基于成果導(dǎo)向的運動控制技術(shù)課程教學(xué)改革與實踐

金小婷 任平

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?裝備制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級帶來了市場對高質(zhì)量技術(shù)技能人才的大量需求，亟需加快推進(jìn)專業(yè)技術(shù)課程的改革創(chuàng)新?；诔晒麑?dǎo)向教育理念對電氣自動化專業(yè)核心課程“運動控制技術(shù)”進(jìn)行教學(xué)改革研究。結(jié)合課程特點，分析目前教學(xué)過程中存在的問題，以從“知識中心”到“能力中心”的轉(zhuǎn)變?yōu)榍腥朦c，將教學(xué)重點聚焦于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”，從教學(xué)內(nèi)容重組、教學(xué)設(shè)計優(yōu)化、評價機(jī)制完善等方面深入開展課程教學(xué)改革探索，以期鍛煉學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力，為切實提高專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量打下堅實基礎(chǔ)。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?成果導(dǎo)向;電氣自動化;運動控制技術(shù);教學(xué)改革

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號] ?2096-0603（2022）25-0067-03

“十四五”規(guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中，專篇強(qiáng)調(diào)了智能制造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。智能制造和數(shù)字化生產(chǎn)已成為推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新動能[1]。隨著裝備制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，市場對高質(zhì)量技術(shù)技能人才的需求日益增加，對人才培養(yǎng)提出了更高的要求[2]，而專業(yè)課程教學(xué)是保障技術(shù)技能人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵[3]。

成果導(dǎo)向教育（Outcomes-Based Education，簡稱 OBE）是指“清晰地聚焦在組織教育系統(tǒng)，使之圍繞確保學(xué)生獲得在未來生活中取得實質(zhì)性成功的經(jīng)驗”[4]。與以知識為中心、教師傳授為主的傳統(tǒng)教育相反，OBE強(qiáng)調(diào)學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)成果的確定、達(dá)成方式以及達(dá)成度的評價[5]。其核心理念是以學(xué)生為中心、面向產(chǎn)出、持續(xù)改進(jìn)，有利于提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生個性化發(fā)展[6]。圍繞OBE的教學(xué)改革研究已經(jīng)成為當(dāng)前高職教育改革的熱點領(lǐng)域。

在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的背景下，運動控制技術(shù)課程在電氣自動化領(lǐng)域得到廣泛開設(shè)，課程教學(xué)改革研究的必要性也愈加突出。運動控制技術(shù)課程講授如何對機(jī)械運動部件的位置、速度等進(jìn)行實時控制和管理，使其按照預(yù)定的運動參數(shù)和軌跡完成相應(yīng)的動作[7]。該課程是電氣自動化專業(yè)的核心課程，目標(biāo)是培養(yǎng)熟悉運動控制系統(tǒng)集成、開發(fā)、應(yīng)用、改造升級，具備團(tuán)隊協(xié)作和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)復(fù)合型技術(shù)技能人才，為從事自動控制系統(tǒng)生產(chǎn)、安裝、技術(shù)改造以及自動化產(chǎn)品營銷和技術(shù)服務(wù)等工作打下基礎(chǔ)。

一、運動控制技術(shù)課程特點

（一）多學(xué)科交叉

運動控制技術(shù)課程為多學(xué)科交叉課程，綜合運用機(jī)械傳動技術(shù)、電機(jī)拖動技術(shù)、變頻技術(shù)、PLC控制技術(shù)、檢測技術(shù)等知識解決運動控制系統(tǒng)集成與應(yīng)用中的典型問題。

從被控對象角度，學(xué)生需要分析被控對象位置、速度和加速度的運動需求，能夠根據(jù)需求設(shè)計運動曲線，計算曲線參數(shù);從傳動機(jī)構(gòu)角度，學(xué)生需要了解常用傳動機(jī)構(gòu)的慣量和轉(zhuǎn)矩折算方法，能夠根據(jù)負(fù)載運動需要選擇合適的傳動機(jī)構(gòu);從執(zhí)行機(jī)構(gòu)角度，學(xué)生要能讀懂電機(jī)的機(jī)械特性曲線，能夠正確匹配電機(jī)—傳動機(jī)構(gòu)的功率、轉(zhuǎn)矩、慣量和當(dāng)量，根據(jù)運動需要選擇合適電機(jī);從驅(qū)動器的角度，學(xué)生需要熟悉步進(jìn)驅(qū)動器、變頻器、伺服驅(qū)動器的電氣連接和工作參數(shù)配置方法;從控制器角度，學(xué)生需要根據(jù)編程手冊，結(jié)合運動軸的硬件資源配置和運動需求，完成簡單運動控制程序的開發(fā)與調(diào)試;從反饋裝置角度，學(xué)生要掌握位置檢測用傳感器和視覺傳感器的選型及配置方法等相關(guān)知識。

