基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的運動控制類課程群建設(shè)與優(yōu)化

葛遠(yuǎn)香，羅先喜，王懷平，夏 洪

（東華理工大學(xué) 機械與電子工程學(xué)院，江西 南昌）

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的運動控制類課程群建設(shè)與優(yōu)化

葛遠(yuǎn)香，羅先喜，王懷平，夏 洪

（東華理工大學(xué) 機械與電子工程學(xué)院，江西 南昌）

運動控制類課程在自動化專業(yè)課程設(shè)置中占有很大的比例。針對現(xiàn)在教學(xué)存在的問題，結(jié)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，著重對該課程群體系建設(shè)、理論教學(xué)方法和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行改革和優(yōu)化，以尋求培養(yǎng)適應(yīng)信息化時代工作要求的自動化專業(yè)人才的有效方法。

運動控制；課程群；應(yīng)用型人才；實踐教學(xué)

應(yīng)用型人才，特別是高級應(yīng)用型人才是國家核心競爭力的重要體現(xiàn)。采用新模式培養(yǎng)應(yīng)用型人才是當(dāng)代大學(xué)教育實現(xiàn)教育與職業(yè)高度銜接的必由之路［1］。以我校獨立學(xué)院自動化專業(yè)為平臺，設(shè)置運動控制課程群。圍繞該課程群進(jìn)行教學(xué)改革，有助于提高該課程群內(nèi)各門課程間的有效銜接，使學(xué)生對所學(xué)知識具有連貫性和系統(tǒng)性［2］。深入開展運動控制類課程的教學(xué)研究與改革，構(gòu)建新的教學(xué)體系，提高課程教學(xué)效果，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才提供了堅定的基礎(chǔ)。

1 運動控制類課程存在的問題

運動控制類課程是自動化專業(yè)的核心課程，主要包含自動控制原理、電力電子技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用、電力拖動自動控制系統(tǒng)等專業(yè)主干課程［3］。而我校目前的運動控制類課程教學(xué)中存在著很多缺點：

（1）各門課程之間彼此孤立，缺乏有效聯(lián)系，缺少以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力為導(dǎo)向的模塊化整合。

（2）課程教學(xué)過程中忽視同系列課程之間和教師之間的承接與相互聯(lián)系，缺乏通過項目式的應(yīng)用和開發(fā)案例講述知識點的教學(xué)方法。

（3）獨立性和創(chuàng)新性的實踐環(huán)節(jié)偏少。學(xué)生的動手能力不足。有些學(xué)生很刻板地完成老師規(guī)定的實驗項目，但改變一下試驗環(huán)境，尤其是遇到工程實際應(yīng)用場合，就無從下手、縮手縮腳。因此，要從工程技術(shù)性的角度來制訂運動控制實踐培養(yǎng)方案。

2 教學(xué)改革內(nèi)容

2.1 教學(xué)內(nèi)容的整合與優(yōu)化

按照理論夠用，注重能力的原則，遵循學(xué)生為主體，實踐為核心，理論作支撐的教學(xué)理念，突出技能訓(xùn)練。在教學(xué)中，打破傳統(tǒng)的課程體系，按照本專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，有針對性地構(gòu)建模塊化的課程體系，提高學(xué)生在同行中的競爭力。課程群中的電機與電力拖動基礎(chǔ)屬于控制對象的范疇，自動控制原理屬于控制方法的范疇，電力電子技術(shù)和單片機原理及應(yīng)用則屬于控制工具的范疇，這4門專業(yè)基礎(chǔ)課共同構(gòu)成運動控制的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)的Matlab仿真用來實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)的虛擬設(shè)計，電力拖動自動控制系統(tǒng)則實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)的實際設(shè)計。

（1）Matlab仿真課程不再單獨開設(shè)，而是在后續(xù)的專業(yè)課程比如“電力電子技術(shù)”、“自動控制原理”和“運動控制課程”中，結(jié)合課程的需要進(jìn)行講解，這樣可以學(xué)以致用。

