自動化專業課程教學模式探索

杜友武 范厚瓊 方明星

摘要自動化專業作為信息科學的重要組成部分，在國家戰略核心領域占有重要地位，專業課程的教學模式對培養專業人才發揮重大的作用。本文以“運動控制系統”專業課的理論和實踐教學為例，探索自動化專業課程的教學模式，通過分析該課程在整個自動化培養方案中的位置以及與前后課程之間的關聯、建設豐富的課程教學資源、采用啟發式和項目驅動式的教學方法、創建多元化的課程考核評價制度等措施，加深學生對基礎理論的認識，強化學生實踐動手的能力，提高自動化專業本科教學質量，為社會培養高質量的應用型人才。

關鍵詞 自動化 教學改革 運動控制

中圖分類號：G424文獻標識碼：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

自動化專業在國內工科院校中均有設置，是一種老牌工科專業，[1]該專業以反饋控制思想為核心，針對實際控制系統，利用傳感技術、信號處理技術，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，基于此誤差設計控制器，獲得控制量用以驅動系統的執行機構，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。該專業不僅重視學生的理論知識的培養，更注重培養學生將理論知識應用到實踐的能力。[2]由于該專業涉及的知識面廣而深，理論知識抽象等原因，在學生培養過程中，特別是在專業課教學過程中，普遍存在如下問題：學生對基礎知識掌握程度的差異性較大；學生缺乏自主學習的積極性，自我管理的能力不足；學生的創新能力有待提高，動手實踐能力薄弱。課程教學模式的改革是提高培養質量的有效方法，[3][4]本文以自動化專業方向課“運動控制系統”為例，通過分析課程的現狀和特點，從理論教學、實踐教學、考核管理等三個方面，提出相應的教學改革措施，激發學生學習的積極性和主動性，提高動手實踐能力。

1課程現狀分析

以“運動控制系統”課程為例，結合多年的教學實踐、思考和總結，分析目前課程教學中存在的問題，并探索一種新穎的教學模式。該課程以直流電機和交流電機為控制對象，利用傳感器技術和信號處理技術檢測電機的電流和轉速等物理量，采用自動控制原理設計相應的控制器和控制算法，通過電力電子技術進行功率驅動，最終實現對電機電流、轉速和轉矩的控制。該課程是一門綜合性很強的專業方向課，涉及自動化專業培養環節中的很多前序課程，同時該課程也是一門很強的實踐課程，要求學生將所學的理論知識實踐應用到具體的工程中，因此，該課程是一門把理論基礎應用到工程實踐中去的典范課程。當前該課程的教學模式普遍存在以下三個問題：（1）理論教學環節知識關聯性大、難度大以及知識點抽象等特點，學生對基礎知識掌握差異性較大，導致傳統孤立的教學模式不能支撐學生對課堂知識的深刻理解，從而導致部分學生出現掉隊現象；（2）實踐教學環節重視程度不夠，實驗內容較為單一，多數為驗證理論課程的某個知識點，缺少綜合創新型實驗，從而缺乏對理論知識的靈活應用，實驗過程中，學生分析和解決問題的能力較差；（3）不具備完善和規范的管理和評價機制，以期末考試成績為主要評價的方法，缺乏對學生積極性的調動和教學中間過程的管理和評價，導致教學效果不夠理想。

針對目前該課程教學中存在的問題，下面提出一種教學模式改革的措施，如圖1所示。通過建設課程體系、改革教學方法和手段、完善課程評價制度，一方面強化理論教學與實踐教學的深度融合，開設豐富的實踐教學內容，如設計型、項目驅動型、社會實踐型等，將實際工程案例引入到理論教學中，在實踐教學中驗證理論方法的有效性，加強理論與實踐的緊密關聯；另一方面激發學生主動學習積極性，以學為主，以教為輔，并將考核環節融入教學整個過程中，建立完善的管理機制。

2教學改革

2.1理論教學改革

2.1.1課程體系和資源建設

運動控制系統是一門專業方向課，課程內容難點多，需要同學掌握多門前序的基礎課程，因此，需要對此課程體系和資源的建設。以核心專業課“運控控制系統”為中心，協調統籌前序和后序相關課程的教學與實驗內容。理論教學內容，針對前序課程，需要對專業基礎課“電機與電力拖動”“電力電子技術”“自動控制原理”的基礎理論進行梳理，融入“運動控制系統”課程教學內容中，做到主次分明，幫助學生回憶和復習相關知識點；針對后續課程，例如“先進伺服系統”“現代驅動技術”等課程，在“運動控制系統”課程教學內容中，可作為部分知識點的延伸，幫助同學理解所學知識點的應用場景。實踐教學內容，除了開展教材中配套的驗證型實驗內容，需要同步開展綜合創新性和項目式的實驗。在課程體系的建設中，需要理順各課程之間的銜接和支撐關系，逐步建立一套系統化的運動控制系統教學體系。課程資源的建設包括課程定位的研究、新教學大綱和教學內容的確立、教材和教師用多媒體課件建設、習題、實驗設計和實驗指導書的完成等。

