基于案例導(dǎo)學(xué)的《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》課程教學(xué)

杜柳青 余永維

摘要：結(jié)合我校研究生擇業(yè)背景特點(diǎn)，基于案例導(dǎo)學(xué)，梳理了《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》的課程教學(xué)框架，并以“伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)”章節(jié)進(jìn)行了闡述。課程還針對案例導(dǎo)學(xué)方針，結(jié)合了現(xiàn)場教學(xué)、信息技術(shù)、專題BBS等手段，化抽象生澀理論為生動(dòng)的感性認(rèn)識，收到了非常好的教學(xué)效果，也加速了伺服技術(shù)人才培養(yǎng)過程。

一、課程背景與面向制造業(yè)與汽摩產(chǎn)業(yè)的項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)定位

我校針對本科機(jī)電類本科專業(yè)開設(shè)了《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《機(jī)電傳動(dòng)控制》、《數(shù)控技術(shù)》等機(jī)電類課程，于2010年，通過學(xué)院組織的廣泛調(diào)研，參考國內(nèi)多所重點(diǎn)大學(xué)課程設(shè)置，對機(jī)械工程涉電類專業(yè)研究生開設(shè)了《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》課程，體現(xiàn)研究生在機(jī)電方向的專業(yè)特點(diǎn)，在與本科課程進(jìn)行銜接印證同時(shí)，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的深入研究。

由于我校機(jī)械工程學(xué)科培養(yǎng)的研究生，擇業(yè)行業(yè)背景主要是廣義的制造業(yè)，特別是汽車摩托車產(chǎn)業(yè)這一特點(diǎn)，因此《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》課程重點(diǎn)將向這一方向偏重，通過與企業(yè)工程案例緊密結(jié)合，以面向制造業(yè)和汽摩產(chǎn)業(yè)的實(shí)際工程項(xiàng)目為教學(xué)案例，理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用，使課堂教學(xué)為企業(yè)服務(wù)，是本課程建設(shè)改革的重點(diǎn)方向。

二、基于案例導(dǎo)學(xué)的課程教學(xué)框架

《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》是我校機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、機(jī)械制造及其自動(dòng)化、車輛工程、機(jī)械電子工程、地面武器機(jī)動(dòng)系統(tǒng)工程等專業(yè)研究生的專業(yè)選修課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，解決現(xiàn)代伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、總體軟硬件設(shè)計(jì)、伺服系統(tǒng)數(shù)字仿真等重要問題的能力。課程理論性和實(shí)踐性均強(qiáng)，系統(tǒng)地介紹伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立，機(jī)械諧振和摩擦對系統(tǒng)的影響與補(bǔ)償、系統(tǒng)的穩(wěn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則與實(shí)現(xiàn)，結(jié)合工程實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用控制理論、自動(dòng)控制元件、電機(jī)及電力拖動(dòng)、電子技術(shù)等基礎(chǔ)知識，熟練掌握伺服系統(tǒng)的原理及應(yīng)用，掌握時(shí)下典型流行伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法，能熟練進(jìn)行基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、基于PC運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，成為一個(gè)合格的現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)研究人員。

課程的理論性以及涉及傳遞函數(shù)、穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)、機(jī)械諧振、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等知識的抽象性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易感到枯燥乏味，必須借助于工程科研項(xiàng)目的實(shí)踐性來進(jìn)行合理疏導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)抽象知識的有效串聯(lián)，激發(fā)學(xué)生對《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)興趣，提高在今后工作中不斷學(xué)習(xí)的后勁兒。

在與本科相關(guān)知識的銜接上，進(jìn)一步注重糅合工程設(shè)計(jì)實(shí)例，進(jìn)行抽象理論的理性化解。如在進(jìn)行第二章“伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)”教學(xué)過程中，將伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)化為負(fù)載的分析計(jì)算，再化為力學(xué)的分析，進(jìn)一步化為公式與定理應(yīng)用的數(shù)學(xué)現(xiàn)象，一步步抽絲剝繭，簡化復(fù)雜的伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和過程，使教師易教，學(xué)生易學(xué)。解決了現(xiàn)有教學(xué)體系中普遍存在的重理論輕實(shí)際、教學(xué)過程中缺乏工程實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)的引入、教與學(xué)均是紙上談兵等教學(xué)問題。圖1所示為以“伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)”章節(jié)為例，基于案例導(dǎo)學(xué)的《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》課程教學(xué)框架。

