新工科下自動(dòng)化專業(yè)電力傳動(dòng)相關(guān)課程的教學(xué)改革研究

韓璐 邱存勇

摘 要 隨著新工科理念的提出，人才培養(yǎng)更注重于學(xué)生創(chuàng)新思維和工程能力的培養(yǎng)。針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)電力傳動(dòng)相關(guān)課程的知識(shí)交叉性和實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，尋找更適合于培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新能力的教學(xué)改革方法勢(shì)在必行。本文提出創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)使類教學(xué)以及創(chuàng)新研修課等改革措施，旨在通過(guò)實(shí)際工程案例教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應(yīng)于自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞 電力傳動(dòng)相關(guān)課程 項(xiàng)目驅(qū)使 創(chuàng)新研修課 工程創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.09.023

Abstract With the introduction of the new engineering concept， the cultivation of students' innovative thinking and engineering ability is more important in talent development. In view of the cross-knowledge and practical characteristics of the automation professional electric drive related courses， it is imperative to find a teaching reform method that is more suitable for cultivating students' engineering innovation ability. This paper proposes innovative measures such as innovative experimental teaching， project-driven teaching and innovative training courses. It aims to improve students' interest in learning through practical engineering case teaching， strengthen students' independent learning and independent innovation ability， and cultivate innovative talents adapted to the development of automation profession.

Keywords courses related to electric power transmission; ?project-driven; innovative training courses; innovative engineering ability

本校自動(dòng)化專業(yè)分為過(guò)程控制和電氣控制兩個(gè)方向，主要培養(yǎng)學(xué)生具備儀器儀表、嵌入式開發(fā)、工業(yè)控制、電機(jī)控制等領(lǐng)域的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)思想。電氣控制方向主要針對(duì)電機(jī)為對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)與規(guī)劃課程，其中“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”、“電力電子技術(shù)”以及“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”為該方向的三門重要專業(yè)課程。這三門課程理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，且內(nèi)容相互交互，從工程角度有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。但是，目前的授課多以分學(xué)期單獨(dú)授課方式為主，忽視了課程間的聯(lián)系，且學(xué)習(xí)周期間隔太久，容易造成學(xué)生知識(shí)點(diǎn)脫節(jié)、學(xué)習(xí)新知識(shí)阻力以及認(rèn)為所學(xué)知識(shí)與實(shí)際工程背離等問(wèn)題。自“新工科”理論[1]提出以來(lái)，各大院校都采取了相應(yīng)的教學(xué)改革措施，[2-6]包括開設(shè)新型工科專業(yè)、學(xué)生創(chuàng)新中心、技術(shù)創(chuàng)新類課程，開辟新型專業(yè)和交叉培養(yǎng)模式，打造精課、示范課，加強(qiáng)通識(shí)教育等等。在新工科這樣一個(gè)環(huán)境背景下，培養(yǎng)人才的方式更側(cè)重于創(chuàng)新性和實(shí)踐性能力的培養(yǎng)，原先的照本宣科必然是落伍和行不通的了，思考并實(shí)施自動(dòng)化專業(yè)電力傳動(dòng)相關(guān)課程的改革也是勢(shì)在必行，大勢(shì)所趨。

