流、寫設(shè)計報告、自評與互評。學(xué)有余力的學(xué)生還可以進行系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計與實物調(diào)試。通過這樣的項目訓(xùn)練，學(xué)生工程實踐應(yīng)用能力得到了很大的提高。

利用仿真技術(shù)“做中學(xué)，學(xué)中研”，既增加了學(xué)生自由探索、主動實踐的意識，又培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，加強了團隊合作精神，符合了工程教育認證標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論

通過分析運動控制課程特點，建立“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，強調(diào)了“學(xué)”重于“教”。事實證明，遵循學(xué)生主體認知規(guī)律的第一課設(shè)計，有助于加強學(xué)生對課程內(nèi)容的了解，提升學(xué)習(xí)興趣；結(jié)合工程實際模塊化的內(nèi)容整合，有助于提高學(xué)生對工程應(yīng)用的認識，加強理解和研究；基于仿真技術(shù)的實驗開發(fā)，有助于提高學(xué)生分析實際問題、解決實際問題的能力，有助于提高團隊合作精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；以學(xué)生為主體的信息化教學(xué)模式應(yīng)用，有助于提高課程教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)習(xí)積極性、提高持續(xù)學(xué)習(xí)的能力。

在教學(xué)活動中，教師不再是簡單的知識傳授者，而是課堂活動的設(shè)計者、組織者；學(xué)生也不是被動學(xué)習(xí)者，而是通過在實踐中掌握專業(yè)知識、提升實踐能力的主動參與者。通過教學(xué)改革，學(xué)生不僅提高了的課程成績、綜合能力，而且很大程度上激發(fā)了學(xué)生的探索創(chuàng)新能力。