自动化专业课程教学模式探索

杜友武 范厚琼 方明星

摘要自动化专业作为信息科学的重要组成部分，在国家战略核心领域占有重要地位，专业课程的教学模式对培养专业人才发挥重大的作用。本文以“运动控制系统”专业课的理论和实践教学为例，探索自动化专业课程的教学模式，通过分析该课程在整个自动化培养方案中的位置以及与前后课程之间的关联、建设丰富的课程教学资源、采用启发式和项目驱动式的教学方法、创建多元化的课程考核评价制度等措施，加深学生对基础理论的认识，强化学生实践动手的能力，提高自动化专业本科教学质量，为社会培养高质量的应用型人才。

关键词 自动化 教学改革 运动控制

中图分类号：G424文献标识码：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

自動化专业在国内工科院校中均有设置，是一种老牌工科专业，[1]该专业以反馈控制思想为核心，针对实际控制系统，利用传感技术、信号处理技术，检测被控变量的实际值，反馈到控制输入端，并与被控变量的期望值进行比较得到被控变量的误差，基于此误差设计控制器，获得控制量用以驱动系统的执行机构，使得实际的被控变量趋向于期望值，从而获得满意的控制效果。该专业不仅重视学生的理论知识的培养，更注重培养学生将理论知识应用到实践的能力。[2]由于该专业涉及的知识面广而深，理论知识抽象等原因，在学生培养过程中，特别是在专业课教学过程中，普遍存在如下问题：学生对基础知识掌握程度的差异性较大；学生缺乏自主学习的积极性，自我管理的能力不足；学生的创新能力有待提高，动手实践能力薄弱。课程教学模式的改革是提高培养质量的有效方法，[3][4]本文以自动化专业方向课“运动控制系统”为例，通过分析课程的现状和特点，从理论教学、实践教学、考核管理等三个方面，提出相应的教学改革措施，激发学生学习的积极性和主动性，提高动手实践能力。

1课程现状分析

以“运动控制系统”课程为例，结合多年的教学实践、思考和总结，分析目前课程教学中存在的问题，并探索一种新颖的教学模式。该课程以直流电机和交流电机为控制对象，利用传感器技术和信号处理技术检测电机的电流和转速等物理量，采用自动控制原理设计相应的控制器和控制算法，通过电力电子技术进行功率驱动，最终实现对电机电流、转速和转矩的控制。该课程是一门综合性很强的专业方向课，涉及自动化专业培养环节中的很多前序课程，同时该课程也是一门很强的实践课程，要求学生将所学的理论知识实践应用到具体的工程中，因此，该课程是一门把理论基础应用到工程实践中去的典范课程。当前该课程的教学模式普遍存在以下三个问题：（1）理论教学环节知识关联性大、难度大以及知识点抽象等特点，学生对基础知识掌握差异性较大，导致传统孤立的教学模式不能支撑学生对课堂知识的深刻理解，从而导致部分学生出现掉队现象；（2）实践教学环节重视程度不够，实验内容较为单一，多数为验证理论课程的某个知识点，缺少综合创新型实验，从而缺乏对理论知识的灵活应用，实验过程中，学生分析和解决问题的能力较差；（3）不具备完善和规范的管理和评价机制，以期末考试成绩为主要评价的方法，缺乏对学生积极性的调动和教学中间过程的管理和评价，导致教学效果不够理想。

针对目前该课程教学中存在的问题，下面提出一种教学模式改革的措施，如图1所示。通过建设课程体系、改革教学方法和手段、完善课程评价制度，一方面强化理论教学与实践教学的深度融合，开设丰富的实践教学内容，如设计型、项目驱动型、社会实践型等，将实际工程案例引入到理论教学中，在实践教学中验证理论方法的有效性，加强理论与实践的紧密关联；另一方面激发学生主动学习积极性，以学为主，以教为辅，并将考核环节融入教学整个过程中，建立完善的管理机制。

2教学改革

2.1理论教学改革

2.1.1课程体系和资源建设

运动控制系统是一门专业方向课，课程内容难点多，需要同学掌握多门前序的基础课程，因此，需要对此课程体系和资源的建设。以核心专业课“运控控制系统”为中心，协调统筹前序和后序相关课程的教学与实验内容。理论教学内容，针对前序课程，需要对专业基础课“电机与电力拖动”“电力电子技术”“自动控制原理”的基础理论进行梳理，融入“运动控制系统”课程教学内容中，做到主次分明，帮助学生回忆和复习相关知识点；针对后续课程，例如“先进伺服系统”“现代驱动技术”等课程，在“运动控制系统”课程教学内容中，可作为部分知识点的延伸，帮助同学理解所学知识点的应用场景。实践教学内容，除了开展教材中配套的验证型实验内容，需要同步开展综合创新性和项目式的实验。在课程体系的建设中，需要理顺各课程之间的衔接和支撑关系，逐步建立一套系统化的运动控制系统教学体系。课程资源的建设包括课程定位的研究、新教学大纲和教学内容的确立、教材和教师用多媒体课件建设、习题、实验设计和实验指导书的完成等。

2.1.2教学手段和方法改革

课程采用何种方式引入，重难点如何突破，如何抓住学生的思维，前后知识点之间的衔接，讲解的趣味性及形象化等方面，都是需要慎重考虑的。首先，可利用生活中常见的图片和常识，提出疑问，引入新课，为了解决此疑问，引导学生回顾之前课程或章节所学的知识，在此基础上推导出解决此疑问的关键公式或理论；然后对推导出的公式或理论，进行全面透彻的分析，比如变量的含义，图形的意义，应用注意事项等；最后对重难点进行归纳，知识点进行梳理，并对其在实践中的应用进行介绍，让学生明白所学的知识有何用处。教学过程中，一定要注意将抽象公式和理论进行形象化，理论联系实际，在实际生活中找到应用的实例，或者采用比喻、类比等方式，让学生对重难点更容易理解和记忆。