2.1.2教學手段和方法改革

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，引導學生回顧之前課程或章節所學的知識，在此基礎上推導出解決此疑問的關鍵公式或理論；然后對推導出的公式或理論，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用進行介紹，讓學生明白所學的知識有何用處。教學過程中，一定要注意將抽象公式和理論進行形象化，理論聯系實際，在實際生活中找到應用的實例，或者采用比喻、類比等方式，讓學生對重難點更容易理解和記憶。

一個完整的教學過程應包含：教學前的準備、教學過程的實施和教學后的反思。首先，教學的準備，備課環節是非常重要的，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中的地位，前面相關課程知識點，以及后續可能需要的知識點，通過對課程體系的深入了解，提煉本門課的教學目標，知識的重難點，參考多本教材及相關教學視頻，努力攻克教學難點，剖析教學重點；其次，教學過程的實施，教學過程中要注重引導學生思路，采用提問、互動、對比等教學方法，剖析知識點，要做到嚴謹與形象；上課要懂得“察言觀色”，掌控課堂，根據課堂的氣氛，利用眼神、語氣、肢體語言等與學生進行交流，讀懂學生的思維，上課時間分配要合理規劃，設計合適的知識點過渡方法，比如采用設問、轉折、對比等手段；最后，教學后的反思，有條件的話，可以對教學過程進行錄像或者錄音，每完成一次教學過程，可以自己回放錄像或錄音，找出此次教學過程中的不足，加以改進，課后通過與學生進行交流，從學生的角度來反思此次教學的不足，需要改進的地方。

2.2實踐教學改革

2.2.1驗證型+設計型教學

傳統的運動控制系統課程實踐教學內容，主要為驗證理論課程某個知識點而開設的實驗內容，以驗證型為主，導致實踐教學內容較為單一，缺乏鍛煉學生的綜合設計能力，并且驗證型的實驗缺乏挑戰性，學生主動思考的積極性較差，容易出現“照葫蘆畫瓢”現象，教學效果較差。因此，需要對運動控制系統實踐教學進行改革，建立以驗證型實踐教學內容為輔、課程綜合設計和創新設計為主，以及課外競賽等為擴展的實踐教學體系，合理規劃各個實踐教學環節之間的聯系和時間安排，使得整個實踐教學具有系統性。

2.2.2項目驅動型創新教學

運控控制系統是一門專業方向課，經過前序課程和該課程的學習，學生應具備設計和實現相關控制系統的能力，因此，在本門課的教學實踐環節，可以結合教師已有的項目或者相關企業的需求，開設綜合創新設計，組織學生進行項目或者小產品的開發。學生以小組形式參加，不僅可以激發每個學生的學習積極性，而且可以提高學生團隊協作能力，學生參與項目或產品的具體研發任務，可將所學的知識應用到實際問題中，鍛煉分析問題和設計的能力。此部分創新性實踐環節，可為后續畢業設計做前期準備，幫助學生梳理和鞏固幾年所學知識，并將理論應用到實踐中去。

2.3考核機制改革

傳統的課程考核主要以期末考試成績、平時考勤和課后作業為主要依據，相對單一，難以真正反映學生學習情況，即使教學內容、方法和手段進行了有效的改革，但是缺乏整個教學過程的考核和評價體系，難以激發學生的學習積極性和主動性，導致最終課程教學達不到預期的效果。因此，必須改革課程成績考核、評價體系，創建學生成績過程化、多元化考核評價機制，規范并制定出能真正反映學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，實踐總結等），完善課程管理。

傳統的實踐教學考核方法也是常規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生的實踐能力。因此，需要根據新的實踐課程內容，提出新的實踐環節培養目標，提高學生對工程實踐能力。整個實踐考核分為三個階段，首先是驗證型實驗內容的考核，此部分考核主要根據學生實驗方法是否合理、實驗結果是否正確等方面，綜合學生實驗過程中的表現，給出考核結果。其次，針對設計型實踐教學環節，主要考核學生綜合運用理論知識的能力，設計方案是否合理，最終設計的實驗是否可行，在闡述設計思想過程中，表述是否清晰，思路是否正確等，對學生進行考核。最后，針對項目驅動型的創新性實踐環節，考查學生解決實際問題的能力以及團隊協作能力，可作為實踐教學考核環節的額外附加分。

3結束語

本文以“運動控制系統”課程教學為例，探索了自動化專業課程教學模式的改革。針對理論教學改革，從建設課程體系和資源、豐富教學手段、應用啟發教學方法等三方面展開；針對實踐教學改革，在傳統驗證型實驗教學基礎上，增加了設計型、項目驅動型等實驗教學內容，深度融合理論與實踐教學，加強對理論知識的認識，提高工程應用能力。建立合理多元的課程評價機制，增加過程考核，激發學生主動學習的積極性。

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

參考文獻

[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人才培養模式探索[J].當代教育理論與實踐，2121，13（3）：68-72.

[2]韓璐，邱存勇.新工科下自動化專業電力傳動相關課程的教學改革研究[J].科教導刊，2021，26：46-47.

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

[4]張勛才，牛瑩.自動化專業實驗教學體系改革研究[J].科教導刊， 2019，12：130-131.