《機電傳動與控制》教學(xué)問題分析及改進措施

王班 馮長水 李冰茹

摘要：針對《機電傳動與控制》課程教學(xué)中存在的課程內(nèi)容冗雜、各章節(jié)關(guān)聯(lián)性不強、學(xué)生被動接受課程內(nèi)容及理論實踐脫節(jié)等問題，本文通過優(yōu)化課程內(nèi)容、梳理課程知識點、采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法及增加開放性實驗等措施，探索改進機械工程專業(yè)的教學(xué)新方案，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)《機電傳動與控制》基礎(chǔ)知識的同時，增強學(xué)生的積極主動性，提高學(xué)生的參與度與接受度，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，從而培養(yǎng)更加適應(yīng)社會需求的高層次機電一體化人才。

關(guān)鍵詞：《機電傳動與控制》；問題分析；改進措施

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）18-0249-03

一、引言

隨著工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代化生產(chǎn)機械設(shè)備已不再是傳統(tǒng)的單純機械系統(tǒng)，而是機電一體化的綜合系統(tǒng)，電氣傳動與控制已成為生產(chǎn)機械的重要組成部分。從某種意義上來講，電控技術(shù)的先進性直接反映了生產(chǎn)機械的發(fā)展水平[1]。《機電傳動與控制》是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)課，是機電一體化人才所需電氣知識結(jié)構(gòu)的軀體，是機電結(jié)合的紐帶[2]。本課程涉及機械、力學(xué)、電磁學(xué)、控制、材料等眾多學(xué)科，主要教學(xué)目的是使學(xué)生了解機電傳動與控制的基本原理和方法，學(xué)會用各種電機、電器、電子元器件、檢測元件及電子計算機按一定規(guī)律設(shè)計控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)機械按照要求高效、穩(wěn)定的工作。但是在實際教學(xué)過程中存在一些問題：一方面，機械專業(yè)學(xué)生電磁學(xué)及電路等方面的理論基礎(chǔ)較為薄弱，大多反映本課程目前的教學(xué)內(nèi)容比較難懂，使得教學(xué)效果大打折扣；另一方面，現(xiàn)行的《機電傳動與控制》教材更新較慢，內(nèi)容過多地涉及電氣控制的細節(jié)原理，難以對學(xué)生起到有效的引導(dǎo)作用。鑒于此，本文針對《機電傳動與控制》在教學(xué)實踐中遇到的問題進行分析，并有針對性地給出了相關(guān)教學(xué)改進措施。

二、教學(xué)過程中存在的問題

1.課程內(nèi)容冗雜、知識點多。《機電傳動與控制》是一門多學(xué)科交叉課程，教學(xué)內(nèi)容知識點過多，包括機電傳動系統(tǒng)動力學(xué)、直流電機、異步電機、同步電機、控制電機、接觸器—繼電器控制、PLC控制、交—直流電機調(diào)速系統(tǒng)等，要求機械工程專業(yè)學(xué)生的先修課程為大學(xué)物理、工程力學(xué)、機械設(shè)計、機械原理、電路、自動控制原理等，同時對電磁學(xué)、電機學(xué)、電力系統(tǒng)、電力電子等電學(xué)專業(yè)課程內(nèi)容也有所涉及。眾多知識點在較短的學(xué)時內(nèi)完成，于教師而言，講授起來具有很大的挑戰(zhàn)性；于學(xué)生而言，掌握起來具有較大難度。最終導(dǎo)致教師、學(xué)生都身心俱憊，較難達到理想中的教學(xué)效果。

2.課程各部分跨度大，關(guān)聯(lián)性不強[3]。本課程知識點繁雜且層次過多，眾多知識點之間的聯(lián)系并不緊密，授課教師只是機械地按照相關(guān)書籍的章節(jié)安排對各知識點按部就班地進行講授。對于學(xué)生而言，他們不了解知識點間的聯(lián)系與過渡，無法理解課程體系，因而學(xué)習(xí)的積極性、方向性及目的性都大打折扣。

