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摘要：针对“运动控制系统”实际教学中存在的问题，结合现有教学条件，引入CDIO教学理念，探讨基于工程教育模式的“运动控制系统”教学改革方法和实践过程，在学习中逐步培养学生的现代工程意识，促进学生素质教育的发展和建设。
关键词：CDIO；运动控制课程
本文引用格式：刘雪梅，等.运动控制教学中的CDIO能力培养[J].教育现代化,2019,6(27):126-128.
CDIO Ability Training in Motion Control System Teaching
LIU Xue-mei,WANG Wei-jun,ZHAO Ting,SONG Meng-hua
((Ming De College,Northwestern Polytechnical University,Xi’an,Shaanxi)
Abstract:Based on the problems in the teaching of motion control system and the current teaching conditions,the paper discusses its teaching reform and practice on the basis of engineering teaching model by introducing CDIO concept.The teaching aims to cultivate the students’awareness of modern engineering and promote their all-round development..
Key words:CDIO;Motion control system
《运动控制》是自动化专业、电气工程专业的主干课程，课程内容以《电机及拖动》、《电力电子技术》、《控制原理》等专业课程为基础，是一门理论性、应用性、实践性和综合性都很强的课程。传统《运动控制》课程采用教师为主体，老师讲学生听的教学方式，学生被动接受知识，主动型学习不足[1]；实验以验证型为主，注重实验的结果而非是探究的过程，造成学生实践能力及创新能力的不足；实验室建设不足，传统硬件实验设备容易损坏、维护难和寿命短等，使教学目标难以落实，实验教学容易走过场，培养的学生实践探究能力、设计能力、创新能力严重不足[2]。
针对上述情况，并考虑到《运动控制系统》课程实践性强的特点，结合CDIO的工程教育模式，旨在提高学生“学以致用”的综合工程能力素质，以便满足行业对工程技术人才质量的要求。
一基于CDIO理念的课程教学组织内容和方法
以工程系统的构思、设计、实现和运作为教育理念，强调工程能力培养，推进项目化教学模式[4]。课程中教师采用启发式教学方式，以项目驱动完成实训项目，包括任务分解、依次任务下达与完成、总结项目流程、情景应用项目等环节，实现真实工作任务与学生专业能力的有效衔接。在实践环节，采用工作流程导向原则，将知识、技能贯穿于项目完成，突出由简入深的教学特点。教学组织内容如图1所示。
二 CDIO理念下的教学方法手段的改革
（一）案例化和模块化的课堂教学改革
为了解决学生由于基础知识不扎实，或课程衔接不平滑所造成的学生积极性下降等情况，采用引导式教学模式，通过简单易懂身边示例将学生引入相关知识的学习中，通过问题研讨，令学生理解基础概念的内容、用法及所解决的实际问题，从而使学生真正理解、掌握相关知识，达到实际应用的目的，而非简单的机械记忆。将电机控制理论学习与工程案例分析、科研活动等相结合，培养学生的工程实践能力和创新能力。
（二）教学形式多元开放
采用小组讨论、章节讨论、项目参与实践等开放、协作、自主的互动形式，提高学生学习兴趣，并加深对课程的理解。
（三）结合课程与竞赛/教师科研课题的衔接
充分发挥虚拟仪器、MATLAB/SIMULINK等相关专业软件的应用，目前，电气10931501班与自动化10911501班有一部分学生实际参与到老师的省上科研项目中，这样可以将课堂教学和教师科研进行有机融合，不但可以引入前沿技术、更新教学内容，使学生掌握新知识，同时还可以达到“学以致用”的综合工程能力素质的提升。
三 CDIO理念下的实践实训教学方法手段的改革
（一）建立引导式实验教学体系
在运控实验教学中，遵循从简单到复杂、具体到抽象的循序渐进的方法。