（2）將運動控制課程群的三門核心課程“電力電子技術(shù)”“單片機原理及應(yīng)用”和“電力拖動自動控制系統(tǒng)”進(jìn)行無縫銜接，在課程設(shè)計和工程實踐中可以安排一個個小型的運動控制系統(tǒng)項目，該項目要包括硬件電路設(shè)計和軟件編程工作，在仿真的過程中讓學(xué)生使用Matlab以及Protel軟件，從仿真到實物安裝調(diào)試，整個過程可以培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

2.2 教學(xué)方法與手段的改革

針對“電力電子技術(shù)”“單片機原理及應(yīng)用”以及“電力拖動自動控制系統(tǒng)”這幾門核心課程，教師在講授理論時總體上采用“項目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)方法，實施“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式［4］。每個課程按照知識點，劃分成一個個項目，將工程實踐項目貫穿教學(xué)的始終，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力和學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)過程中，根據(jù)項目總體設(shè)計要求，以一個個項目的具體任務(wù)為線索，把教學(xué)內(nèi)容和課程知識點合理地安排在每個任務(wù)中，讓學(xué)生完成任務(wù)，鍛煉學(xué)生提出問題、解決問題的能力。“項目引導(dǎo)，任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法示意圖如圖1所示。

2.3 實踐教學(xué)的改革

大部分院校現(xiàn)在基本都是使用掛件結(jié)構(gòu)或?qū)嶒炏鋪碜鰧嶒灒瑤缀跛械碾娐泛拖到y(tǒng)都是封閉模塊化的。這種情況下，學(xué)生只要在老師或者實驗指導(dǎo)書的指導(dǎo)下機械式的連線、讀取實驗數(shù)據(jù)，記錄實驗數(shù)據(jù)和波形，就能完成實驗，有的同學(xué)根本不了解電路的工作原理。但是，只要設(shè)備有一點故障或者連線有點問題，使實驗結(jié)果出現(xiàn)異常，學(xué)生就不知所措，獨立分析和解決問題的能力很差。為了彌補傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，在傳統(tǒng)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，開展了“虛實結(jié)合”的方式，并分環(huán)節(jié)進(jìn)行。如圖2所示，第一環(huán)節(jié)：根據(jù)實驗條件，結(jié)合課程要求，完成驗證性實驗內(nèi)容，鞏固理論知識。第二環(huán)節(jié)：挑選一些非常實用的簡單應(yīng)用系統(tǒng)，讓學(xué)生采用仿真軟件完成。如“電機及拖動基礎(chǔ)”“電力電子技術(shù)”和“電力拖動自動控制系統(tǒng)”3門專業(yè)課的相關(guān)實驗利用Matlab仿真軟件來完成［5］。第三環(huán)節(jié)：對于一些綜合性的課題，鼓勵學(xué)生組成團(tuán)隊（一般3-4人）來完成電路的制作、焊接、調(diào)試等。第四環(huán)節(jié)：結(jié)合學(xué)生在前三個環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)，選拔出一些工程應(yīng)用能力比較強的學(xué)生，指導(dǎo)他們開發(fā)與設(shè)計一些較為復(fù)雜的綜合應(yīng)用項目（要求同時融合運動控制課程群的專業(yè)知識）。這一環(huán)節(jié)可以通過在課余時間或者參加“挑戰(zhàn)杯”比賽、大學(xué)生科技訓(xùn)練計劃，“全國大學(xué)生機器人比賽”等方式來實現(xiàn)。

圖1 “項目引導(dǎo)，任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法示意圖

圖2 實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)現(xiàn)狀和擬改進(jìn)的教學(xué)模式

2.4 建設(shè)“第二課堂”環(huán)節(jié)

