基于工程認證的“運動控制系統”課程深度改革與探索

王曉紅 周蒙 杜光月 張云

1.山東交通學院 山東濟南 250357；2.國網山東省電力公司鄆城縣供電公司 山東鄆城 274700

自動化專業在國家戰略核心領域占有重要地位，基于工程認證的專業課程教學模式對培養專業人才意義重大，依據工程認證的要求和貫徹全國高校思想政治工作會議和新時代全國高等學校本科教育工作會議精神，使思想政治教育貫穿人才培養全過程，我們積極響應將思想政治教育融入全部課程教學的每個環節，所以在自動化課程思政教學大綱調整完畢之后深度探索課程改革與實踐勢在必行。

一、該課程目前的現狀和存在問題的分析

工程認證大背景下的教學方面的問題，“運動控制系統”課程的前序課和后繼課有部分內容的重復，解決的方案是根據畢業學生的反饋和就業單位、實習單位等所提的要求，刪減了部分課程的教學章節，調整了部分課程的學時和學分，把實驗和課程設計環節也做了調整。課程內容的設置可以緊跟學科科技前沿，部分實驗內容為避免缺少實驗設備的問題，可以增加系統仿真方面的試驗嘗試，后繼要把往屆畢業設計中學生反映出來的課程教學中的問題落實在每一門課的教學設計和教學過程中，要形成教學的閉環反饋。考核方式方面還可以在對學生積極性的調動和教學中間過程的管理和評價上增加靈活自由空間。該課程授課時間在靠后的學期，部分學生面臨考研的壓力。

自動化是老牌工科專業，該專業非常注重培養學生將理論知識應用到實踐的能力。在工程教育的大背景下，結合課程思政大綱的要求，我們對傳統教學方式進行了深度的改革與探索，經過兩個學年的試運行和連續的閉環反饋調整，學生反映效果極好。

二、課堂教學模式的變革在工程認證背景下的深度解讀

教師要轉換角色。要做為圍繞學生學習目標的達成而自主學習與探索的引領者，要成為課程的設計者和開發者。

“運動控制系統”是一門最貼近工程實際和實踐的課程，我們對課程的每一個任務模塊目標達成度進行比較反思和閉環反饋，三年來把改進意見及時推進落實到下一屆培養方案和課程教案的設計修訂上，做到指標點分解清晰、具體、有操作性；專業畢業要求在廣度和深度上覆蓋標準，體現自動化專業特色和水平。

那么，接下來就是如何設計課程的教學模式：首先，要思考如何把有限的課堂時間在線下有效地延伸放大，國家開放了好多網上優質資源，教師一定要結合專業特色慎重篩選已有的慕課資源。其次，要思考線下學生的自律問題會給學習帶來更大的挑戰，經驗豐富的教師更要深度思考如何提升學生終身學習的原動力。

由義烏市教育局教研室葉立新老師首次提出的“辯課”課堂，不僅僅是展現形式上的新穎，更需要有深度的探討，合理增加新的挑戰和難度，讓教師和評課者勇于思辨，言無不盡，全力打造“金課”。那么，打造專屬的“辯課金課堂”就成了我們的當務之急。課堂內容設計的“金課”標準可能有很多條條框框，目前，授課與評課雙方就某些問題探討甚至是爭論的現象很少，缺乏及時互動。我們探討實踐證明，假如教師角色轉換，可能就不用顧忌成敗，讓上課的督導評課、同行互評、學生評教成為課堂改革的生力軍。

模式的變革還要求我們反思學生該怎樣培養數字化學習與創新能力，例如怎么檢索網絡資源、開展網絡探究、利用網絡工具進行合作分享和創新實踐等，為實現創新真正契合自動化專業本科生培養目標與畢業能力達成度要求，創新思維有賴于復雜工程實踐的鍛煉和培養。

認證背景下，“培養學生解決復雜工程問題的能力”是其畢業要求的聚焦點。目前，不少高校專業存在著目標點難以達成、課程中涉及沒有體現或者支撐“培養目標”的問題。為了以評促改，如何在教學中落實、體現“復雜工程問題”就成了一線教師必須著力解決的問題。

“復雜工程問題”也是企業面臨的常規問題，實際復雜工程問題的獲取可以是立足學校特色，立足軌道交通學院的自動化專業定位。問題的引入可通過案例分析，應用場合等圖片或者視頻設置好問題，教師可以把知識點內化成若干翻轉課堂的問題，讓三五個學生組成課堂小組自己設計PPT或者答辯文字，或者在課程的評論區展開討論，這樣學生學習的興趣會極大提高。提倡教師與同行、學生在翻轉過程中的深度挖掘，明確問題的改進方向，但對于“翻什么轉什么堅守什么”，仍有許多問題需要創新性探討。

