電機調速與控制課程設計教學改革研究

王榮坤

[摘? ? ? ? ? ?要]? 針對傳統(tǒng)電機調速與控制課程設計存在的一些問題，如教學安排過于集中、課程設計題目固化、設計工具單一、脫離工程實踐、缺乏交叉融合等，對照工程教育認證標準分別從教學的組織安排、教學目標、教學內容等方面提出了改革方案，使其更切合工程實踐，完善課程設計的綜合性。課程設計教學改革近年來實施取得了一定的效果，基于工程教育認證思想，進行了評價效果反思并提出了一些持續(xù)改進措施。

[關? ? 鍵? ?詞]? 課程設計;電機調速;工程教育認證;新工科

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）28-0065-03

一、背景

國內的工科教育先后經(jīng)歷了20世紀50年代的“技術范式”、20世紀80年代的“科學范式”以及20世紀90年代的“工程范式”。2006年我國啟動工程教育專業(yè)認證，對工程技術人才培養(yǎng)模式提出了更高的要求。中國工程教育認證協(xié)會于2012年7月重新修訂了《工程教育專業(yè)認證標準》，其認證的通用標準以“學生”為中心，強調達成度過程評價和持續(xù)改進[1]。2017年2月，教育部高等教育司發(fā)布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，明確指出新工科項目的開展與實施應當圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量和新體系進行[2][3]。同時，電氣化是20世紀最偉大的工程成就;進入21世紀后，電氣化向更寬更深發(fā)展，并且直接面向智能制造。電機調速與控制[4][5]是電氣工程及其自動化的專業(yè)課，掌握各種類型電機的調速原理，對學生畢業(yè)參與機器人、數(shù)字機床等智能制造領域工作有極大的幫助。加強實踐環(huán)節(jié)是工程教育認證的迫切要求，沒有實踐的理論是蒼白無力的，同時也難以被學生深刻掌握。電機調速與控制課程對應的課程設計可以幫助學生將所學的理論知識用于實際的工程活動中。華僑大學電氣工程及其自動化專業(yè)已于2019年通過工程教育認證受理，在此之前便以工程教育認證為指導思想，對電機調速與控制課程設計進行了改革探索，旨在增強所培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。

二、現(xiàn)有課程設計存在的問題

電機調速與控制課程設計是電氣工程專業(yè)的一門重要實踐課，可以加深學生對課程基礎知識的理解，同時也能提高學生運用知識和實踐的能力。而傳統(tǒng)的課程設計教學方式如下：在兩周內布置課題任務，給定目標電機參數(shù)，學生通過MATLAB仿真軟件，設計其閉環(huán)控制方式與整定環(huán)路參數(shù)。這種教學方式的弊端在于：

（1）教學與學生實施安排過于集中：此前的課程設計一般安排在理論課程知識教授結束后的兩周內完成，學生尚未對理論知識充分理解，并且短時間內難以建立與工程的聯(lián)系，實施的效果不佳。

（2）課程設計題目固化：此前課程設計一般由電機調速與控制原理教材上的例題改編，設計題目較為固定，或者只對其中的電機參數(shù)、控制結構簡單改動，學生的設計一般可以參考往年學生留下的模板，甚至有照搬現(xiàn)象。因此在設計過程中，學生并沒有真正理解電機控制原理，從而導致課程設計流于形式，無法達到考查的目的。

（3）課程設計使用的設計工具單一：在電機調速與控制的課程設計中，雖然借助了計算機輔助仿真軟件MATLAB，但是單一的設計工具限定了學生發(fā)揮的空間;并且在將來學生走向科研、工作崗位后，使用的開發(fā)工具可能有所不同。

（4）課程設計脫離工程實際：此前的課程設計先通過理論計算進行電機控制系統(tǒng)的參數(shù)計算，并在MATLAB仿真軟件上進行模型驗證。學生完成課程設計后仍無法理解實際工程中的電機調速系統(tǒng)是何種形式，其控制系統(tǒng)載體以及軟件實現(xiàn)又是什么樣的，因此并沒有真正打通理論和工程實踐這條通路。

（5）課程設計缺乏交叉融合：眾所周知，電氣工程是一門交叉融合的綜合性學科，電路、模擬電子、數(shù)字電子、電力電子此電類課程是本專業(yè)的基礎課程，電機調速與控制是在此類課程基礎上的專業(yè)應用型課程。但是配套的課程設計并沒有真正實現(xiàn)電類課程的融合，學生在課程設計實施完后，并不能很好地掌握如電子元器件的使用、電力電子拓撲的選取等內容。

針對上述問題，為了適應工程教育認證以及新工科學科建設要求，加強學生理論知識和實踐能力的聯(lián)系，以及提高其解決復雜工程問題的能力，筆者提出了一些措施對電機調速與課程設計的教學進行改革。

三、教學改進措施

（一）教學組織的改革

傳統(tǒng)的電機調速與控制課程設計實施安排過于集中，且與日常教學相脫節(jié)，學生在學習理論知識后不能馬上通過實踐鞏固，不能較好地達到課程設計應有的效果[6]。針對該問題，將課程設計實踐環(huán)節(jié)按照工程項目管理中的任務目標分解的方式，結合到理論課程的教學工作中。在學期開始時即布置總體設計任務，并且在理論課程各個章節(jié)講授中布置分解任務，如講授緒論，可讓學生開展關于目前工業(yè)應用的電機及其驅動器的調研，了解關于驅動器拓撲及功率器件型號、控制板和驅動板的器件選型等方面內容;在較寬裕的學期安排中，可提前布置學生熟悉相關的仿真軟件以及電路設計軟件;在講授第三章關于轉速電流雙反饋電機調速系統(tǒng)時，布置的作業(yè)可與學生要開展的設計題目結合，學生在理論課程學習時可完成參數(shù)計算，減輕之后的設計工作量。通過這種以學生學習為中心全周期的工程實踐培養(yǎng)模式，既加深了學生對理論知識與課程設計實踐的關聯(lián)性，同時也使得整個課程設計開展在相對輕松的氛圍下進行。