1 電力傳動(dòng)相關(guān)課程的特點(diǎn)和目前存在的問(wèn)題

自動(dòng)化專業(yè)電氣控制方向的三門專業(yè)課程“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”、“電力電子技術(shù)”以及“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”具有強(qiáng)交叉性。“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”為自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)核心課程，開設(shè)于大三上學(xué)期，內(nèi)容偏向于電機(jī)的基礎(chǔ)理論，包括基本電磁定律，電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式、生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性，直流電動(dòng)機(jī)的工作原理和工作特性，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速性能，交流電動(dòng)機(jī)的工作原理、基本特性和起制動(dòng)以及調(diào)速特性等等，主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電機(jī)內(nèi)部工作原理和基本運(yùn)行特性的掌握?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”這門課程開設(shè)于大三第二學(xué)期，其主題思想是“電力變換”，主要針對(duì)直流和交流電能的四種變換電路（整流、逆變、直流斬波、交流變換）做介紹，課程獨(dú)立，內(nèi)容單一，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。但是“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”中介紹直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速主要采用降壓方法，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速主要采用變頻方法，而這些方法的實(shí)現(xiàn)就是通過(guò)電力電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，電力電子電路的不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)電機(jī)的不同運(yùn)行狀態(tài)。因此，電力電子技術(shù)可以看作電機(jī)開環(huán)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)手段，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景。如果能以電機(jī)為對(duì)象來(lái)介紹電力電子技術(shù)，其理論和實(shí)踐價(jià)值都會(huì)大大提高，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也會(huì)大幅提高?！半娏ν蟿?dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程開設(shè)于大四第一學(xué)期，這門課程基于“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”以及“電力電子技術(shù)”兩門課程的基礎(chǔ)知識(shí)，更側(cè)重于工程設(shè)計(jì)，它主要包括：分析和設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)速反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)，分析轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能以及轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì);基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)等?！半娏ν蟿?dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程可以看作電機(jī)閉環(huán)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)手段，其設(shè)計(jì)方法在實(shí)際的電力傳動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。該課程對(duì)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)性要求很強(qiáng)，但是課本上一些設(shè)計(jì)思想太拘于常規(guī)或太生澀難懂，學(xué)生整體學(xué)習(xí)效果欠佳，創(chuàng)新思維也未在工程設(shè)計(jì)中得到良好的培養(yǎng)。實(shí)際上，該課程雖然屬于工程設(shè)計(jì)類課程，但是設(shè)計(jì)方法的深入理解要建立在電機(jī)工作原理和運(yùn)行特性的熟練掌握基礎(chǔ)上。包括工程中常用的滯環(huán)控制、電壓空間矢量（SVPWM）方法、直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制手段等手段均屬于電力電子技術(shù)在異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的擴(kuò)展和延伸。要想在掌握這些設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新，根據(jù)不同工況獨(dú)立完成實(shí)際系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，學(xué)生必須運(yùn)用交叉學(xué)科的理論和具備運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

2 電力傳動(dòng)類課程的改革措施

2.1 增加創(chuàng)新類工程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)電力傳動(dòng)類課程均設(shè)置有實(shí)踐環(huán)節(jié)，但是該環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為課本中的內(nèi)容節(jié)選，缺乏對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。然而，電力傳動(dòng)類課程“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”、“電力電子技術(shù)”以及“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”等更側(cè)重于工程實(shí)踐，需要學(xué)生掌握以人為本解決問(wèn)題的方法論，關(guān)注用戶需求，根據(jù)工程工況和實(shí)際性能指標(biāo)要求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，將設(shè)計(jì)思維融入到項(xiàng)目中。這就要求我們要充分利用實(shí)驗(yàn)室開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以工程為背景設(shè)計(jì)各類開放性實(shí)驗(yàn)，并且采用小班分組，使得同學(xué)根據(jù)各自的興趣點(diǎn)選題，完成全程的設(shè)計(jì)及程序撰寫，實(shí)現(xiàn)最終的工程目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容會(huì)涉及到一些實(shí)際工程問(wèn)題和工程指標(biāo)要求，其中也會(huì)體現(xiàn)課程知識(shí)點(diǎn)的交叉性，讓學(xué)生通過(guò)自己所學(xué)知識(shí)完成整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)其利用工程知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。另外，摒棄常規(guī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的單一考核模式，引入分組答辯和設(shè)計(jì)方案對(duì)比等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐漸建立工程思維方式。

2.2 引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方式，設(shè)立創(chuàng)新研修課