（二）技術(shù)更新快

運動控制器是運動控制技術(shù)課程的核心，運動控制器的快速升級和換代不斷為運動控制技術(shù)課程帶來知識和技術(shù)的更新。

運動控制器依據(jù)平臺可以劃分為PLC、嵌入式控制器和PC-Based控制卡三類[8]。隨著PLC、嵌入式技術(shù)和計算機(jī)的快速發(fā)展，運動控制器在向智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化方向快速發(fā)展，控制精度和速度不斷提升。運動控制技術(shù)課程的運動控制環(huán)節(jié)也需要隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動態(tài)更新。

二、課程教學(xué)中存在的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容沒有對接實際崗位需求

傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容根據(jù)“運動任務(wù)分析→方案設(shè)計→傳動機(jī)構(gòu)選擇→電機(jī)選擇→驅(qū)動器配置→檢測與控制器件選擇→控制程序設(shè)計”的工作流程組織，沒有直接對接工作崗位需求，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識點和技能點沒有崗位針對性。另外，學(xué)習(xí)單元之間邏輯性強(qiáng)，環(huán)環(huán)相扣，若其中一個單元沒有掌握，就會影響后續(xù)單元的學(xué)習(xí)。而高職學(xué)生的特點是專注性和耐性差，這種教學(xué)內(nèi)容的組織形式容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)過程中掉隊，加大學(xué)生的層次差異。

（二）教學(xué)資源無法還原真實生產(chǎn)環(huán)境

傳統(tǒng)教學(xué)資源主要以多媒體課件、圖片、視頻為主，很難將復(fù)雜的工序、真實的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)細(xì)節(jié)動態(tài)、直觀地展現(xiàn)出來，更無法對學(xué)生的方案成果進(jìn)行驗證和改進(jìn)。另外，傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)只在課堂上進(jìn)行，學(xué)生在課堂外無法方便地獲取相關(guān)學(xué)習(xí)資源，討論和分享成果，限制了學(xué)生的技能提高和學(xué)習(xí)熱情。

（三）評價方法無法判斷職業(yè)能力獲取

傳統(tǒng)的評價方式由過程考核和期末考核組成，考核內(nèi)容僅針對教學(xué)知識點，不能評價學(xué)生對某一職業(yè)能力的獲取和提升情況，教學(xué)過程中無法動態(tài)跟蹤和記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)策略。

三、課程教學(xué)改革措施

（一）教學(xué)內(nèi)容重組

調(diào)研合作企業(yè)，聚焦企業(yè)對智能產(chǎn)線調(diào)試運維、技術(shù)改造、營銷和技術(shù)服務(wù)崗位的能力要求，收集企業(yè)真實的生產(chǎn)案例，建立案例庫、操作視頻庫、工藝圖庫和原理動畫庫。參考企業(yè)建議，對接“運動控制系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)，融入“機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”和“自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試”技能大賽考點，選取合適案例轉(zhuǎn)化為教學(xué)項目，緊跟產(chǎn)業(yè)新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范，重組和更新教學(xué)內(nèi)容，如圖1所示。

（二）教學(xué)設(shè)計優(yōu)化

數(shù)字賦能教學(xué)，設(shè)計課前備知識、課中練技能、課后拓視野三個教學(xué)環(huán)節(jié)，利用在線學(xué)習(xí)平臺、電子教室、無線投屏、虛擬仿真軟件、微教材、操作視頻等數(shù)字資源，再現(xiàn)真實的生產(chǎn)場景，幫助學(xué)生攻克重難點、驗證創(chuàng)新方案，構(gòu)建“線上線下混合、理虛實結(jié)合、教學(xué)作評一體”的教學(xué)模式。