3.學(xué)生被動接受，主動參與度低。為了在有限的課時內(nèi)完成課程教學(xué)內(nèi)容，當(dāng)前一般還是采用以教師講解為主的單方面“灌輸式”授課模式，但是該課程教學(xué)過程中涵蓋大量原理性、概念性內(nèi)容，公式推導(dǎo)煩瑣，抽象的理論知識比較多，單純的教師講解方式缺乏師生間的互動，不受學(xué)生歡迎，學(xué)生課堂參與度較低，嚴重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.理論與實踐嚴重脫節(jié)。動手能力弱、實踐能力差是長期以來用人單位對大學(xué)畢業(yè)生的詬病。實踐能力對畢業(yè)生的就業(yè)競爭力具有很大的影響，必須高度重視，把它放在教學(xué)改革的重要位置，既有扎實的理論知識，又具備較強的實踐能力的人才能得到社會的認可與青睞。《機電傳動與控制》作為機電結(jié)合的重要紐帶，教學(xué)的主要目的是使機械工程專業(yè)的學(xué)生可以從總體層面去分析、設(shè)計機電系統(tǒng)，不僅要掌握理論知識，更重要的是將理論知識應(yīng)用到實踐中去，做到學(xué)以致用。該課程的突出特點是強調(diào)進行系統(tǒng)設(shè)計的動手能力，實踐教學(xué)是本課程教學(xué)中的重要一環(huán)，是促進學(xué)習(xí)興趣、加深知識點理解、鍛煉動手能力和提升系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)能力的有效手段。但受限于本課程的總學(xué)時數(shù)（32學(xué)時），實驗教學(xué)僅為6學(xué)時，并且安排的3次主要實驗：交流電機斷續(xù)控制實驗、步進電機控制實驗、PLC控制應(yīng)用實驗，這些均為驗證性實驗。實驗時學(xué)生僅需按規(guī)定的步驟操作，簡單接線及驗證即可，基本沒有參與到實驗的設(shè)計中，對實驗結(jié)果也是知其然卻不知其所以然，很難起到培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計與工程實際應(yīng)用能力的作用。

三、教學(xué)改進措施

1.優(yōu)化課程內(nèi)容，突出課程重點。面向工程實踐，機械工程專業(yè)的學(xué)生要做到從系統(tǒng)高度去設(shè)計機電系統(tǒng)，對電控部分只需掌握基本原理和方法，而不必過于糾結(jié)于電控細節(jié)，從而把主要精力用于機械本體的設(shè)計上，做到既有高度又有深度。對《機電傳動與控制》而言，主要是圍繞生產(chǎn)機械中的執(zhí)行電機，學(xué)習(xí)重點是電機原理及控制方法。其他諸如交—直流電機調(diào)速系統(tǒng)、步進電機調(diào)速系統(tǒng)等已屬于比較專業(yè)的電機控制及電力電子專業(yè)內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)實際情況讓學(xué)生選擇性了解即可。

2.梳理課程知識點，理清結(jié)構(gòu)條理。本課程設(shè)計學(xué)科眾多，可以根據(jù)優(yōu)化后的課程教學(xué)內(nèi)容對課程知識點進行梳理與歸納，理順各知識點之間的層次結(jié)構(gòu)與彼此聯(lián)系，有利于學(xué)生對知識點的吸收和應(yīng)用。針對優(yōu)化后的課程內(nèi)容，教學(xué)團隊總結(jié)出了如圖1所示的課程知識點體系結(jié)構(gòu)圖。《機電傳動與控制》以機電系統(tǒng)為研究對象，而一般的機電系統(tǒng)由機械運動部件、電機拖動及電氣控制系統(tǒng)組成。機電系統(tǒng)的基本動力學(xué)方程是該課程的一個基礎(chǔ)，包含了電機的機械特性及負載特性。作為執(zhí)行機構(gòu)的電動機是課程的重點研究內(nèi)容，主要包括直流電動機、交流電動機及控制電動機的工作原理及機械特性，為使電動機滿足機電系統(tǒng)作業(yè)的要求，還需根據(jù)電機的結(jié)構(gòu)特點研究各種電動機的啟動、調(diào)速及制動等控制方法。最后，需根據(jù)實際情況，選擇斷續(xù)控制、PLC控制或計算機控制進行電動機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。

