科研反哺教學在機電傳動控制實驗中的應用

沈鳳龍　吳英男

【摘要】機電傳動控制是機械設計制造及其自動化專業的重要的專業基礎課程，尤其對于機械設計制造及其自動化專業創新實驗班，為提高學生的創新能力和綜合素質及能力，在機電傳動控制課程實驗中，將教師的科研項目引入到實驗中，由符合實驗要求的科研成果構建綜合性實驗和創新性實驗。不僅能豐富創新實驗班學生的實驗內容，同時能極大激發學生的實驗熱情和興趣，有助于提高學生的創新創業能力和應用能力。

【關鍵詞】機電傳動控制? 科研? 教學? 交流調速系統

一、引言

機電傳動控制是是機械設計制造及其自動化專業的重要的專業基礎課程，常規的實驗都是以驗證性實驗為主，創新性實驗和綜合性實驗占的比例很小，這對于該專業的創新實驗班學生而言，完全不能符合培養目標，嚴重束縛了實驗班學生動手能力、創新能力和綜合分析問題能力的培養和提高。為改變這一情況，將與該課程部分內容相關的教師的科研項目引入到實驗設計中來，將實驗目的和實驗內容布置給學生，由學生利用參與教師科研積累的科研能力和經驗，自主的組成團隊設計實驗，教師科研反哺教學，不僅能激發學生的求知欲，有效的提高教學質量，同時也能促進教師的科研的順利進行。

二、實驗教學改革

（一）改革內容

在常規的機電傳動控制實驗中，包括三相異步電動機的啟動、停止控制，正反轉控制等驗證性實驗，主要是學生通過對現成的實驗裝置進行接線，構成繼電器-接觸器控制系統，只能使學生對控制系統的組成和基本接線有所了解，而交流自動調速控制系統部分只是會簡單的介紹，也沒有實驗。但是對于實驗班而言，無法完成創新能力和應用能力提高的培養目標，與常規不同班級也就沒有區別了。為此，針對創新實驗班學生的實際情況，對課程內容和實驗內容進行刪減和重新調整，對于基礎性知識有學生利用慕課和泛雅平臺上教師開發的課程進行自主學習，教師進行輔助，實驗基礎性驗證性實驗有學生在教師引導下自行完成。教學實驗的重點在綜合性、創新性實驗上。結合教師的遼寧省教育廳項目“用于礦井提升的雙三電平PWM變頻器關鍵問題的研究”，將項目的硬件電路設計部分分解成“三電平PWM整流器主電路設計”和“三電平PWM逆變器主電路設計”兩大部分，將實驗班的學生和創新實驗室的學生按照任務分成兩個大組，然后在按照進行混合分組，每個大組中包括四個小組，按照每部分的具體任務，結合學生的能力和特長進行混合分組。提出綜合性實驗的設計任務和設計要求，要求學生在教師的引導下，查閱相關文獻資料進行自行設計。

（二）教學改革的實施

由于學生分成了八個小組，導致實驗教師人員不足，為解決這一情況，利用課題組成員均為實驗班教師的有利條件，由課題組成員分別負責一個小組。在教師的引導下，從查閱資料和文獻評述，再到方案的設計及實現，充分發揮學生自主學習能力和團隊協作精神，每兩周召開課題研究會議，由學生代表對兩周的進展和完成的任務進行匯報，并提出存在的問題。然后由學生和教師共同探討給出解決方案。最后，在各組完成設計方案之后，將項目中采用的實際方案進行公布，然后由學生進行討論，確定各種方案的優缺點，最后由課題組教師給出評價，同時指出學生在設計中容易出現的問題及解決辦法。

利用項目組開發的設備進行實驗，例如在三相異步電動機的啟動中，有學生提出啟動時會產生較大的啟動沖擊電流，針對這一問題，由每組提出具體的解決方案，在保證安全的前提下，對各種方案進行試驗，最后綜合考慮確定采用定子繞組串電阻的方法進行啟動，啟動時，將電阻串接在定子繞組上，減小啟動電流，帶轉速上升到一定值再切除電阻，電機全壓運行。通過變頻器實現三相異步電動機的調速，將課本中傳統的利用西門子通用變頻器進行參數設計，實現變頻調速的實驗進行創新和延伸。利用設計的基于IGBT的二極管鉗位式三電平雙PWM結構的變頻器進行三相異步電動機的調速實驗，這樣學生不僅對電力電子器件IGBT的性能有了深入的了解，同時對變頻器的整流部分和逆變部分有了更深層次的理解，而且通過參與具體的項目中，掌握了交直交變頻調速系統的設計中可能出現的問題，并積累了一定的設計經驗。

三、教學改革的作用及成果

由于創新實驗班和創新實驗室的學生是同屆的機械設計制造及自動化專業中學習能力和動手能力較強的學生，因此在授課中，如果完全按照教材進行授課，學生覺得枯燥無味，通過改革，將教師的科研項目引入學生的課程學習中，極大的激發了學生的學習興趣，學生面對實驗中出現的各種問題，查閱相關資料，并在教師的引導下進行解決，增強了學生的實踐能力和設計經驗。這樣，既促進了項目的進行，同時也實現了科研反哺教學，學生和教師都受益匪淺。

在項目完成過程中，鼓勵學生不斷發現問題，提出問題，并通過團隊協作解決問題。使學生的創造性思維和研究性思維得到了提高，分析問題和解決問題的能力大大增強，對于團隊協作有了更深的理解，溝通交流能力不斷增強。同時，學生取得了豐碩的成果，共申請國家級大創項目6項，省級大創項目10項，獲得學科競賽獎省級一等獎5項，二等獎三等獎數量更多。

四、總結

通過在機電傳動控制課程的授課中，不斷對授課內容和實驗內容進行調整，將教師的科研項目和成果引入到實踐教學中，使教學與科研相輔相成，相互促進。在教學改革中，針對實驗班學生和創新實驗室學生的具體情況，強調學生的自主學習能力的培養，給學生創造學習和實踐的機會，培養學生的創新思維和科研能力，有效的提高了教學效果。

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作者簡介：沈鳳龍，遼東學院，副教授，博士;吳英男，遼東學院，講師，碩士。