關(guān)于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程多環(huán)節(jié)教學(xué)模式的初步探討

摘 要 本文針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程內(nèi)容多、理論強(qiáng)、講授難的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際教學(xué)條件，提出了多環(huán)節(jié)教學(xué)模式及應(yīng)用多種先進(jìn)教學(xué)手段的教學(xué)方法。理論教學(xué)采取啟發(fā)式、討論式、逆向式等多種方式，重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，利用畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)可加強(qiáng)理論知識(shí)的鞏固與應(yīng)用。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，在提高運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程教學(xué)質(zhì)量方面是有效的。

關(guān)鍵詞 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 多環(huán)節(jié)教學(xué) 自動(dòng)化專業(yè)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)）》是高等學(xué)校本科自動(dòng)化專業(yè)以及電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門(mén)主干專業(yè)課程，其任務(wù)是著重研究電氣傳動(dòng)控制基本規(guī)律，應(yīng)用自動(dòng)控制理論和電力電子技術(shù)解決系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中提高理論認(rèn)識(shí)。該課程綜合了電路理論、電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)、自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等課程的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。該課程的宗旨側(cè)重基本概念、基本原理及實(shí)際應(yīng)用，突出新器件、新技術(shù)的應(yīng)用，力求體現(xiàn)當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平。為今后走上工作崗位，從事自動(dòng)控制工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，是理論與實(shí)踐并重的課程。

隨著電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)學(xué)科的快速發(fā)展，原來(lái)所采用的的課程體系，教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)手段已不能很好地適應(yīng)現(xiàn)代部分高校應(yīng)用型教育發(fā)展潮流，主要面臨教學(xué)手段和方式單一而學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)的專業(yè)課程興趣不高，教材內(nèi)容沒(méi)有充分體現(xiàn)近年來(lái)本學(xué)科的最新進(jìn)展，配套實(shí)驗(yàn)設(shè)施不夠完善，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)單一，不能很好地滿足現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求等問(wèn)題。近年來(lái)，為了滿足“寬口徑、重實(shí)踐、應(yīng)用型”現(xiàn)代高等教育模式，我校運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課題組老師對(duì)該課程本科專業(yè)課的教學(xué)和實(shí)踐進(jìn)行了初步探索。

1 修改人才培養(yǎng)方案和大綱

本課程各章各環(huán)節(jié)中涉及的理論概念教多且抽象難懂，整本教材包括直流和交流兩大部分內(nèi)容，每一部分?jǐn)?shù)學(xué)含量大。尤其是交流部分系統(tǒng)分析復(fù)雜、難點(diǎn)多，并且以直流部分為基礎(chǔ)，這就要求任課教師首先必須具備深厚而廣泛的學(xué)識(shí)，還要具備豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研工作經(jīng)驗(yàn)，最好講授過(guò)對(duì)電機(jī)和電力電子技術(shù)等先修課程。而且對(duì)國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及數(shù)字控制技術(shù)等發(fā)展的動(dòng)態(tài)有比較廣泛的了解。當(dāng)然學(xué)生必須對(duì)電路、電子技術(shù)、自動(dòng)控制等先修基礎(chǔ)課程有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和掌握。

對(duì)于我校2005級(jí)之前本科學(xué)生，該課程安排在第七學(xué)期。這樣即使學(xué)生感興趣，由于面臨就業(yè)等壓力，在授課期間具體應(yīng)用、實(shí)踐的時(shí)間和機(jī)會(huì)也不會(huì)很多。同時(shí)畢業(yè)班的學(xué)生要面臨就業(yè)的壓力，時(shí)間和精力都比較分散，此門(mén)課程又有一定的難度，所以教學(xué)效果一直不好。2007年本科教育評(píng)估期間，結(jié)合學(xué)校及本專業(yè)的特點(diǎn)重新修訂了2006級(jí)人才培養(yǎng)方案和大綱。把運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程安排在第六學(xué)期，并對(duì)教學(xué)的內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)和學(xué)時(shí)都進(jìn)行了修改和優(yōu)化。從2006級(jí)以來(lái)近三年學(xué)生的教學(xué)反饋中無(wú)論從課堂效果、作業(yè)等方面都收到了良好的效果