如圖1所示，在進(jìn)行伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)章節(jié)教學(xué)時(shí)，簡略引入“數(shù)控機(jī)床開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的PLC控制”、“PLC在數(shù)字伺服電機(jī)控制中的應(yīng)用”等實(shí)例進(jìn)行與本科《機(jī)電傳動(dòng)控制》、《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《數(shù)控技術(shù)》等課程的知識滲透與驗(yàn)證;引入“BBF-SPG系列主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 剛性攻絲 任意點(diǎn)定位”、“直流伺服電動(dòng)機(jī)控制數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)”進(jìn)行負(fù)載分析、執(zhí)行元件選擇、檢測裝置選擇、信號轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)等知識點(diǎn)的抽象理論與工程實(shí)踐的引導(dǎo)與有效梳理;深入引入“摩托車噴漆伺服系統(tǒng)案例”、“高精度交流伺服定剪系統(tǒng)”等實(shí)際企業(yè)工程項(xiàng)目進(jìn)行一個(gè)伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)際工作流程、快速上手經(jīng)驗(yàn)、注意禁忌等方面的教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力，使學(xué)生進(jìn)入企業(yè)后能大大縮短企業(yè)的二次培養(yǎng)時(shí)間，加速人才的成長。

三、教學(xué)實(shí)施與效果

基于《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》課程的理論性，以及傳遞函數(shù)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、線性與非線性補(bǔ)償?shù)戎R點(diǎn)的抽象性，我校《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》課程在教學(xué)中綜合運(yùn)用了輔助基于案例導(dǎo)學(xué)的各手段，收到了良好的效果。

1.現(xiàn)場教學(xué)。由于課程教學(xué)學(xué)時(shí)有限，現(xiàn)場教學(xué)轉(zhuǎn)為開放現(xiàn)場的教學(xué)方式。通過基于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場教學(xué)，使學(xué)生從系統(tǒng)→組件→元件→軟件，建立關(guān)于伺服系統(tǒng)的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的綜合課程體系。

2.強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力，討論啟發(fā)式教學(xué)。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》課程的重中之重，具體方法為結(jié)合教師的企業(yè)工程背景，安排學(xué)生對一個(gè)具體伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例，課外廣泛搜集網(wǎng)絡(luò)資料，對此進(jìn)行消化理解，提出多種方案，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在課堂上提出自己的看法，相互討論、啟發(fā)，教師點(diǎn)評其優(yōu)劣，將學(xué)生在課題上的發(fā)言及表現(xiàn)能力作為評定其成績的重要依據(jù)。

3.綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)手段。我校《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，建立了工程案例庫、試題庫、作業(yè)庫，以及專題BBS等功能，充分發(fā)揮了信息技術(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)資源的全程上網(wǎng)，并做到每三個(gè)月對上網(wǎng)資源進(jìn)行有針對性的更新，學(xué)生可以通過重慶理工大學(xué)的校園網(wǎng)隨時(shí)查詢有關(guān)課程學(xué)習(xí)的最新參考資料。各專題BBS充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，目前建立的如負(fù)載分析BBS、補(bǔ)償BBS、機(jī)械諧振對系統(tǒng)影響及補(bǔ)償BBS、隨動(dòng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)BBS等專題模塊都收到了非常好的效果，學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力與理論分析能力得到了逐步培養(yǎng)。

四、結(jié)語

我校基于案例導(dǎo)學(xué)的《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》課程注重使用先進(jìn)的教學(xué)手段，改革考核方法，把教師課堂授課、課堂討論、課外實(shí)踐等有機(jī)結(jié)合起來，充分發(fā)揮信息技術(shù)的作用，在教學(xué)中收到了非常好的教學(xué)成效。從進(jìn)入企業(yè)的畢業(yè)生反饋看，該課程理論不抽象、實(shí)踐不生拗，進(jìn)入企業(yè)所接觸即為課堂所學(xué)所用，大大縮短了企業(yè)的二次人才培養(yǎng)。我們在實(shí)施過程中，還每學(xué)年派1～2名教師外出參加學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，及時(shí)了解兄弟院校在“伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)”課程教學(xué)與改革方面所取得的成績和經(jīng)驗(yàn)，冷靜分析，不斷總結(jié)，期望能為培養(yǎng)符合現(xiàn)代企業(yè)要求的伺服技術(shù)人才做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜柳青.面向汽摩產(chǎn)業(yè)的機(jī)械工程類專業(yè)特色人才培養(yǎng)——以重慶理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)為例[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，8（39）：149-154.

[2]杜柳青，余永維，周康渠，米林.以培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的機(jī)械工程系列核心課程教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2014，（36）：42-44.

[3]生龍，馬曉雨，郭云飛，王星亮.研究生《人工智能》課程教學(xué)方法改革淺析[J].教育教學(xué)論壇，2016，（6）：98-99.

[4]鄭傳濤，葉瑋琳，杜巧玲，王一丁，張大明.電子專業(yè)碩士研究生信息論課程教學(xué)改革探索[J].教育教學(xué)論壇，2016，（6）：131-132.

[5]胡雷，高明，胡蔦慶，李儉川，秦國軍.研究生課程體系評價(jià)方法探索[J].教育教學(xué)論壇，2016，（5）：178-181.

關(guān)鍵詞：案例導(dǎo)學(xué);伺服系統(tǒng);信息技術(shù);人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）36-0169-02