1.接触与认知，运动控制入门实验把学生作为教学活动的主体，课前，学生通过预习可独立的分析系统的控制指标、性能等，带着问题去上课，在课堂上自主讨论并探究分析、解决问题，从而对问题有更深刻的理解。首先需要让他们进行接触认识，比如直流电动机单闭环调速系统，看看如何能实现正常启动、快速制动，如何能实现正反转，这样学生就可以将学到的电机知识与实物联系起来，再继续让学生接触测功机，模拟电路搭建的PI控制器等，这样学生就可以把单闭环控制系统的方框图与实际的控制回路联系起来，理解控制框图的实物化。在实验过程中，学生从“看得见”到“摸得着”，使其对搭建的控制系统建立起深刻的理解。
2.简单到复杂的层次化提高在运动控制系统的实验中，遵循如下原则：主回路的电机实物→控制回路的元器件→控制系统方框图搭建与仿真→系统的实物实现调试过程，培养学生的逻辑思维。比如，直流调速系统，首先搭建直流电机开环系统，分析性能指标；接下来对转速单闭环直流调速系统进行搭建分析；对比和开环系统的调节时间、超调量等性能指标，并对启动时间提出更高的要求，因此搭建转速、电流双闭环直流调速系统。按照建模、仿真、实物实现、结果分析一条主线进行，调动其学习的主观能动性。
3.以项目构建实训项目模块围绕电气工程及其自动化、自动化两个专业，结合职业岗位不同能力的需求[6]，选择典型电机中的典型控制任务，开发由简单到复杂，由单项到综合的实验训练模块，例如图1中构建的与应用对接的“模块组合，项目引领”的实践教学体系，在实训过程中，按“内容项目化、环节标准化”要求，与合作企业共同创新并构建了分层实践教学实施体系。
（二）仿真实验平台的构建与应用
基于专业软件MATLAB等的使用情况来看，仿真实验平台非常适合本课程抽象、复杂的特点，学生反映满意，作为一种辅助教学手段，仿真软件能够调动学习的主动性，变复杂抽象的知识点为较为容易理解的图形/控制方框图等，为学生提供了多元高效的学习途径。
1.提高现有实验软件的适用性，更新和改进实验教学软件
根据运控课程抽象、综合要求很强等特点，利用MATLAB相关专业软件，搭建调速系统方框图，学生可以从功能部件进行理解，让学生从感性认识过渡到理性认知。
2.倡导学生自主学习，进行实验课程仿真平台的建设
同时搭建了电机调速系统仿真平台，如图2所示。仿真平台具备较强的真实感和易操作性，使知识点更容易消化理解，达到教学相关的教学效果[3]。MATLAB/SIMULINK仿真平台可以直接输入参数进行仿真，这极大的改善了运动控制的设计方法和设计过程。这样随着学生实验形式的多元化，使其对实验内容的理解更加具体形象，体会也更为深刻。
（三）建立项目式的实训教学体系
基于CDIO理念的实训教学体系，通过对项目整体的充分参与[5]，从而充分发挥学生的主观能动性、尤其是项目组织、设计、开发和实施能力，以及较强的协调能力、沟通能力。例如，在进行课程设计实践环节中，由老师拟定项目内容，学生随之分为n组(视学生具体人数而定)，自行选择不同类型的电机，并分析不同电机的工作原理、实验方案、分配组员具体的实验任务、操作仪器设备、获取实验数据结果。评价不同电机性能、撰写实验报告、制作汇报PPT等。在这一系列过程中，教师只负责答疑，即使学生理论分析时出现了一定的错误，教师也不阻止实验进行，让学生从错误中学习（如果一直错下去，会出现什么样的结果，点评时总结学生出错的原因及如何正确分析）。探索引导式实验教学环节，实现了从被动接受教育到学生自主探究、设计和实施的转变。实施结果表明实践环节取得了较好的效果，充分发挥了学生的主体作用。
四教学效果评价
期末考试证实了运动控制教学实践效果较为理想，同时我们还就项目式的教学过程的受欢迎程度在学生中开展了调查，结果显示，89%的学生认可基于项目开发的教学过程，认为此教学模式优于传统课堂，多数学生能很好地参与到项目的角色中并完成相应的工作，这说明基于项目开发的教学过程对分层教学起到了一定的作用，并为后续的工作做了一定的铺垫。
参考文献
[1]朱永红,刘蜀阳,王建红.技术》一体化教学改革与实践[J].景德镇学院学报,2015,06:41-44.
[2]邱义臻,张丽.基于CDIO工程教育理念机电产品拆装实习教学[J].机电产品开发与创新,2018,03:179-180.
[3]崔贯勋.熊建萍.基于虚拟仿真技术的MOOE实践教学平台开发[J].实验技术与管理,2016,04:103-107.
[4]陈松.理实一体化教学模式的构建及其作用——以“数控机床编程及操作”课程为例[J].湖北理工学院学报,2018,34(04):69-72.
[5]沈艳霞,潘廷龙,纪志成.CDIO-P培养模式下运动控制系统课程改革探索[J].江南大学学报（教育科学版）,2009,09:270-273.
[6]孙志雄,谢海霞.数字电路实验教学的创新性实践与探索[J].教育现代化,2018,10:35-37.
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