運動控制課程教學改革研究

王永林

中原工學院 鄭州 450007

1 引言

運動控制課程是中原工學院自動化專業的一門核心專業課，涉及的知識面寬，應用范圍廣，融匯基礎理論、技術基礎和工程技術為一體，具有極強的理論性、技術性和實踐性，所以學好該門課對提高學生的工程實踐能力有著重要的意義。但由于該課程概念、公式繁多，理論抽象，信息量大，綜合性強，學生普遍反映比較難學，選課和聽課情緒不高。

針對課程存在的問題，結合多年的教學體會并借鑒相關高校的教學經驗，對運動控制課程的理論教學、實踐教學和考核方式進行改革研究。

2 課程當前存在的問題

1）學生對課程的意義認識不全面，學習目標不明確，在學習過程中比較茫然，沒有方向感，缺乏學習動力。

2）運動控制的先修課程有電機學、自動控制原理和電力電子技術等，很多學生反映這些課程沒學好，所以對運動控制課程望而生畏，喪失興趣，在分方向選課的模式下，回避該門課程。

3）傳統課堂教學通常采用“滿堂灌”的教學方法講授理論知識，學生只能機械地記憶原理，比較枯燥、乏味，學習興趣和積極性不高。

4）由于實驗設備數量有限，通常是一組多人，實際動手的學生有限；學生做實驗也是機械地按照實驗指導書的步驟進行操作，很難達到實驗教學目標。當前數字調速是趨勢，但由于多種因素限制，實驗設備沒能及時更新，實驗還是以模擬裝置為主，無法滿足現代運動控制系統實驗教學的要求。課程設計往往由于設備條件限制而變成紙上談兵。

3 理論教學改革

3.1 上好緒論課

學生對課程不感興趣，一個重要原因就是不知道課程有什么用。為此，要認真備課，廣泛搜集資料，充分利用多媒體技術，采用文字、圖表、動畫、影片等多種形式，在緒論課上讓學生充分了解課程的開設意義和主要內容，把什么是“運動控制”講解清楚，突出電力傳動相對于其他傳動方式（液壓傳動、氣壓傳動、柴油機傳動等）的優勢，并用實例強調運動控制技術的實用性和應用的廣泛性。

3.2 處理好本課程與其他課程的關系

運動控制課程是一根線，把很多先修課程聯系起來并用于解決實際問題。這一點可以反映出運動控制課程的重要性和實用性，但也造成學生因某門先修課沒學好而畏懼運動控制課程的現象。針對這種狀況，采取與先修課課程的任課教師經常溝通的措施，做好分工合作，一是使講課內容不重復，二是請他們在講課時把相關知識點進行強化，為學生下一步學習運動控制課程鋪路。另外向學生強調運動控制課程所用的先修課知識點是有限的，且是結論性的知識，也不是運動控制課程的重點（因先修課已學過），讓學生減少畏懼心理，增強學習信心。

現有的運動控制課程教材，對數字調速內容涉及不多，對系統實現介紹更少，為此專門開設微機控制調速課程。現在變頻器在工業中應用越來越廣泛，所以還開設了變頻器及其應用課程，專門講解變頻器與其具體使用方法。課程之間分工合作，將重點、難點分攤，可弱化單門課程的難度，增加內容的深度。

3.3 改進課堂教學方法

1）任務驅動，提高學生學習主動性。“任務驅動”是在學習知識的過程中，學生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個共同的任務，在強烈的問題動機的驅動下，通過對學習資源的積極主動應用，進行自主探索和互動協作的學習[1]。運動控制系統作為一種“系統”，具有“系統”的特性，就是各環節之間存在聯系。因此在系統的框架下，采用讓學生解決任務的方式學習各知識點。比如講完緒論課，給學生布置一個項目：晶閘管直流單閉環調速系統的設計與仿真。通過這個項目，讓學生把有關建模、檢測、驅動、控制器設計等內容聯系起來，并逐個突破。教師向學生講授有關理論知識，引導學生將所學知識與項目中要解決的問題聯系起來，增強學生學習的主動性和針對性。