課前線上環(huán)節(jié)，教師將本節(jié)課所需電子講義、產(chǎn)品手冊、預(yù)習(xí)視頻等上傳到學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生根據(jù)自己的時間碎片化瀏覽學(xué)習(xí)。教師在平臺討論區(qū)開設(shè)討論話題或推送預(yù)習(xí)測試，學(xué)生在討論區(qū)開放式與教師和其他學(xué)生展開討論，或進(jìn)入作答區(qū)檢驗預(yù)習(xí)效果。教師根據(jù)學(xué)生的討論和作答情況調(diào)整上課進(jìn)度和方案。

課中線下環(huán)節(jié)，按照“導(dǎo)案例→引任務(wù)→踐操作→評效果”的流程實施，“導(dǎo)案例”導(dǎo)入典型生產(chǎn)案例，“引任務(wù)”按照任務(wù)實施流程和預(yù)判重難點，將主任務(wù)拆解為基礎(chǔ)、提高和創(chuàng)新三級子任務(wù)，“踐操作”采用“理虛實”結(jié)合的方式，根據(jù)三級子任務(wù)流程由淺入深對重難點和創(chuàng)新點逐一擊破和驗證，“評效果”對學(xué)生作品點評總結(jié)，有效提高了課堂活力和效率。

課后線上環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)生對知識和技能的掌握情況，布置基礎(chǔ)拓展任務(wù)和選做提高任務(wù)，分層拓展提高?；A(chǔ)任務(wù)夯實學(xué)生的基本技能，學(xué)有余力的學(xué)生完成選做任務(wù)，拓寬知識和技能儲備。教學(xué)實施過程如文末圖2所示。

（三）評價機(jī)制完善

課前知識達(dá)標(biāo)成果和課后知識拓展成果成績由學(xué)習(xí)平臺自動給出，課中三種職業(yè)能力分別對應(yīng)基礎(chǔ)、提高和創(chuàng)新三個子任務(wù)，每個子任務(wù)對應(yīng)一個過程成果產(chǎn)出，由教師根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)線下評分并登記平臺，課程結(jié)束后平臺核算所有環(huán)節(jié)計分，建立個性化學(xué)生評價檔案。由此知識維度的達(dá)標(biāo)性評價、能力維度的結(jié)果性評價和素質(zhì)維度的過程性評價共同構(gòu)成了“三維+全過程”的立體評價方式。同時在每個項目間，通過設(shè)置增值評價考核點開展學(xué)生個人學(xué)習(xí)診斷，鼓勵學(xué)生依據(jù)增值考核點，跟蹤個人能力的提升過程，從而達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

四、課程教學(xué)改革實施成效

按照崗位能力標(biāo)準(zhǔn)，依托真實生產(chǎn)案例，“雙師”承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，學(xué)生合作完成任務(wù)、匯報成果，實現(xiàn)了對運動控制技術(shù)“了解→熟悉→掌握→應(yīng)用”的認(rèn)知過程演變和“知識指導(dǎo)實踐→實踐中總結(jié)經(jīng)驗→創(chuàng)新驗證提高”的能力遷移，通過對評價數(shù)據(jù)的綜合分析，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成效果明顯提升，如圖3所示。隨著項目的進(jìn)行，班級過程考核優(yōu)秀率從21%提升至60%，良好等級人數(shù)保持穩(wěn)定，中等和及格人數(shù)明顯減少，從能力評估結(jié)果來看，學(xué)生的團(tuán)隊合作能力、規(guī)范操作能力和創(chuàng)新能力都有明顯增強(qiáng)。

五、結(jié)語

運動控制技術(shù)課程是電氣自動化專業(yè)的核心課程，具有綜合性強(qiáng)、內(nèi)容更新快的特點。本文以從“知識中心”到“能力中心”轉(zhuǎn)變?yōu)榍腥朦c，分析了課程教學(xué)中存在的主要問題，在此基礎(chǔ)上，以成果導(dǎo)向為指導(dǎo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計和評價機(jī)制方面對運動控制技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)改革研究，從實施結(jié)果來看，改革方案切實提高了學(xué)生的知識獲取、實踐操作和創(chuàng)新合作能力，為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型技術(shù)技能人才提供了理論參考和思路。

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編輯 馬燕萍