課堂教學(xué)與實(shí)習(xí)基地工程實(shí)踐環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)銜接分析

摘要：課堂教學(xué)是高等院校的傳授專業(yè)知識(shí)的主要方式。對(duì)于工科類專業(yè)，傳統(tǒng)的課堂講授方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想的效果，由于教學(xué)現(xiàn)場資源的局限性，教學(xué)效果的提升需要更豐富教學(xué)形式和新的特色。以《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》課堂教學(xué)為例，提出將課堂教學(xué)與實(shí)習(xí)基地實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)銜接，讓課堂不局限于教學(xué)樓，而是安插在實(shí)習(xí)基地的不同現(xiàn)場的實(shí)踐環(huán)節(jié)，將講解、仿真、實(shí)驗(yàn)和工程現(xiàn)場合為一體，組建多種形式于一體的課堂。在此基礎(chǔ)上，建立一套理論考試與實(shí)踐操作相結(jié)合的成績考核體系。實(shí)際運(yùn)行表明，這種課堂教學(xué)改革不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，也極大提升了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)課堂；實(shí)習(xí)基地；工程實(shí)踐；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）35-0165-03

一、工科類專業(yè)課程的課堂教學(xué)

在新的歷史條件下，隨著大眾化高等教育不斷深化，傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以提升辦學(xué)質(zhì)量。特別是工科類高等院校，專業(yè)知識(shí)在課堂教學(xué)中如何緊跟當(dāng)前相關(guān)行業(yè)的最新需求，如何適應(yīng)專業(yè)知識(shí)日新月異的更新和發(fā)展，是關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量提升的關(guān)鍵問題之一[1-2]。如何在教學(xué)過程中添加新的內(nèi)涵，大幅度提高學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，具有極其重要的社會(huì)意義[3-4]。近年來，課堂教學(xué)改革一直是探討教學(xué)質(zhì)量的熱點(diǎn)問題，從整個(gè)工科教學(xué)模式出發(fā)，文獻(xiàn)[5]認(rèn)為采用多媒體輔助教學(xué)，可以很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于化解教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，有助于實(shí)現(xiàn)立體化教學(xué)，能促進(jìn)教學(xué)效果的改善。文獻(xiàn)[6]結(jié)合小班化教學(xué)特點(diǎn)，探索實(shí)踐發(fā)現(xiàn)式教學(xué)法在小班化教學(xué)各環(huán)節(jié)的優(yōu)化改進(jìn)方法。該教學(xué)法可以有效發(fā)揮發(fā)現(xiàn)式教學(xué)法和小班化教學(xué)的優(yōu)勢，在傳授知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

具體到某一門課程的教學(xué)改革則更為豐富，如文獻(xiàn)[7]為提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才，從教學(xué)內(nèi)容、方法、手段以及實(shí)踐環(huán)節(jié)幾方面提出了“微特電機(jī)”課程建設(shè)的改革與實(shí)踐。主要措施有： 增加預(yù)備知識(shí)； 引入最新科研成果，豐富教學(xué)內(nèi)容； 將多媒體技術(shù)與黑板書寫相結(jié)合； 引入現(xiàn)場直觀教學(xué)，提高學(xué)生的參與性； 開放實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)研究分析的能力； 加強(qiáng)實(shí)習(xí)訓(xùn)練，增強(qiáng)動(dòng)手能力。實(shí)踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)微特電機(jī)的積極性和主動(dòng)性提高，激發(fā)了創(chuàng)新思維，取得了較好成效。文獻(xiàn)[8]根據(jù)電機(jī)學(xué)課程目前存在的問題和教學(xué)特點(diǎn)，結(jié)合新形勢下專業(yè)要求和教學(xué)體會(huì)，從技術(shù)層面分析了課程需要改革的要點(diǎn)和環(huán)節(jié)，包括開篇內(nèi)容的引入，仿真技術(shù)的應(yīng)用，章節(jié)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，課后高質(zhì)量習(xí)題的需求等問題，提出了相應(yīng)的建議，以供教材建設(shè)和課堂內(nèi)容設(shè)計(jì)參考。對(duì)于“電力電子技術(shù)”這門課程，文獻(xiàn)[9]基于PSIM實(shí)驗(yàn)仿真，融入理論教學(xué)。以整流電路為例，完成理論波形的繪制和分析，并獲得整流電路常用參數(shù)值。將教學(xué)重點(diǎn)由計(jì)算轉(zhuǎn)移到分析和思考，在理論教學(xué)中融入PSIM實(shí)驗(yàn)仿真，以仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和研究能力具有一定的促進(jìn)作用。