2）充分利用多種教學手段。板書作為一種傳統的教學手段，將課程內容、重點難點扼要有序地呈現在黑板上，有利于學生對教學內容有整體的把握，有緩沖時間消化記憶；多媒體技術讓教師把時間花在課外，從而高效利用課堂時間，增大信息量，提供圖像、動畫、影片等具有視覺沖擊的內容提高學生感性認識和學習興趣；網絡輔助教學作為課堂教學的延伸，使學生能隨時隨地進行學習，打破時空限制，學校引進的“網絡課堂”系統為教師進行網絡教學提供了便利。另外，通過每周專門安排時間（課外）、網絡課堂系統的交流討論模塊、QQ、電子郵件等多種方式進行課程答疑，彌補多區辦學模式下師生交流不易的缺陷。多種教學手段相得益彰，共同為提高教學質量服務。

3）充分利用仿真軟件。在理論分析之后，對運動控制系統進行仿真分析，能使學生直觀地看到系統的運行結果，直接觀察參數變化和擾動對系統性能的影響，和教材內容相印證，增強學生對教材內容的理解度和認可度。目前應用于運動控制課程教學的仿真軟件有Proteus、VisSim、PLECS、Saber和MATLAB等[2]。

4 實踐教學改革

實踐教學是人才培養的重要環節，是實現人才知識、能力、素質協調發展的重要途徑和手段。對于培養高級應用型人才的高校，其重要性是不言而喻的。

4.1 實驗教學環節改革

針對原有的以模擬調速為主的實驗內容，近年來做了改革。中原工學院現有某公司生產的電力電子與交直流調速系統實驗臺10多套，能開設“晶閘管—電動機系統開環特性測試”“帶電流截止負反饋的轉速單閉環調速系統”“雙閉環不可逆調速系統”等直流模擬調速實驗。雖然模擬設備對學生直觀了解系統組成有幫助，但已顯得落伍。為了適應運動控制系統數字化的發展趨勢，微機控制調速開設了數字實驗。為了解決當前實驗設備臺套數不足的問題，暫時開設仿真實驗：“單片機控制的直流調速系統”采用Proteus軟件，“同步電動機的變頻調速系統”采用MATLAB軟件。“異步電動機的變頻調速”實驗采用西門子MM440變頻器代替笨重的舊式變頻器，在學校自主開發的“TEUD紡織電氣綜合實訓實驗裝置”上進行。“TVT-99D機械手運動實驗”作為演示實驗。新的實驗設備也在積極申請中。

4.2 課程設計環節改革

以往的課程設計由于缺乏硬件設備，通常由教師給一些原始數據和系統設計指標，學生做一些理論分析和計算，畫下原理圖，不去具體實現，所以很難達到實踐環節的教學效果。為了改善這一狀況，與微處理器與接口技術課程組的教師合作開設了“直流電機數字調速系統”的課設題目，使學生通過硬件設計、軟件設計和實物制作，對如何設計實現一個實際的運動控制系統有了整體的把握，提高了工程實踐能力。

4.3 重視第二課堂

為了進一步鍛煉學生的動手能力，鼓勵學生參加全國大學生電子設計競賽、“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽和“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽等各種競賽；鼓勵學生參與教師的科研工作，促進學生工程實踐能力和創新能力的培養。中原工學院已多次承辦電子設計競賽河南賽區賽事，近幾屆基本上次次都能斬獲全國一等獎，在其他賽事中也取得不俗的成績。學校在每屆電子設計競賽前專門針對競賽對學生進行的綜合培訓活動，是學生理論聯系實際、鍛煉和提高動手能力的一次好機會。

5 考核方式改革

加大對學生分析問題和解決問題能力的考核，將項目作業引入最后的成績評定中。針對傳統考核方式的弊端，嘗試進行改革。

1）針對運動控制課程內容復雜、公式較多、閉卷考試難以出題考查課程某些重點內容的狀況，嘗試將閉卷考試改為開卷考試。采用理論聯系實際的試題，考查學生對知識的活學活用能力。

2）將前述任務驅動教學過程中布置的項目作業作為最終考評的內容之一。這樣，學生最終成績由以下幾部分組成：平時成績（作業+實驗+考勤）占20%，項目作業占10%，期末卷面成績占70%。考評項目作業，既考查了學生的實踐能力，也是對學生積極參與任務驅動教學的一種督促。

6 結束語

隨著運動控制技術的發展和社會對人才需求的變化，教學改革的探索是持續不斷的，今后將以培養社會需求型人才為目標，不斷深化教學改革，提高人才的培養質量。

[1]鄒于豐.任務驅動教學法在網絡程序設計課程教學中的應用[J].梧州學院學報,2008,18(6):69-72.

[2]沈艷霞,潘庭龍,紀志成.CDIO-P培養模式下運動控制系統課程改革探索[J].江南大學學報:教育科學版,2009,29(3):270-273.