《機電傳動控制》課程教學改革的探索

陳乃超　王昊　王道累

摘 要： 文章針對《機電傳動控制》課程內容多、知識點難、學科交叉突出、課時少和創新性培養難等教學中遇到的實際難題，提出知識點互聯的課堂教學內容建設方法，降低學生對其他專業知識學習的難度；按照以學生為中心的教學方法，培養學生學習的主體意識和學習興趣；以現有技術難題為引領，結合實驗室設備，提高學生的創新和動手能力，全面提升學生對《機電傳動控制》的認識。

關鍵詞： 學科交叉 知識互聯 《機電傳動控制》

1.引言

《機電傳動控制》課程是機械設計制造及其自動化、機械電子工程等專業必修的主干課程，是機械工程和機電一體化人才的培養知識架構中重要的組成部分。該課程知識結構涵蓋較多，涉及機械系統、電動機原理、傳感器技術、低壓電器、繼電接觸控制系統、PLC控制、電工電子、電機拖動等。對于機械背景的學生，電學及相應的控制理論知識的了解相對較少，理解機械與電學統一、機械與控制結合的知識點，難度較大。因此，《機電傳動控制》課程教學存在一定的難度，學科交叉明顯，需要較廣泛的背景知識[1]。但是，現有教學多以理論教學為主，在課堂上講授知識，學生實際動手較少，加之學科交叉，學生對于部分內容較難及時理解，不能緊跟課堂教學內容，課堂教學乏味，積極性和創造性不強，教學效果不好[2]。本文通過分析教學過程中存在的問題，然后針對這些問題，進行教學改革的探索，提出相對應的改革方案。

2.教學中存在的問題

（1）學科交叉突出，部分內容學習難度較大。

以本校為例，《機電傳動控制》課程主要在大三下半學期開設，教科書選用華中科技大學出版社出版的馮清秀編寫的《機電傳動控制》第五版。本教材內容豐富，涉及面較廣，包含機械系統分析、直流和交流電動機、繼電器—接觸器控制、PLC控制器、電力電子、調速系統控制等[3]。對于機械專業的學生而言，電學部分的學習難度較大，特別是電力電子的內容，而且相應的知識本身就是自動化專業學習的重點和難點。尤其針對機械設計制造專業的學生，他們沒有學過較多的電學課程知識，PLC控制器類的課程沒有安排，因此，短期時間學習掌握這些知識，難度較大。課堂教學內容學生無法理解，導致對該課程失去興趣，感覺乏味，很難達到較好的教學效果。

（2）課時少，內容多，課堂壓力較大。

隨著現代教育改革的發展，課堂教學課時的壓縮相對較大，這體現了時代發展的要求，因此，傳統課程教學要滿足新的形勢。《機電傳動控制》教學同樣也面臨這樣的問題。以本校為例該課程為2個學分，共32個課時，其中課內實驗課時4個學時，實際課堂學時為28個課時。然而該課程涉及多方面的學科知識，每一個知識點對別的專業而言，可能是一門課程。因此，在這么短的課時內，將不同專業的知識教授好是非常不容易的。

（3）課程理論抽象，實踐教學滯后。

本課程屬于專業課程，不僅包含認知的知識，還包括一些理論分析，例如電動機的工作原理部分，通過公式的推導，得出機械和電學特性，從而實現不同類型的控制。這些是磁場與機械力學的交叉，通過理論公式能夠了解相應的轉換過程。但是這些理論轉換過程不直觀，非常抽象，同時，相應的實踐教學很難展示轉換過程。因此，如何在實踐教學較難滿足的條件下，向學生課堂傳授抽象的理論過程，是教學環節需要考慮的問題。

（4）創新思維和動手能力培養較弱。

創新能力的培養是當前高校教育教學的重中之重，也是我國大眾創新萬眾創業事業發展的必然要求。因此，《機電傳動控制》課程需要培養學生的創新思維。由于本課程是傳統的經典課程，主要講授機電傳動控制過程中的定義和基本原理，課程主要體現基礎性介紹，相關技術發展較成熟，因此，創新思維的培養難度較大。同時，本課程是實踐性較強，需要學生動手解決實際過程中面臨的設計和運行問題。但是實踐環節相對較復雜，連線、設備選擇及對問題的設計需要一定的時間和設備，基于高效課時少、設備有限的情況，學生動手能力的培養難度較大。