教學團隊打造金課，學生小組課后報告和閉環改進。在備課環節，教師可以圍繞某一工程主題、重難點進行設計。團隊共同探究哪些問題可避免，哪些問題需要刪減或改進，復雜工程問題的案例怎么拆解落地，知識點講解的趣味性及形象化等方面都需要慎重考慮。新變革包括思政元素的無縫接入、調速系統的實際案例及應用、學生下一步繼續深造的研究方向等，甚至是探討部分知識點無標準化答案的問題，這都有助于提高師生學習的原動力。

課堂教學的準備還包括通過對課程體系的深入了解，提煉本門課的教學目標，利用好慕課大平臺，提前給學生布置觀看相關教學視頻的任務，課堂上采用翻轉式課堂解決重難點。教學過程中要注重引導，加強案例的互動，讀懂學生的思維和短板，課堂上可以采用逐步加深的辦法，把復雜工程問題拆解后讓學生消化，部分深化的內容可以拍小視頻讓學生看回放，教師從學生的角度來反思此次教學的不足，把需要改進的地方及時記錄，還可以把畢業設計中出現的問題拿來協調統籌前序和后序相關課程的教學內容。

三、嘗試項目驅動型創新教學的探索

項目任務驅動教學是以任務為驅動，以項目為載體，讓學生在項目任務的實現和完成過程中掌握、鞏固知識和實踐技能，從而達到提高學習績效和實踐能力的目的。

“運動控制系統”課程要求學生應具備設計和實現相關控制系統的能力，教師可以把已經結題或在研的縱向橫向科研項目里和本課程內容相關的知識點揉碎成各個小課題，也可以結合大學生各種大賽的題目整理成本課程的小項目模塊，學生實題實做，參與項目或產品的具體研發任務為后續畢業設計做準備，真正實現知識落地。

項目任務驅動教學在實施過程中，使學生自己主動調整為參與課程學習的狀態。實踐中教師需建立一份學生分組檔案，按學號或自愿匹配分組，分別扮演項目經理、項目組長、硬件工程師、軟件工程師和文檔整理工程師等角色，在實施過程中由項目經理分配技術任務，項目組長定時跟蹤結果和協調工作并及時與任課教師溝通。

在課堂中，學生可以向老師尋求幫助，和其他同學討論交流，也可通過網絡查找資料學習。以項目組為單位來實施項目，可以營造良好的學習氛圍，增強學生的主人翁意識。

那么項目模塊從哪里來？為了獲取工程項目案例，可以通過畢業校友、實習基地、產學研研究基地、學生的就業單位等多渠道獲取相關橫向課題、教師團隊的縱向科研課題等，通過把大項目細分細化來充實工程案例庫。如“面向軌道線的實驗控制小車的研制與教學開發”“小型風力發電變換器”“面向沖擊地壓礦井防沖鉆孔機器人”“教育服務新舊動能轉換專業對接產業項目”等問題。因能力和條件限制，有些題目可以作為模擬訓練題目，有的可以在實驗平臺上驗證。在創新創業過程中，教師可以收集具體的復雜工程問題項目案例，用于課程設計、畢業設計或者翻轉式課堂。

學生在課堂上主要是將課外的學習內容進行實踐驗證和修改完善，或將遇到的一些實際問題在教師的引導下解決。項目任務驅動教學中，教師只是引導，學生才是項目實施的主體。通過項目驅動創新教學設計，學生能夠系統性地加深對所學理論知識的理解，初步建立起一定的生產觀點、經濟觀點和質量觀念，培養學生的工程觀念。在任務和角色的驅動下，每個人都能發揮特長，通過討論、實踐，將平時所掌握的知識運用到實際項目中，能很好地鍛煉學生的表達溝通、團隊合作、實踐動手、創新等能力。

四、認證背景下課程實驗教學改革的實踐探索

創新之源在于實踐，實踐教學是教學的重要環節，認證背景下有助于培養學生的動手能力，而認證也考核我們能否把課程實驗的目標進行最后的達成，考察目標的達成度。比如運動控制系統課程的實驗內容存在的主要問題是實驗以技能型或驗證性為主，之前的實驗課堂只是按規定的步驟按部就班操作，對培養學生的主動動手能力和創新意識非常不利，初步改革后的設計性實驗只是給出固定的設計模式，沒有真正激發學生自主設計的積極性，缺乏有效引導學生采用工程設計思想，設計方式有一部分主要是利用理論課上講的理論推導公式，學生占用時間太多，負擔大。

改革實驗成績的判定，把占用的學生實驗設計的時間量化考核到課程成績里。進一步打破實驗框架，比如實驗”雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統”，要求學生設計速度調節器、電流調節器，在系統給定調試步驟和方法的基礎上進行參數的整定，自己采集參數并描繪出機械特性曲線，再進行分析比較。