一个完整的教学过程应包含：教学前的准备、教学过程的实施和教学后的反思。首先，教学的准备，备课环节是非常重要的，不仅需要对本门课程非常熟悉，还需要了解这门课在整个专业中的地位，前面相关课程知识点，以及后续可能需要的知识点，通过对课程体系的深入了解，提炼本门课的教学目标，知识的重难点，参考多本教材及相关教学视频，努力攻克教学难点，剖析教学重点；其次，教学过程的实施，教学过程中要注重引导学生思路，采用提问、互动、对比等教学方法，剖析知识点，要做到严谨与形象；上课要懂得“察言观色”，掌控课堂，根据课堂的气氛，利用眼神、语气、肢体语言等与学生进行交流，读懂学生的思维，上课时间分配要合理规划，设计合适的知识点过渡方法，比如采用设问、转折、对比等手段；最后，教学后的反思，有条件的话，可以对教学过程进行录像或者录音，每完成一次教学过程，可以自己回放录像或录音，找出此次教学过程中的不足，加以改进，课后通过与学生进行交流，从学生的角度来反思此次教学的不足，需要改进的地方。

2.2实践教学改革

2.2.1验证型+设计型教学

传统的运动控制系统课程实践教学内容，主要为验证理论课程某个知识点而开设的实验内容，以验证型为主，导致实践教学内容较为单一，缺乏锻炼学生的综合设计能力，并且验证型的实验缺乏挑战性，学生主动思考的积极性较差，容易出现“照葫芦画瓢”现象，教学效果较差。因此，需要对运动控制系統实践教学进行改革，建立以验证型实践教学内容为辅、课程综合设计和创新设计为主，以及课外竞赛等为扩展的实践教学体系，合理规划各个实践教学环节之间的联系和时间安排，使得整个实践教学具有系统性。

2.2.2项目驱动型创新教学

运控控制系统是一门专业方向课，经过前序课程和该课程的学习，学生应具备设计和实现相关控制系统的能力，因此，在本门课的教学实践环节，可以结合教师已有的项目或者相关企业的需求，开设综合创新设计，组织学生进行项目或者小产品的开发。学生以小组形式参加，不仅可以激发每个学生的学习积极性，而且可以提高学生团队协作能力，学生参与项目或产品的具体研发任务，可将所学的知识应用到实际问题中，锻炼分析问题和设计的能力。此部分创新性实践环节，可为后续毕业设计做前期准备，帮助学生梳理和巩固几年所学知识，并将理论应用到实践中去。

2.3考核机制改革

传统的课程考核主要以期末考试成绩、平时考勤和课后作业为主要依据，相对单一，难以真正反映学生学习情况，即使教学内容、方法和手段进行了有效的改革，但是缺乏整个教学过程的考核和评价体系，难以激发学生的学习积极性和主动性，导致最终课程教学达不到预期的效果。因此，必须改革课程成绩考核、评价体系，创建学生成绩过程化、多元化考核评价机制，规范并制定出能真正反映学生能力的课程成绩考核制度（过程积分、期末考试，平时测验，小组讨论，课题辩论，实践总结等），完善课程管理。

传统的实践教学考核方法也是常规的考试或简单的实验演示，这种单一的考核方法并不利于提高学生的实践能力。因此，需要根据新的实践课程内容，提出新的实践环节培养目标，提高学生对工程实践能力。整个实践考核分为三个阶段，首先是验证型实验内容的考核，此部分考核主要根据学生实验方法是否合理、实验结果是否正确等方面，综合学生实验过程中的表现，给出考核结果。其次，针对设计型实践教学环节，主要考核学生综合运用理论知识的能力，设计方案是否合理，最终设计的实验是否可行，在阐述设计思想过程中，表述是否清晰，思路是否正确等，对学生进行考核。最后，针对项目驱动型的创新性实践环节，考查学生解决实际问题的能力以及团队协作能力，可作为实践教学考核环节的额外附加分。

3结束语

本文以“运动控制系统”课程教学为例，探索了自动化专业课程教学模式的改革。针对理论教学改革，从建设课程体系和资源、丰富教学手段、应用启发教学方法等三方面展开；针对实践教学改革，在传统验证型实验教学基础上，增加了设计型、项目驱动型等实验教学内容，深度融合理论与实践教学，加强对理论知识的认识，提高工程应用能力。建立合理多元的课程评价机制，增加过程考核，激发学生主动学习的积极性。

基金项目：2018年度安徽省高等学校自然科学基金研究项目“水泥粉磨系统智能优化控制研究”（编号：KJ2018ZD032）；2019年度安徽省高等学校自然科学基金研究项目“机器人控制系统扰动抑制研究”（编号：KJ2019A0510）

参考文献

[1]刘朝华，李小花，陈磊，等.面向新工科的地方高校智能自动化技术人才培养模式探索[J].当代教育理论与实践，2121，13（3）：68-72.

[2]韩璐，邱存勇.新工科下自动化专业电力传动相关课程的教学改革研究[J].科教导刊，2021，26：46-47.

[3]卢自宝，董国青.《计算机控制技术》课程实验教学探讨[J].教育教学论坛，2015，06：281-282.

[4]张勋才，牛莹.自动化专业实验教学体系改革研究[J].科教导刊， 2019，12：130-131.