“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”作為電氣傳動(dòng)控制專業(yè)的主干課程，集“電機(jī)學(xué)”“微特電機(jī)”“自動(dòng)控制原理”“電力電子技術(shù)”等專業(yè)知識(shí)為一體，是這四門課程的綜合運(yùn)用與提升，也是對(duì)新能源、供配電、電力轉(zhuǎn)換、電氣控制及電氣裝備等專業(yè)課程的有力支撐。大部分高校將這門課安排在第七學(xué)期講授（大四第一學(xué)期），由于一部分同學(xué)因?yàn)橹耙恍┗A(chǔ)專業(yè)課沒有學(xué)好，知識(shí)結(jié)構(gòu)上存在薄弱環(huán)節(jié)，所以聽課吃力，加之教師在講授時(shí)，教學(xué)方法和手段沒有改善，照本宣科，則很難跟上教學(xué)進(jìn)度；另外一部分同學(xué)，專業(yè)知識(shí)比較扎實(shí)，到了大四之后，希望在專業(yè)水平上有所提升。作為教師，一方面要照顧好基礎(chǔ)比較差的學(xué)生，另一方面也要給學(xué)習(xí)成績好的學(xué)生提升的機(jī)會(huì)，最終讓所有的學(xué)生掌握這門專業(yè)課，提高創(chuàng)新能力。

二、課堂教學(xué)的任務(wù)分解與規(guī)劃

1.知識(shí)點(diǎn)模塊化

“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”主要以直流電機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)及永磁同步電機(jī)的控制作為學(xué)習(xí)對(duì)象，涉及電機(jī)類專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)較抽象，內(nèi)容較繁雜。在授課前，教師需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)和安排。首先，把握全面，突出重點(diǎn)。按照知識(shí)點(diǎn)之間的連貫性，理出一條知識(shí)鏈，并根據(jù)相關(guān)性分成若干相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)模塊。考慮到大綱要求和給定的課時(shí)，講授的順序應(yīng)該是從直流到交流電機(jī)控制部分，將知識(shí)模塊進(jìn)行優(yōu)化。直流電動(dòng)機(jī)重點(diǎn)是雙閉環(huán)控制部分；交流電機(jī)的內(nèi)容包括三相異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)，以三相異步電機(jī)為重點(diǎn)。控制原理部分無須展開，控制系統(tǒng)涉及到II型系統(tǒng)即可。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)控制部分，難點(diǎn)主要集中在直流部分的PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)、雙閉環(huán)調(diào)速過程、邏輯控制的無環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)等。三相異步電動(dòng)機(jī)的難點(diǎn)主要集中在動(dòng)態(tài)模型部分，如坐標(biāo)變換、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。

2.知識(shí)難點(diǎn)采用循環(huán)式教學(xué)方法重點(diǎn)突破

電機(jī)控制在工程應(yīng)用中是比較常見的應(yīng)用，也是“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”的重點(diǎn)內(nèi)容，如直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)控制、V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)、邏輯控制的無環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)等。交流電機(jī)VVVF調(diào)速、變頻器技術(shù)、矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制等，應(yīng)當(dāng)作為經(jīng)典知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講授。為保證課堂教學(xué)效果，須采用循環(huán)式教學(xué)方法如圖1所示，即從講解開始到仿真、實(shí)驗(yàn)、工程現(xiàn)場調(diào)試，再回到講解環(huán)節(jié)，進(jìn)行知識(shí)總結(jié)、分析和理論提升。使學(xué)生在工程應(yīng)用中掌握專業(yè)理論知識(shí)，啟迪創(chuàng)新思路。