2 合理選用教材和教學(xué)內(nèi)容

選擇一本合適的教材對(duì)于搞好一門(mén)課的教學(xué)是至關(guān)重要的， 為此我們精心選擇了機(jī)械工業(yè)出版社教材《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》，該教材符合電氣自動(dòng)化、自動(dòng)化等專業(yè)，是多年來(lái)一直受到好評(píng)的優(yōu)秀教材。多年以及多個(gè)學(xué)校教學(xué)實(shí)踐證明，該教材專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)內(nèi)容非常全面，實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)容適中。尤其是經(jīng)過(guò)再版和三版后，在原有教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，也及時(shí)擴(kuò)充相關(guān)領(lǐng)域的前沿知識(shí)，讓授課教師和學(xué)生都能夠及時(shí)了解該領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

在教學(xué)內(nèi)容方面，考慮到使講授的內(nèi)容和先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展同步，并及時(shí)適當(dāng)補(bǔ)充新的知識(shí)點(diǎn)，真正做到重點(diǎn)突出，理論和實(shí)踐結(jié)合。例如在直流調(diào)速系統(tǒng)中，單閉環(huán)調(diào)速雖然是基礎(chǔ)，但是相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)該在結(jié)合先修課程電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)上以回顧的形式講授。而雙閉環(huán)調(diào)速是整本書(shū)的主要內(nèi)容，并且是后面交流部分的基礎(chǔ)，應(yīng)占用較多學(xué)時(shí)作為重點(diǎn)介紹。邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)和實(shí)際中常用的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)都與學(xué)生就業(yè)后的實(shí)際有聯(lián)系，所以應(yīng)作為重點(diǎn)。數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合單片機(jī)原理來(lái)講授，并可以采用大作業(yè)的形式讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)。隨著三大技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)上升到主導(dǎo)地位，并將逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)，這一部分是作為整個(gè)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 理論教學(xué)采取多種教學(xué)方法和手段

3.1 重視課堂教學(xué)，增加教、學(xué)互動(dòng)及課堂討論

課題組還是把課堂講授作為主渠道作用，盡量做到深入淺出，循序漸進(jìn)，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)。例如：在對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速講授時(shí)，首先通過(guò)具體的例子分析單閉環(huán)系統(tǒng)不能形成良好的動(dòng)態(tài)性能，然后再一次引入自動(dòng)控制理論中閉環(huán)負(fù)反饋概念，要使系統(tǒng)在快速平穩(wěn)地起動(dòng)后穩(wěn)定運(yùn)行，必須在原單閉環(huán)的基礎(chǔ)上引入電流負(fù)反饋。這樣很自然地將控制理論與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相融合，使學(xué)生產(chǎn)生一定的興趣。

另外，在傳統(tǒng)的課堂灌輸式授課基礎(chǔ)上重點(diǎn)引入啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。例如在講解邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)，恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，我們不是采用常規(guī)的講解順序，而是將逆向式教學(xué)方法引入到課堂教學(xué)。首先會(huì)以問(wèn)題形式讓大家思考系統(tǒng)所要完成的具體任務(wù)以及具有的功能，然后讓學(xué)生帶著問(wèn)題看教材。這同時(shí)啟發(fā)學(xué)生通過(guò)討論的方式，如何設(shè)計(jì)本部分電路原理框圖。很多學(xué)生在教師的啟發(fā)下會(huì)思考出自己的思路和想法，最終基本上能將完整的控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)出來(lái)。這將使學(xué)生具有很大的成就感，并能寓教于樂(lè)。

授課過(guò)程中，老師要多提啟發(fā)性問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考或者開(kāi)展專題討論和完成課后作業(yè)。加強(qiáng)課堂互動(dòng)的交流環(huán)節(jié)可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性踴躍性，會(huì)收到很好的教學(xué)效果。如：在講授數(shù)字控制部分時(shí)，教師會(huì)啟發(fā)學(xué)生回憶剛剛學(xué)過(guò)的微機(jī)原理及接口技術(shù)、單片機(jī)原理、自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)等課程內(nèi)容。并聯(lián)系前邊章節(jié)所講的直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理，完成課堂討論，并以作業(yè)的形式提交一個(gè)直流數(shù)字控制調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