3.教學改革的方法

針對上述《機電傳動控制》課程在教學過程中存在的問題，本文提出相應的解決方法，在教學內容和教學方法上進行改革的探索。

（1）構建知識互聯的教學內容。

由于本課程涉及不同學科的知識點，涉及機械學和電學兩大學科群。機械專業的學生缺乏電學的知識，就會導致學習困難，這是客觀存在的實際問題。因此，消除知識之間的隔閡，構建內容互聯的結構體系，避免造成孤立的知識體系，對理解和掌握新知識是一種有效的方法。首先分析機械學與電學的課程體系，發現兩個學科中的交集課程為電工學課程，工科學生都需要學習電工學。電工學是接觸器及電力電子的基礎。《機電傳動控制》的知識體系主要包括電動機原理和電動機控制，涵蓋機械學的理論力學、機械控制工程等，電學部分包含低壓電器—接觸器、PLC和電力電子的組合，其知識架構如圖1所示。可以看出，采用以電工學為基礎，在課堂上逐步分析出低壓電器、電力電子的特點及基本結構和回路的方法，讓學生感覺到，該部分的學習是電工學的延續，并不是新的知識點。通過電工學的原理分析電學知識和內容，完善知識的互聯互通的結構體系。

因此，本課程內容以課本為基礎，以電工學為主線，集機械學與電學于一體，實現機電傳動控制知識體系的互聯，避免知識體系的孤立，實現學生知識掌握的延續，從而加強學生對學科交叉其他學科內容的學習。

（2）以學生為中心的教學方法。

教學的最終目的是學生，讓學生掌握知識和本領，以便將來更好地為社會服務。因此，《機電傳動控制》教學方法是要以學生為中心。學生為中心的核心是學生是課堂教學主體，教師是確保該過程順利實施的服務人員。針對本課程內容較傳統、學科交叉、內容較難等特點，采用課堂口授較難獲得很好的效果，學生容易產生疲勞和厭倦情緒，導致課程乏味。產生該問題的根源在于學生并沒參與教學，學生并沒有動腦筋，想問題。教師采用口授的方式剝奪學生的主體責任。因此，需要讓學生走出來，成為課堂的主人。但是由于課時少、內容多，教師的講授還是非常必要的。因此，采用教師教學為主（目的是掌控課程進度），學生討論式教學為輔的教學改革新方法。實施小組化學習與討論，在小組內實現競爭，按小組化實時綜合大作業，要求一題多解，既要有自己方案，又要有小組整體方案，實現團隊與個體協調、競爭發展。上課采用提問的方式，區別化對待學生，個性化培養。對于理解能力慢的學生，采用簡單的問題提問，增強其自信心；對于理解能力強的學生，問題難度適當加大，增強其解決問題和創新的能力，千方百計地引導學生產生興趣，并喜愛本課程。

（3）博眾家之長，體現創新與動手能力。

為了實現創新能力培養，首先需要培養學生自我學習的能力。采用科研促進教學的方法，利用當前先進的科學研究技術，如高性能五軸聯動系統的開發，電力行業變頻節能電機控制系統等，在工程實際應用中選取具有一定難度的科學研究項目，從中凝練出一系列技術問題，針對課時少，設備有限的不利條件，采用以學習小組為單位，每個小組針對不同技術問題，通過教材、課堂和網絡，以及有效的小組討論，共同學習的方式，給出解決策略。開放實驗室，讓學生自己動手，實時自己設計的解決方案，并總結經驗，提交視頻和總結報告，根據不同小組的情況，鼓勵學生撰寫工作報告或科技論文。通過這樣一些實際應用分析，提高學生對知識的理解能力。由于面臨的都是實際問題，在小組間的競爭環境下，學生的主動性得到了調動，為技術創新奠定了基礎。

4.結語

本文主要針對《機電傳動控制》課程教學過程中存在的問題進行分析，提出教學改革的具體思路和措施，通過實施課堂教學，效果良好，其改革效果如下：

（1）將課程體系的知識點互聯，大幅度減輕學生對其他學科知識學習的心理障礙，降低學科交叉導致的課程學習難度，使得學生在有限的時間內較容易地理解課程的重點和難點。

（2）以學生為中心，讓學生參與課堂，成為課堂的主體，采用小組化學習討論，實行競爭，學生為了小組的榮譽，積極性得到調動，自信心得到增強，上課認真聽講的學生大幅增加。

（3）直接面臨實際問題，設計解決方案，并實際進行處理，學習小組之間進行競爭，學生的主動性空前高漲，實際動手能力得到有效提高，撰寫科研和技術報告的能力得到增強，對《機電傳動控制》課程的理解更深入。

參考文獻：

[1]吳濤，尹志宏.“機電傳動控制”課程的研究型教學模式[J].實驗室研究與探索，2013，32（1）：105-107，187.

[2]騰加莊，于東林，姜峰.機電傳動控制教學改革初探[J].吉林化工學院學報，2014，31（2）：64-66.

[3]馮清秀，鄧星鐘.機電傳動控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2011.

基金項目：上海電力學院重點課程建設項目（20141113）。