三、課堂教學(xué)中的虛擬仿真是走向?qū)嵺`現(xiàn)場的橋梁

1.仿真將理論從抽象走向直觀

（1）電機(jī)控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)，離不開運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)和分析，三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型為高階方程，其特點(diǎn)是多變量、強(qiáng)耦合、非線性。為避免抽象枯燥的理論分析，可以給學(xué)生設(shè)計(jì)幾個(gè)有代表性的電機(jī)調(diào)速案例，讓學(xué)生獨(dú)立推導(dǎo)，建立數(shù)學(xué)模型，并在仿真平臺(tái)上給出明確結(jié)果，分析模型的特點(diǎn)和性能。以教材為依托，按照“先理論后仿真，再演示”的教學(xué)方法，使學(xué)生對(duì)本課程內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣，并循序漸進(jìn)地學(xué)好本課程專業(yè)知識(shí)。

（2）學(xué)生掌握MATLAB、SIMetix等仿真軟件的用法，不僅可以加強(qiáng)對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的理解，還可以發(fā)揮創(chuàng)造性思想，獨(dú)立完成對(duì)新的控制對(duì)象建模，設(shè)計(jì)控制路線。教師還可以把科研上的建模課題帶入教學(xué)中，或者結(jié)合學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目與競賽項(xiàng)目，如大學(xué)生參與的電子設(shè)計(jì)大賽、SRT及春苗項(xiàng)目等，提升學(xué)生的建模能力。

2.從仿真到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的過渡

如前所述，“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”這門課要求學(xué)生有很強(qiáng)的動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)研究是重要的學(xué)習(xí)過程。從仿真到實(shí)驗(yàn)的過渡，需要考慮以下的幾個(gè)方面：

（1）詳細(xì)的預(yù)案。基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前，必須自擬一套實(shí)驗(yàn)方案。為充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性思想，這種方案可以不拘泥于大綱規(guī)定的“規(guī)范操作步驟”，而是根據(jù)自己的理解進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）實(shí)驗(yàn)中所涉及到的設(shè)備，其原理和參數(shù)描述，必須先逐個(gè)了解，并作記錄。如所用三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)、轉(zhuǎn)子類型、測功機(jī)的原理和精度、變頻器類型及相關(guān)參數(shù)等。設(shè)備上沒有標(biāo)出的，需要進(jìn)行查閱。另外，根據(jù)前期的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，初步掌握實(shí)驗(yàn)過程的基本特性和參數(shù)。

（3）根據(jù)仿真模塊圖的連接順序，自主搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的搭建，是訓(xùn)練動(dòng)手能力的關(guān)鍵。摒棄封閉式實(shí)驗(yàn)插線柜，將所有的設(shè)備元?dú)饧_放性地放置在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或掛架上，讓學(xué)生充分了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能。由于設(shè)備數(shù)量的限制，可以將學(xué)生進(jìn)行分組，小組內(nèi)再進(jìn)行分工，協(xié)調(diào)開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

（4）仿真的目的是為了實(shí)驗(yàn)的順利開展，仿真的順利完成可以最小限度減少損耗，縮短調(diào)試周期，達(dá)到高效率地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。課堂教學(xué)中，應(yīng)該把仿真與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)應(yīng)起來，達(dá)到平順過渡。

3.團(tuán)隊(duì)合作式課堂教學(xué)提升教學(xué)效果

按小組或小班進(jìn)行上課，是很多高校提升課堂教學(xué)效果的常用模式[10-13]。無論是何種形式，其實(shí)都是以團(tuán)隊(duì)的合作特征來完成課堂教學(xué)任務(wù)。以嘉興學(xué)院“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課堂教學(xué)改革為例，采用了更為有效的動(dòng)態(tài)課堂教學(xué)模式，團(tuán)隊(duì)為自由組合，團(tuán)隊(duì)之間的工作是前后銜接和接力式的關(guān)系，每個(gè)團(tuán)隊(duì)必須按時(shí)完成自己的工作，下一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作才能順利展開。在后續(xù)的基地實(shí)習(xí)工程現(xiàn)場課堂中，這種團(tuán)隊(duì)式的協(xié)作，更有利于促進(jìn)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和凝聚力的形成。

