運動控制類課程群多維度教學模式研究與實踐

許德智 潘庭龍

摘要針對運動控制類課程教學存在的教學形式單一、教學過程承接關系薄弱、學生的系統工程觀難以建立等問題，以運動控制類課程群教學為載體，采用學科競賽、科研項目開發、跨課程統一資源庫建設等手段相結合，對課程群的多維度教學模式進行了研究與實踐，結果表明，所提出的多維度教學模式對學生批判思維、實踐能力、創新思維和設計能力的培養起到了積極的促進作用。

關鍵詞 運動控制類課程群 多維度 培養模式

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.26.037

Research and Practice on Multi-dimensional Teaching Mode of Motion Control Course Group

XU Dezhi， PAN Tinglong

（School of Internet of Things Engineering， Jiangnan University， Wuxi， Jiangsu 214122）

AbstractIn order to solve the problems of single teaching form， discontinuities of teaching contents with different courses， difficulty in establishing students’ system engineering view in the teaching processes of motion control courses， the multi-dimensional teaching mode of course group was studied and practiced by means of subject competition， scientific research project development and cross courseunified resource database construction.The results show that the proposedmulti-dimensional teaching modeplays apositive role in promoting the cultivation ofstudents’critical thinking， practical ability， innovative thinking and design ability.

Keywordsmotion control course group； multi-dimensional； training mode

0引言

運動控制類課程群是自動化專業、電氣工程及其自動化專業的核心課程群，主要包括“電機學”“電力電子技術”“自動控制原理”“單片機原理及應用”及“運動控制系統”等專業主干課程，以及“風力發電控制技術”“智能電網”等專業拓展課程，該課程群的整體教學效果直接影響到學生系統工程觀的建立、專業意識的樹立和專業興趣的培養。[1-4]因此，江南大學針對運動控制類課程教學存在的教學形式單一、教學過程承接關系薄弱等問題，從系統工程角度出發、以創新能力培養為導向，建立了運動控制類課程群；并以建立的運動控制類課程群教學為載體，采用學科競賽、科研項目開發、跨課程統一資源庫建設等相結合的手段，對運動控制類課程群的多維度教學模式進行了研究與實踐。

1運動控制類課程群多維度教學模式總體架構設計

依托江南大學物聯網工程學院大創實踐基地，從系統工程角度出發，形成了以創新能力培養為導向、以課程群教學為載體，以學科競賽、科研項目開發、跨課程資源庫建設為手段的運動控制類課程群多維度教學模式。通過科研、教學與競賽的有機結合，實現了學生在創新思維、批判思維和實踐能力的全面提升，促進學生帶著問題去學習和研究，在發現、分析和解決問題中大大提高了學習興趣和熱情。運動控制類課程群多維度教學模式總體架構如圖1所示。

2運動控制類課程群多維度教學模式

2.1學科競賽教學模式，解決課內與課外脫節的問題

運動控制類課程群具有集系統性、綜合性、設計性于一體的特點，與創新活動存在著密切關聯，因此運動控制類課程群教學應該從課內走向課外，形成課內外融合的教學理念。因此項目依托物聯網工程學院大創實踐基地，選擇相關度高的“全國大學生‘挑戰杯’、省/全國大學生電子設計大賽、飛思卡爾智能車設計大賽、中國大學生服務外包創新創業大賽”滲透融合到運動控制類課程群的課外教學之中，使課內教學與學科競賽有機結合起來，培養學生的自主學習、創新能力。建立的學科競賽教學模式培養模式結構如圖2所示。

針對每個競賽，制定了“海選賽——擴大學生受益面，強能力、校級賽——擇優培養，提高水平、官方賽——提升綜合能力，爭榮譽”的三級賽制，構建多主題競賽內容，豐富多層次課程群競賽群，實現了運動控制類課程群學科競賽的系列化、全程化。

2.2科研項目開發教學模式，解決理論與實際脫節的問題

以教師為主的授課模式傳授了學生基本理論知識，但是學生的工程素質和技能在理論教學中得不到培養和訓練。雖然通過學科競賽的手段，使學生的實踐創新能力有了一定的鍛煉與提高，但是很多情況下學生還是無法將理論聯系到實際，無法將零散的知識進行系統化。成果通過兩個方法解決該問題：第一，普及性的科教結合模式，即在授課過程中，教師通過設計教學環節，將自己的科研項目融入課程教學中，從系統的角度培養學生提煉科學問題的能力，以及分析問題解決問題的能力，該模式為全員參與的模式，受惠面廣；第二，擇優性的科教結合模式，即通過師生雙選的方式將優秀的學生吸納到科研團隊中，制定個性化培養方案，通過“科研項目培訓、過程指導、項目驗收”等科研過程的參與，使其利用掌握的專業知識，帶著問題與目標去學習和研究，學習掌握科研過程中文獻查閱、論文撰寫以及結論總結等技能，完整了解科學研究項目的申報、立項、研究和總結整個過程。在發現、分析和解決問題中大大提高學習興趣和熱情，極大地促進了學生創新意識，在團隊協作中提高了學生科研水平、思想和創新能力，提升了學生理論聯系實際的能力。建立的科研項目開發培養模式結構如圖3所示。

2.3課程群統一資源庫及仿真平臺建設，解決課程與課程之間的脫節問題

針對傳統的教學模式中存在的關聯課程之間的脫節問題，提出建設運動控制類課程群，并對課程群中的課程進行優化，優化后的運動控制類課程群具有整體性、連續性，有效地解決了各理論課程的銜接與綜合問題。[5]以“碎片化資源、結構化課程、系統化設計”思想，從元件→裝置→系統，從硬件拓撲→軟件控制策略等不同維度，建設了運動控制類課程群的統一資源庫。[6]主要包括：電機本體模型庫、電力電子功率變換裝置庫、典型控制策略模塊庫、信號采集與處理模塊庫、數字化控制模塊庫、風力發電應用仿真系統庫，利用資源庫構建了課程群仿真平臺。建立的資源庫建設結構體系如圖4所示。

3結論

形成了以創新能力培養為導向，以課程教學為載體，以學科競賽、科研項目開發、統一資源建設為手段的運動控制類課程群多維度教學模式，通過科研、教學與競賽的有機結合，實現了學生在創新思維、批判思維和實踐能力的全面提升，促進學生帶著問題去學習和研究，在發現、分析和解決問題中大大提高了學習興趣和熱情。以“碎片化資源、結構化課程、系統化設計”為指導思路，使課程群內容知識點全面、覆蓋面廣泛，并將知識點和技能點拆分，進行各類教學資源的開發建設，形成了涵蓋了元件、裝置、系統三個層面，以及硬件拓撲和軟件控制策略兩個維度的資源庫，解決了傳統的教學模式中存在的關聯課程之間的脫節問題。提出多維度教學模式應用于江南大學自動化專業（5個普通班/年、1個卓越工程師班/年）、電氣工程及其自動化專業（2個班/年）的學生，實施以來學生的創新思維、動手能力、組織能力與合作能力等明顯增強。

基金項目：首批國家級一流本科課程——《運控控制系統》（2019年）

參考文獻

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