我們可以在過程中考查學生是否獨立完成操作，是否準確無誤地記錄及分析數據，是否具備運動控制系統試驗臺的單、雙閉環調速系統的接線，簡單故障診斷等實際動手操作能力。能否根據對電機轉速的性能要求進行實驗設計與創新，實現“一變多”，做了一個實驗，解決了先開環，再單閉環，而后雙閉環，以及雙閉環里的純比例、再比例積分、一系列的比較設計和創新，實驗結束后及時歸納、整理、分析實驗結果，撰寫實驗報告。從學生寫的實驗體會里可以看出他們在實驗過程中所遇到的種種困難，而解決問題的過程就是他們對所學專業知識點的一次理論升華。

又比如，雙閉環異步電動機調壓調速系統，如何讓學生真正理解電流環和轉速環的作用，老師可以引導學生用工程方法測試調速系統各單元部件的特性、功能及參數，學生在教師的指導下擬定設計方案，引導學生利用電機拖動課程中講述的被控電機特性、控制手段及原理，設計調速方案；運用已學的電力電子技術，設計控制系統的主電路；運用已學的自動控制原理課程，建立控制系統數學模型，根據數學模型，依據工程設計方法設計參數，在計算機上運用仿真軟件設計模擬系統，觀察設計效果是否滿足性能指標并修正。這就需要學生提前熟悉MATLAB/SIMULINK仿真軟件的使用，能夠根據系統數學模型使用MATLAB軟件提供的電力系統工具箱建立仿真模型，熟練調速系統數字仿真方法與手段，通過仿真調試加深學生對應用系統的理解。

先仿真設計，對遇到的問題進行小組討論，通過每個實驗報告最后的問題分析總結就能了解學生是否能解決實際工程問題，在實驗考核的過程中也包括考驗學生查閱專業資料、進行參數的計算和元器件的選擇調控能力。

總之，教師要依據復雜工程問題的特點，結合專業課程從各方面收集具體的工程問題。針對專業的培養目標，對復雜工程問題進行多視角收集和論證，根據自動化專業課程體系對畢業要求的支撐關系，對學生的學習效果的達成進行客觀評價。當然，學生的能力參差不齊，必須考慮分層次設計教學，有能力的學生可以適當通過創新性培訓和教師的輔導指引增加難度和深度。比如引入案例教學，給出設計原始資料參數，進行三相交流異步電動機SPWM調速系統的仿真，要設計系統的各功能模塊，包括交直交三相SPWM逆變器主電路、調制波發生器電路、驅動電路、低頻補償電路、檢測及保護電路等。有能力的同學可以給出參數的計算過程，還可以進行元器件選擇及分析說明，但對于實驗設計方案理解與掌握或仿真軟件掌握有困難的學生，可省去仿真調試內容，或可在設計方案上由教師提供設計資料。

把“第二課堂為主，第一課堂為輔，學生科技活動為載體”的形式融入課程教學元素里。通過學院里的第二課堂，進行創業知識講座，開展創業競賽等形式，讓學生樹立正確的價值理念，了解國家和地方創業政策。通過第一課堂讓學生了解行業的前沿技術和發展趨勢。依托利用挑戰杯、創業技能大賽、電子大賽、藍橋杯大賽等活動，傳授學生創新創業理念，引導學生積極投身創新創業活動。鼓勵學生參與到教師的橫向和縱向科研課題中去，參加校外科技活動，鍛煉創新創業能力。如自動化專業的學生利用假期到公司實踐，為公司進行軟件開發并被推廣使用，有效鍛煉了自身創新創業的能力。

基于工程認證的課程體系要緊緊圍繞“以學生為中心”的思想，在深度改革和探索的過程中體現專業特色，讓學生把課堂中學到的知識應用到工程實踐的各種案例中，同時又及時把修正的案例補充到教學中來，做到實踐引導教學、推動教學，檢驗教學。自動化專業制訂的人才培養方案，持續進行人才需求調研，并根據反饋意見進行調整，預期效果是將本專業現有的課程體系進行改革與創新，優化課程設置，構建以“應用”為目標、創新為特征的理論教學體系。依據學科、行業、崗位三維設計的思路構建課程體系。

結語

在工程教育認證的大背景下，如何結合專業特色培養學生的綜合素質、創新能力，這要求我們在課程體系、實踐教學、在產學研方面形成自己的辦學特色。教師不僅要不斷拓展專業知識，更要在人文素質的提升方面以身示范，把課程思政元素巧妙融合到各個教學環節中。三年來的教學閉環反饋調整后證明，只有把單一課程的教學轉化為系列相關專業課程群的綜合運用和訓練，才能真正提高學生的各項能力。