將與電力傳動(dòng)相關(guān)的實(shí)際項(xiàng)目穿插到傳統(tǒng)課堂中，利用智慧教室小班授課的方式，針對(duì)項(xiàng)目要求引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性思維。課堂教學(xué)不僅講授課本內(nèi)容，而是作為向?qū)W生傳遞創(chuàng)造性和批判性思維的重要途徑，廣泛開展啟發(fā)式、討論式案例教學(xué)。在授課過(guò)程中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣點(diǎn)和積極性，利用具體的項(xiàng)目為背景，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立查閱和整理相關(guān)資料，通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作、討論和答辯等方式完成項(xiàng)目中的部分設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生溝通互助和獨(dú)立思考的能力。這種教學(xué)方式避免期末考試一張考卷決定成績(jī)的考核模式，更側(cè)重于學(xué)生利用所學(xué)和其他途徑獲取的知識(shí)來(lái)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力培養(yǎng)。另外，設(shè)立創(chuàng)新研修課，該課程以教師相對(duì)穩(wěn)定的科研方向?yàn)榛A(chǔ)，將科研項(xiàng)目?jī)?nèi)容引入到教學(xué)的特色課程。在創(chuàng)新研修課的授課過(guò)程中，教師會(huì)把項(xiàng)目中一些科研儀器帶入課堂為大家做展示和演示，同時(shí)將自己的科研成果與授課內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍學(xué)生思維。學(xué)生通過(guò)參與教師的科研項(xiàng)目，加深對(duì)課本基本概念的理解，并學(xué)習(xí)了科學(xué)研究的新技術(shù)、新方法和新知識(shí)，及時(shí)了解學(xué)科前沿，讓所學(xué)知識(shí)跟上技術(shù)發(fā)展的步伐。

2.3 將設(shè)計(jì)思維融入到工程教育中

首先，自動(dòng)化專業(yè)面對(duì)的對(duì)象是用戶，所有的設(shè)計(jì)均應(yīng)以用戶為中心，并關(guān)注工程對(duì)人類生活的影響。比如電機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，若用戶要求負(fù)載功率很大，大容量的電機(jī)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生噪聲或周圍用電質(zhì)量差等問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)人類生活的影響從倫理的角度也是必須要去考慮的，這也要作為一種設(shè)計(jì)思維傳遞給學(xué)生。其次，要讓學(xué)生掌握以人為本解決問(wèn)題的方法論，一切自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)都是為了人服務(wù)的，要關(guān)注用戶需求，將設(shè)計(jì)思維融入到項(xiàng)目中。另外，自動(dòng)化專業(yè)電氣控制方向的體系課程：“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”、“電力電子技術(shù)”和“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”屬于交叉學(xué)科，同時(shí)電力傳動(dòng)的實(shí)際工程問(wèn)題也會(huì)涉及到其他學(xué)科，跨學(xué)科課程教學(xué)對(duì)于此類復(fù)雜工程問(wèn)題的設(shè)計(jì)和分析十分必要。要讓學(xué)生面臨真實(shí)問(wèn)題，而不是簡(jiǎn)單的學(xué)科疊加，培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)整合交叉學(xué)科知識(shí)點(diǎn)去解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。最后就是對(duì)工程教育的通識(shí)，要通過(guò)項(xiàng)目或?qū)嶋H的用戶需求讓學(xué)生理解倫理、環(huán)境等因素對(duì)工程的約束，培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)時(shí)的基本職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德。

3 結(jié)語(yǔ)

在“新工科”背景下對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的電力傳動(dòng)類課程進(jìn)行教學(xué)改革和實(shí)踐是符合目前的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，是十分必要的。以上所提到的改革舉措為學(xué)生提供親自動(dòng)手的平臺(tái)，極大地增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，加深學(xué)生對(duì)課本知識(shí)點(diǎn)的深入理解和對(duì)行業(yè)的了解，拓展了學(xué)生的知識(shí)面，也同時(shí)拉近了教師和學(xué)生之間的距離。有絕大多數(shù)的學(xué)生認(rèn)為，這種授課方式將理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生能夠在授課過(guò)程中自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考，同學(xué)之間的討論以及老師的引導(dǎo)教學(xué)使學(xué)生受益匪淺。也有學(xué)生反映，這類實(shí)踐類課程包含的知識(shí)有用且豐富，對(duì)學(xué)習(xí)、工作、生活都意義重大。在這類實(shí)踐類課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，增強(qiáng)了學(xué)生自主創(chuàng)新的能力，拓展了知識(shí)面，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用交叉學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的工程創(chuàng)新思維。但是，有些電機(jī)類實(shí)踐課程或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式課程也要受到授課環(huán)境的限制，今后可以以實(shí)習(xí)參觀的形式走進(jìn)實(shí)體企業(yè)，讓學(xué)生的動(dòng)手能力和工程創(chuàng)新思維得到更好的鍛煉和提高?？傊?，所有的改革并不是一蹴而就的，還需要在今后的實(shí)踐中不斷探索，在解決問(wèn)題中不斷完善，在創(chuàng)新中不斷發(fā)展。

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