以工程应用场景为引导的电机拖动与运动控制课程改革与实践-k8凯发官网

项 目

负责人

刘宜成

一、项目背景与国内外情况

目前国内众多高校工科类专业都在积极参加基于华盛顿协议的工程专业认证，该认证以4-5年本科学历为目标，以成果导向obe（outcome based education）为核心理念，提出教学设计和教学实施的目标是保证学生取得“特定的学习成果”，成果的主要指向是“具有解决复杂工程问题（complex engineering problems）的能力”。

工程问题的重要特质之一，是结果的非唯一性，常常有别于课程教材提供的课后“练习题”，新工科教育应该培养学生的具有认知非唯一性结果的能力，树立“没有最好，只有更好”的理念。“复杂工程问题”的复杂性，体现在三个方面：其一，问题的系统化，涉及知识面广，非一门课程的知识能容纳；其二，解决过程的复杂性，并非一系列的数学计算就能涵盖，一般包含设立问题目标、初始信息获取和分析、整合知识和资源、提出k8凯发官网入口的解决方案并验证、评估工程价值等多个环节；其三，解决问题的过程需要植根于一定工程应用背景，并紧跟知识技术发展趋势，形成一定的更新知识能力，即经验的积累和升级。

一门专业课程，一般只对应单一领域工程问题的局部知识，如何在有限的课程教学时空中达成培养目标呢？基于该问题，不少课程教改将重心放在升级教学的知识内容和技术手段，取得的实效并不尽人意。以我校自动化专业的运动控制系统课程群为例，教学实践存在以下问题：

1. 课程体系松散，需要一体化改革。运动控制系统以电机拖动基础、电力电子技术、传感检测技术和自动控制原理等专业必修课为支撑（见表1、图1所示），形成自动化领域具有典型代表性的学科应用方向之一，覆盖了目前新能源电力驱动飞速发展的主要技术领域。然而长期以来各门课程设置相对独立，选用课程教材及教学大纲相互脱节，缺乏有机的融合性，尤其是两门核心课程电机及电力拖动基础和运动控制系统，教学时间跨度较长，学生容易前学后忘，难以形成系统的工程概念，教学效果不尽人意。

2. 教学载体和教学设计基本脱离工程应用场景，急需搭建与工程应用的接口。课程教材、习题、课件等主要以描述、论证和验证方式呈现基础理论知识，鲜有与当前主流的新型工程设备、新型电力驱动技术相关联，学生感受到知识生根基础薄弱，学习出口目标性差，难以激发出学习兴趣点和内在动力。

3. 教与学的实践方式单一，无法应对复杂工程问题。教学主要以基础概念的描述、判断和工程计算为主，导致部分同学认为专业课程学习即等同于“公式—计算—答案”三部曲，得到唯一“绝对正确”的数值答案成为学习的终极目标，并不关注数据的真伪性、相对性及工程价值，甚至无视数据量纲，缺乏对“计算结果”进行自我评估意识和能力，缺乏应对工程问题不确定的分析能力，难以形成面对工程问题的系统性思维逻辑和求解流程。

基于上述问题，整合和优化课程体系，植入工程应用场景，建立面向复杂工程问题的系统化教学模式成为课程建设的必然之路。

二、研究目标、方法与措施

1.研究目标
1）重构和优化课程知识体系，整合核心课程学时和内容，强化电气运动控制方向课程群的一体化结构。
2）建立以工程应用场景为导向的全过程教学模式，提炼“培养解决复杂工程问题能力”的教学理念、思路和方法。

3）探索与培养解决复杂工程问题能力相匹配的学业评价方法。

2.研究方法与措施
1）研究平台：
   课程载体：以我校自动化专业的电机及电力拖动基础、运动控制系统课程两门课程为核心。
   学生对象：以我院2020级和2021级本科学生为主体，约320人，课程实践时间为2023春-2024年秋季学期。

2）研究内容：

a）研究课程整合与修订专业培养方案的关系，制定新课程培养方案。

b) 研究课程教学设计与提升解决复杂工程问题能力的关系，更新教学设计。

c) 研究教学评价与工程教育的关系，建立更为科学合理的学业成果评价方法。

3）研究路径：

a）教学调研：以课程组为牵头，对同类高校同类课程的教学培养计划和资源进行摸底调查，形成课改思路。

b) 梳理整合：根据2023级自动化专业本科培养方案的要求，对原有电机及电力拖动基础、运动控制系统两门课的内容进行贯通式整合（见图2所示），优化知识体系，整合学时，形成一门新的专业必修课程（拟定课程名称：电机拖动与运动控制）。

c) 教学设计：将经典的工程应用场景引入课件、习题（试题）、讨论课以及学业评价等环节中（见图3所示），建立面向工程应用的“物理认知——需求分析——项目规划——数学建模——系统控制——工程评估”教学流程，建立具有工程应用特色的非标答案题库，并将工程项目管理理念植入实验课教学过程，形成知识与实践的全过提升解决程复杂工程问题能力，并优化课程思政的落地生根。

d) 学业评价：构建师与生的二维度学业评价方式，并将解决复杂工程问题的核心节点引入评价环节。

表1: 现有自动化专业教学培养计划

图1: 现有课程群结构

图2: 拟整合后课程群结构

图3: 工程应用场景植入教学环节