四、實(shí)習(xí)基地資源在課堂教學(xué)中的作用

1.實(shí)習(xí)基地的課堂教學(xué)平臺(tái)準(zhǔn)備

由于強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，課堂主要是設(shè)在校外實(shí)習(xí)基地。實(shí)習(xí)基地是不同年級(jí)在不同時(shí)間的共享平臺(tái)，設(shè)備使用過程中，存在一定程度的重復(fù)性和間斷性。構(gòu)建一定的機(jī)制保證基地的使用效率，在有限的時(shí)間內(nèi)，保證設(shè)備和實(shí)踐教學(xué)發(fā)揮最好的效果。指導(dǎo)教學(xué)在制定本批學(xué)生課堂教學(xué)環(huán)節(jié)任務(wù)的時(shí)候，要做好下一批教學(xué)的準(zhǔn)備工作。為保證兩批學(xué)生教學(xué)的連貫性，下一批學(xué)生必須預(yù)習(xí)課堂上需要演示或完成的專業(yè)操作步驟。

2.工程現(xiàn)場課堂教學(xué)的考核認(rèn)定

工程現(xiàn)場的課堂教學(xué)，學(xué)生成績的考核認(rèn)定是教學(xué)效果的直接體現(xiàn)。教學(xué)的講解主要是通過現(xiàn)場演示，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程主要是通過觀摩之后現(xiàn)場操作，團(tuán)隊(duì)合作的協(xié)調(diào)性主要體現(xiàn)在小組接力式操作以完成生產(chǎn)流水線上的不同環(huán)節(jié)。實(shí)習(xí)基地統(tǒng)籌辦公室，應(yīng)制定一套《大學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐課堂成績?cè)u(píng)價(jià)細(xì)則》，匯總每個(gè)學(xué)生的工程現(xiàn)場操作的成績，根據(jù)現(xiàn)場安裝調(diào)試的結(jié)果，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行情況，采用優(yōu)秀、良好、中等、合格和不合格等五個(gè)等級(jí)來確定最終成績。學(xué)生的成績?cè)u(píng)價(jià)包括：實(shí)踐時(shí)間、完成指標(biāo)（如程序編寫、產(chǎn)品組裝、設(shè)備調(diào)試）、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新能力等幾個(gè)方面。

學(xué)生成績匯總之后，一方面記入學(xué)生檔案，另一方面存放企業(yè)實(shí)習(xí)基地備案，做為學(xué)生實(shí)訓(xùn)的一部分成績。

五、“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課堂教學(xué)改革的運(yùn)行效果

作為2014年度嘉興學(xué)院課堂教改專項(xiàng)，“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課堂教學(xué)展開了全新的運(yùn)行模式。動(dòng)態(tài)課堂主要穿插于教室、實(shí)驗(yàn)室、工程現(xiàn)場、校外實(shí)習(xí)基地等，將課本專業(yè)理論知識(shí)與仿真、實(shí)驗(yàn)、校外實(shí)習(xí)基地工程實(shí)踐緊密結(jié)合起來。學(xué)生不僅掌握了書本知識(shí)，而且將專業(yè)知識(shí)直接運(yùn)用于工程實(shí)踐或產(chǎn)品研發(fā)。

例如，在講授永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，其原理在課堂上先作簡單講述，然后再請(qǐng)企業(yè)工程師站在實(shí)際應(yīng)用角度來談?wù){(diào)速方法。課堂直接進(jìn)入企業(yè)現(xiàn)場（實(shí)習(xí)基地），現(xiàn)場講述控制器及驅(qū)動(dòng)器的工作、安裝原理，將大家分組，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)器安裝、調(diào)試的操作訓(xùn)練。當(dāng)所有小組的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)正常工作以后，指導(dǎo)教師再一次向同學(xué)們講授伺服系統(tǒng)的工作原理及控制過程。整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)銜接緊湊，同學(xué)們興趣濃厚，操作熱情高漲，學(xué)習(xí)效果良好。

實(shí)際運(yùn)行表明，這種課堂教學(xué)改革不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，也極大提升了教學(xué)質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：韓曉英）