3.采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，提高學(xué)生的參與度。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是一種建立在構(gòu)建主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，是將所要學(xué)習(xí)的新知識和技能隱含在一個或幾個任務(wù)之中，引導(dǎo)學(xué)生對教學(xué)任務(wù)進行分析、討論，提出問題并設(shè)法解決問題[4]。任務(wù)驅(qū)動改變了傳統(tǒng)的“教師講、學(xué)生聽”以教定學(xué)的教學(xué)模式，創(chuàng)造了以學(xué)定教、學(xué)生主動參與、自主合作、探索創(chuàng)新的新型學(xué)習(xí)方式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實際動手能力及獨立分析、解決問題的能力。如前所述，《機電傳動與控制》是一門強調(diào)動手能力的課程，且強調(diào)從總體上去分析問題及設(shè)計系統(tǒng)，將班級學(xué)生分成若干3—5人的課題小組，每個課題小組從教師給出的機床、電動汽車、電動卷揚機、智能輪椅、織布機等典型機電系統(tǒng)中選題。學(xué)生根據(jù)選擇的題目對系統(tǒng)進行機電系統(tǒng)分析，主要包括：系統(tǒng)電機類型及型號、電動機的工作狀態(tài)（正反轉(zhuǎn)）及控制方法（啟動、調(diào)速及制動）、電氣控制類型（斷續(xù)、PLC、計算機控制等）及控制器具體型號，最后繪制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，進行課堂匯報及報告總結(jié)。小組成員在完成任務(wù)的過程中，對機電傳動系統(tǒng)有了更加感性的認識，真正理解了《機電傳動與控制》的課程內(nèi)涵。

4.增加開放性實驗，落實理論聯(lián)系實踐。為了解決《機電傳動與控制》實踐教學(xué)中實驗課時少、實驗創(chuàng)新性不強的問題，需增加實驗課時，并設(shè)計需要學(xué)生動手設(shè)計和操作的自主性實驗。我們學(xué)院專門開發(fā)了開放性、自主性實驗平臺[5]，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好，自主安排時間（不限學(xué)時）去學(xué)院實驗室進行直流電機、交流電機、步進電機及伺服電機的啟動、調(diào)速、制動等系統(tǒng)設(shè)計，并進行實驗演示。

四、總結(jié)

針對《機電傳動與控制》教學(xué)中存在的問題，筆者結(jié)合個人的教學(xué)經(jīng)驗進行了分析與總結(jié)，并給出了具有針對性的教學(xué)改進措施。這些改進措施有一定的參考價值，可望改變當(dāng)前教學(xué)過程中存在的問題。同時，也希望廣大專業(yè)教師相互探討，共同進步。

參考文獻：

[1]楊丙輝，張宏，郭文松.“機電傳動與控制”課程若干教學(xué)問題思考與實踐[J].新疆農(nóng)機化，2016，（1）：46-48.

[2]于金.《機電傳動與控制》課程教學(xué)的探索與實踐[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2017，16（7）：120-122.

[3]倪敬，許明，陳國金.《機電傳動控制》課程教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2011，（21）：147-148.

[4]周大鵬，何光普.項目導(dǎo)向 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式的探索和實踐——以《電子CAD》課程教學(xué)為例[J].樂山師范學(xué)院學(xué)報，2011，26（5）：122-125.

[5]許明，倪敬，孫珺，等.機電傳動與控制開放式綜合實驗平臺開發(fā)及實踐教學(xué)應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2017，36（6）：196-200.