“以學生為中心”高職“運動控制系統”課程教學探索

崔延

（蘇州工業園區職業技術學院，江蘇 蘇州215123）

1 引言

高職院校的重要任務是培養高素質技術技能人才，經過多年的建設，“運動控制系統”這門課程已經有了新的內涵，涉及技術也全方位地提高。

“運動控制系統”是電機學、電力電子技術、微電子技術、計算機控制技術、控制理論、信號檢測與處理技術等多門學科的交叉融合，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。它不但能培養學生的系統概念，還能培養學生應用基本理論進行工程設計的能力。

然而，該課程涉及抽象的理論概念多、計算煩瑣、系統分析復雜，還要涉及復雜的晶閘管、電動機調速等強、弱電結合的實驗。多年來，該課程教學中普遍存在著“教師難教，學生怕學”的狀況。如何在有限的學時內，高質量地完成教學任務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”為中心的教育理念的轉變，建立實踐常態意識，深入開展運動控制課程教學改革的探索。

2 教學現狀

當前，智能制造已經成為全球制造業的發展方向，在現代工業自動化技術中，運動控制代表著最廣泛的用途，承擔著最復雜的任務，是自動化技術的一個重要分支。運動控制系統為智能提供了基礎，是智能發揮作用的關鍵橋梁。因此，對高職運動控制系統課程的教學也提出新的要求。目前教學中的問題主要表現在以下方面。

第一，教材內容傳統陳舊。教材不及時更新，剛剛學過的知識即變成過時的知識，使學生感覺枯燥且又無意義。傳統教材內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。在教學上缺乏工程應用的技術指導作用，使學生學完后，不知究竟有何用和不知怎么用，缺乏工程應用理念。所謂的實踐環節，其實大多是驗證性實驗，學生做實驗時，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，教學模式單一。隨著電力電子技術的迅猛發展，教學內容越來越豐富，但隨著專業課程的增加，課程的教學學時卻越來越少，傳統的“課堂教學十驗證性實驗”的教學模式也不再適合，僅憑一塊黑板、一支粉筆來講授是遠遠不夠的。

3 “以學生為中心”的教學模式

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

在學校，學生實際上且事實上就是最重要的利益相關者。高職院校課程教學就要充分考慮學生的需求，建立適合學生生長規律、學習規律、心理發展規律的課程。“以學生為中心”的教學理念充分發揮學生的主動性，學生真正成為學習的主人，在教師的引導下逐步深入提高各方面能力。

以學生為中心，學生是學習的主動建構者，教師成為幫助學生主動建構的引導者；要求知識不再只是針對教師傳授的內容, 而是所有幫助學生知識建構的對象。這就需要尋求新的教學模式從而順應學生的認知規律和構建能力。

4 教學改革探索

4.1 把控關鍵第一課

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

運動控制系統主要目標是學習機電設備控制技術，課程教學目的是使學生掌握運動控制系統的基本原理和典型應用的分析方法，并具有一定的系統設計能力。根據課程特征，探索了在第一課中應注重的方面：①通俗易懂引概念。從學生認知領域中的生活實際應用出發，如將人的運動與機器人的運動控制類比，導入運動控制系統含義及概念，讓學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，使學生了解整個運動控制系統框架結構，從而了解學習這門課的整個知識體系，數字化閉環控制系統組成框架如圖1 所示。③明確目標定方向。以自己的興趣愛好為主，擬定一個具體的項目，將學習的過程融入具體完整的項目實現中，如實現機械臂運行、電動窗簾、自由行走機器人等等。

圖1 數字化全閉環位置控制系統組成框架圖

4.2 教學內容模塊化

運動控制系統課程的理論和應用聯系較密切，是一門把理論基礎應用到工程實踐中去的典范課程。隨著時代的發展，課程依賴的基礎知識和課程內容更新速度較快，本著“以學生為主體、能力為本位”的原則，課程教學內容要充分體現與生產實踐、社會發展需要相結合的特征，充分反映相關產業和領域發展的新要求，教學內容的設計應聚焦于學生能力的培養。因此在教學內容上，淡化大量的推導、簡化運算、以應用為主導設置高職教學內容。