3.2 多媒體教學(xué)為主，黑板講授為輔的教學(xué)手段

由于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程學(xué)時(shí)多，信息量相對(duì)較大，綜合性強(qiáng)，這時(shí)多媒體教學(xué)就能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容在采用多媒體教學(xué)手段的時(shí)候也會(huì)因內(nèi)容而異，如：對(duì)常規(guī)內(nèi)容的講解、原理推導(dǎo)等用PPT完全可以滿足教學(xué)要求；在講授運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)可借助DVD錄像輔助講解，同時(shí)增加Flash動(dòng)畫(huà)形式來(lái)激發(fā)學(xué)生的興趣便于加深理解。

在使用多媒體課件的同時(shí)，根據(jù)課程內(nèi)容，也可以使用傳統(tǒng)的板書(shū)。例如在講解單閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校正時(shí)需要繪制系統(tǒng)的BODE圖，采用板書(shū)可以使整個(gè)的計(jì)算過(guò)程清晰明了。采取兩種方式結(jié)合的方式，多媒體教學(xué)充分發(fā)揮了信息量大、形象直觀等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)黑板板書(shū)還保留親和力強(qiáng)和交互性好等優(yōu)點(diǎn)。

4 充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的有效性

任何一門(mén)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的都是讓學(xué)生要善于思考、注重團(tuán)隊(duì)之間的相互配合，從而能提高學(xué)生的解決實(shí)際問(wèn)題的能力。該課程共設(shè)置兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，但都存在課時(shí)長(zhǎng)，很強(qiáng)的綜合性、實(shí)驗(yàn)過(guò)程比較復(fù)雜的特點(diǎn)。比如《雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試》要涉及到電機(jī)和三相全控橋等多個(gè)環(huán)節(jié)，需要采取循序漸進(jìn)的方法，要求學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前要認(rèn)真預(yù)習(xí)電力電子技術(shù)，復(fù)習(xí)電機(jī)原理等相關(guān)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中的的基本步驟嚴(yán)格進(jìn)行，學(xué)會(huì)各種設(shè)備、儀器、儀表的熟練使用。并要求學(xué)生分組分工自行完成，調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)并記錄，同時(shí)有專門(mén)同學(xué)觀察對(duì)系統(tǒng)性能的影響，最終完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。

另外為了克服設(shè)備、場(chǎng)地、時(shí)間等很多客觀條件的限制，也為了提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的多方面的思維能力，我們計(jì)劃將Matlab仿真技術(shù)Simulink引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，可以充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的人機(jī)交互方式，這樣可以加深學(xué)生對(duì)系統(tǒng)以及課程內(nèi)容的理解，而且能夠大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投資，減少實(shí)驗(yàn)室維護(hù)人員的工作量。

5 利用課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)理論知識(shí)的鞏固與應(yīng)用

為了鞏固課程的教學(xué)，在課程結(jié)束后下個(gè)學(xué)期初，設(shè)置了為期兩周的專門(mén)針對(duì)本門(mén)課的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)《自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)與調(diào)試》，設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是目前應(yīng)用較廣的V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路和控制電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。這樣，學(xué)生不僅對(duì)課程的內(nèi)容和知識(shí)體系有了更深入的理解，也為馬上面臨的畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件，同時(shí)為畢業(yè)后進(jìn)入工廠打下了一定的基礎(chǔ)。

我們抓住畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，長(zhǎng)期與通化鋼鐵股份有限公司合作，每年到公司有為期兩周的畢業(yè)實(shí)習(xí)。讓學(xué)生把理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，了解運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在工廠里的具體應(yīng)用。另外，在申報(bào)和選取畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，增加工程生產(chǎn)類型的比重，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用能力。

6 結(jié)論

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是隨著電力電子技術(shù)、控制理論以及計(jì)算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)的重要課程。本領(lǐng)域教材內(nèi)容要不斷適應(yīng)本科院校發(fā)展而更新，教學(xué)手段也要結(jié)合多媒體和板書(shū)等多種方式和技術(shù)手段。為了讓學(xué)生更好地掌握知識(shí)，需要將課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有機(jī)結(jié)合，并在課堂作業(yè)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)環(huán)節(jié)中讓學(xué)生加深對(duì)相關(guān)課程內(nèi)容的理解和消化。這樣就會(huì)很好地培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力，可以有效提高運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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