學(xué)生要真正掌握實際運動控制系統(tǒng)設(shè)計的要領(lǐng)和實際項目開發(fā)經(jīng)驗，僅靠課內(nèi)教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要課外大量“真刀實槍”的實踐。為了學(xué)生的再學(xué)習(xí)能力、綜合實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供有利的條件和場所。建設(shè)具有專業(yè)特色的學(xué)生“第二課堂”環(huán)節(jié)，實現(xiàn)課內(nèi)與課外的融合。充分利用大學(xué)生創(chuàng)新實驗室的開放和研發(fā)條件。實驗室開放后，學(xué)生可以靈活地選擇實踐內(nèi)容和時間。開放實驗室為學(xué)生提供場地、實驗設(shè)備、經(jīng)費，授課教師圍繞課程主題精心設(shè)計課外創(chuàng)新項目，分析任務(wù)并給出完成該任務(wù)的思路、方法、步驟。設(shè)計任務(wù)在課程理論教學(xué)開始4周內(nèi)以項目的形式下達(dá)，學(xué)生在進(jìn)行理論知識學(xué)習(xí)的同時，可以同步進(jìn)行自己所選擇項目的方案規(guī)劃，同時有針對性地進(jìn)行相關(guān)知識點的深入研究，然后借助Proteus仿真環(huán)境進(jìn)行硬件設(shè)計和軟件編寫，并對其調(diào)試，在調(diào)試成功后，進(jìn)行元器件的購買和電路板的制作，最終完成硬件與軟件系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。

2.5 考核方式的改革

針對現(xiàn)有比較粗略的、重結(jié)果輕過程的考核方式，建立符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程考核評價體系，改變考核標(biāo)準(zhǔn)，提高工程實踐能力的考核，從考核“學(xué)習(xí)成績”向評價“學(xué)習(xí)成效”轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生注重“學(xué)習(xí)過程”，提高學(xué)生的自學(xué)能力、解決問題的能力和工程實踐能力。

理論與實踐相結(jié)合，體現(xiàn)學(xué)生綜合能力的多元化的考核方式。采取理論考核與實踐考核各占40%，平時成績占20%的標(biāo)準(zhǔn)。理論考核重點考察學(xué)生對相關(guān)課程理論知識點的掌握情況。實踐考核采用仿真加實際電路操作的方式，以考察學(xué)生的創(chuàng)造性和動手能力。平時成績主要是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所表現(xiàn)的狀態(tài)，包括探索新知識的主動性、查閱資料的能力等。

3 總結(jié)與展望

整合優(yōu)化后的控制系統(tǒng)課程群對理論教學(xué)與實踐能力培養(yǎng)結(jié)合得更緊密，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合和優(yōu)化，能夠使學(xué)生形成完整的知識體系并具有一定實踐與創(chuàng)新的能力。通過采用課程群的教學(xué)方式，提高了學(xué)生的自主分析能力和創(chuàng)新能力。目前，這些成果正逐步應(yīng)用于實際教學(xué)，并取得了很好的效果。

［1］龐文堯，自動化專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的研究與實踐［J］. 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012.3：62-64.

［2］郭必裕.課程群建設(shè)與課程體系建設(shè)的對比分析［J］.現(xiàn)代教育科學(xué)·高教研究，2005（4）.

［3］林 健，汪木蘭，盛黨紅. 運動控制類課程群立體化實踐教學(xué)體系改革與實踐［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2014（3）：40-42.

［4］雷 丹，汪 媛.獨立學(xué)院運動控制課程群教學(xué)改革與實踐——以華中科技大學(xué)武昌分校為例［J］.課程教育研究（新教師教學(xué)），2014（16）：2-3.

［5］李俊峰，潘海鵬，楊 曄，等.自動化專業(yè)控制系統(tǒng)課程群建設(shè)與實踐改革［J］.實驗室研究與探索. 2013（11）：460-464.

construction and optimization of motion control curriculum group for Applied Undergraduate Talent

Ge Yuanxiang，Luo Xianxi，Wang Huaiping，Xia Hong
（Mec?anical And Electronic Engineering East C?ina University Of Tec?nology，Nanc?ang，C?ina）

Motion control classes occupied large proportion in t?e curriculum of automation specialty . In view of t?e existing problem of t?e motion control curriculum，combined wit? t?e cultivation of applied talents，Mainly from t?e course of system construction，teac?ing met?ods and practice teac?ing link and so on ?as carried on t?e reform and optimization，seeking to effective met?od of automation professional t?at can adapt to t?e information age requires.

motion control； curriculum group； applied talents； practice teac?ing

江西省高校教學(xué)改革研究省級課題（編號：JXJG-14-35-6）；東華理工大學(xué)2014年校級實驗室教改項目“電力電子技術(shù)實驗項目開發(fā)和裝置改造”（編號：131000166）。

葛遠(yuǎn)香（1978— ），女，碩士，講師；研究方向：嵌入式控制技術(shù)。