結合圖1 運動控制系統結構組成，將課程體系分成五大模塊：控制器模塊、電力電子驅動模塊、執行電機模塊、傳感器模塊和運動系統模塊，每個模塊又從三個層次（基礎理論、實際應用和提高應用）進行因材施教。其構成要素結構如表1 所示。

表1 運動控制課程結構

模塊化的教學目的在于用最短的時間和最有效的方法，使學生掌握某項技能。每個模塊都有明確的學習目標和要求，還包括相關技能的詳細工作步驟，強調學以致用，具有較強的教學靈活性。

4.3 教學過程信息化

新時代對高職畢業生也提出了新的要求，企業不僅僅看重技術能力，更注重考察其綜合素質、解決實際問題和自主更新、自主學習的創新能力。“互聯網+”時代下的信息化社會改變了人們的生產、生活方式，帶來了開放、靈活的數字化學習模式，這有助于學生學習的自我管理，有助于進行自我完善學習，有助于提高終身學習能力。

現代信息化技術突破了傳統教學空間與時間上的局限性，更好地實現了以學生為主體的學習模式。信息化教學中教師與學生的活動如表2 所示。

借助于如“雨課堂”、優學院等現代信息化技術平臺，可以將學生在課前、課上、課后所有的學習行為數據進行完整采集，有助于量化了解學生學習效果和學習軌跡。現代信息化的教學模式，調動了學生積極性，激發了學生學習的興趣，更好地引導學生思維。授課的每一個環節都帶來全新的體驗，推動了教學改革，提高了課堂學習效率。

表2 信息化教學活動模式

4.4 教學實驗多樣化

運動控制系統內容廣泛且抽象難懂，若是以講授理論為主的課堂教學加上有限的驗證實驗，難以讓學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，不利于激發學生的學習興趣，影響學生解決問題能力、創新能力的提高。引入MATLAB 仿真技術，可提供運動控制系統仿真的各種實例，使學生能掌握復雜的系統構成，特別有利于學生工程觀念的培養。

MATLAB 中重要組件Simulink 可以為復雜動態系統進行建模和仿真，便于學生進行系統設計與分析。例如在講授直流調速部分時，利用MATLAB/Simulink 可分別建立開環、單閉環和雙閉環直流調速系統的仿真模型，學生通過模型中的示波器，能直觀地看到系統響應曲線的變化趨勢。改變模型中各組成模塊的參數，可以觀察到各個參數變化對系統轉速的影響，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計性實驗，如設計一個實際應用的調速系統仿真模型。以小組為單位，根據系統的設計要求，通過查閱相關資料，完成系統模型設計任務和參數設置，達到系統的控制指標要求。之后各小組進行匯報交流、寫設計報告、自評與互評。學有余力的學生還可以進行系統軟硬件的設計與實物調試。通過這樣的項目訓練，學生工程實踐應用能力得到了很大的提高。

利用仿真技術“做中學，學中研”，既增加了學生自由探索、主動實踐的意識，又培養了學生自主學習能力，加強了團隊合作精神，符合了工程教育認證標準要求。

5 結論

通過分析運動控制課程特點，建立“以學生為中心”的教學模式，強調了“學”重于“教”。事實證明，遵循學生主體認知規律的第一課設計，有助于加強學生對課程內容的了解，提升學習興趣；結合工程實際模塊化的內容整合，有助于提高學生對工程應用的認識，加強理解和研究；基于仿真技術的實驗開發，有助于提高學生分析實際問題、解決實際問題的能力，有助于提高團隊合作精神和創新能力的培養；以學生為主體的信息化教學模式應用，有助于提高課程教學質量、激發學習積極性、提高持續學習的能力。

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