運動控制課程教學改革研究

王永林

中原工學院 鄭州 450007

1 引言

運動控制課程是中原工學院自動化專業(yè)的一門核心專業(yè)課，涉及的知識面寬，應(yīng)用范圍廣，融匯基礎(chǔ)理論、技術(shù)基礎(chǔ)和工程技術(shù)為一體，具有極強的理論性、技術(shù)性和實踐性，所以學好該門課對提高學生的工程實踐能力有著重要的意義。但由于該課程概念、公式繁多，理論抽象，信息量大，綜合性強，學生普遍反映比較難學，選課和聽課情緒不高。

針對課程存在的問題，結(jié)合多年的教學體會并借鑒相關(guān)高校的教學經(jīng)驗，對運動控制課程的理論教學、實踐教學和考核方式進行改革研究。

2 課程當前存在的問題

1）學生對課程的意義認識不全面，學習目標不明確，在學習過程中比較茫然，沒有方向感，缺乏學習動力。

2）運動控制的先修課程有電機學、自動控制原理和電力電子技術(shù)等，很多學生反映這些課程沒學好，所以對運動控制課程望而生畏，喪失興趣，在分方向選課的模式下，回避該門課程。

3）傳統(tǒng)課堂教學通常采用“滿堂灌”的教學方法講授理論知識，學生只能機械地記憶原理，比較枯燥、乏味，學習興趣和積極性不高。

4）由于實驗設(shè)備數(shù)量有限，通常是一組多人，實際動手的學生有限；學生做實驗也是機械地按照實驗指導書的步驟進行操作，很難達到實驗教學目標。當前數(shù)字調(diào)速是趨勢，但由于多種因素限制，實驗設(shè)備沒能及時更新，實驗還是以模擬裝置為主，無法滿足現(xiàn)代運動控制系統(tǒng)實驗教學的要求。課程設(shè)計往往由于設(shè)備條件限制而變成紙上談兵。

3 理論教學改革

3.1 上好緒論課

學生對課程不感興趣，一個重要原因就是不知道課程有什么用。為此，要認真?zhèn)湔n，廣泛搜集資料，充分利用多媒體技術(shù)，采用文字、圖表、動畫、影片等多種形式，在緒論課上讓學生充分了解課程的開設(shè)意義和主要內(nèi)容，把什么是“運動控制”講解清楚，突出電力傳動相對于其他傳動方式（液壓傳動、氣壓傳動、柴油機傳動等）的優(yōu)勢，并用實例強調(diào)運動控制技術(shù)的實用性和應(yīng)用的廣泛性。

3.2 處理好本課程與其他課程的關(guān)系

運動控制課程是一根線，把很多先修課程聯(lián)系起來并用于解決實際問題。這一點可以反映出運動控制課程的重要性和實用性，但也造成學生因某門先修課沒學好而畏懼運動控制課程的現(xiàn)象。針對這種狀況，采取與先修課課程的任課教師經(jīng)常溝通的措施，做好分工合作，一是使講課內(nèi)容不重復，二是請他們在講課時把相關(guān)知識點進行強化，為學生下一步學習運動控制課程鋪路。另外向?qū)W生強調(diào)運動控制課程所用的先修課知識點是有限的，且是結(jié)論性的知識，也不是運動控制課程的重點（因先修課已學過），讓學生減少畏懼心理，增強學習信心。

現(xiàn)有的運動控制課程教材，對數(shù)字調(diào)速內(nèi)容涉及不多，對系統(tǒng)實現(xiàn)介紹更少，為此專門開設(shè)微機控制調(diào)速課程?，F(xiàn)在變頻器在工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，所以還開設(shè)了變頻器及其應(yīng)用課程，專門講解變頻器與其具體使用方法。課程之間分工合作，將重點、難點分攤，可弱化單門課程的難度，增加內(nèi)容的深度。

3.3 改進課堂教學方法

1）任務(wù)驅(qū)動，提高學生學習主動性?！叭蝿?wù)驅(qū)動”是在學習知識的過程中，學生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個共同的任務(wù)，在強烈的問題動機的驅(qū)動下，通過對學習資源的積極主動應(yīng)用，進行自主探索和互動協(xié)作的學習[1]。運動控制系統(tǒng)作為一種“系統(tǒng)”，具有“系統(tǒng)”的特性，就是各環(huán)節(jié)之間存在聯(lián)系。因此在系統(tǒng)的框架下，采用讓學生解決任務(wù)的方式學習各知識點。比如講完緒論課，給學生布置一個項目：晶閘管直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。通過這個項目，讓學生把有關(guān)建模、檢測、驅(qū)動、控制器設(shè)計等內(nèi)容聯(lián)系起來，并逐個突破。教師向?qū)W生講授有關(guān)理論知識，引導學生將所學知識與項目中要解決的問題聯(lián)系起來，增強學生學習的主動性和針對性。

2）充分利用多種教學手段。板書作為一種傳統(tǒng)的教學手段，將課程內(nèi)容、重點難點扼要有序地呈現(xiàn)在黑板上，有利于學生對教學內(nèi)容有整體的把握，有緩沖時間消化記憶；多媒體技術(shù)讓教師把時間花在課外，從而高效利用課堂時間，增大信息量，提供圖像、動畫、影片等具有視覺沖擊的內(nèi)容提高學生感性認識和學習興趣；網(wǎng)絡(luò)輔助教學作為課堂教學的延伸，使學生能隨時隨地進行學習，打破時空限制，學校引進的“網(wǎng)絡(luò)課堂”系統(tǒng)為教師進行網(wǎng)絡(luò)教學提供了便利。另外，通過每周專門安排時間（課外）、網(wǎng)絡(luò)課堂系統(tǒng)的交流討論模塊、QQ、電子郵件等多種方式進行課程答疑，彌補多區(qū)辦學模式下師生交流不易的缺陷。多種教學手段相得益彰，共同為提高教學質(zhì)量服務(wù)。

3）充分利用仿真軟件。在理論分析之后，對運動控制系統(tǒng)進行仿真分析，能使學生直觀地看到系統(tǒng)的運行結(jié)果，直接觀察參數(shù)變化和擾動對系統(tǒng)性能的影響，和教材內(nèi)容相印證，增強學生對教材內(nèi)容的理解度和認可度。目前應(yīng)用于運動控制課程教學的仿真軟件有Proteus、VisSim、PLECS、Saber和MATLAB等[2]。

4 實踐教學改革

實踐教學是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)人才知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要途徑和手段。對于培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才的高校，其重要性是不言而喻的。

4.1 實驗教學環(huán)節(jié)改革

針對原有的以模擬調(diào)速為主的實驗內(nèi)容，近年來做了改革。中原工學院現(xiàn)有某公司生產(chǎn)的電力電子與交直流調(diào)速系統(tǒng)實驗臺10多套，能開設(shè)“晶閘管—電動機系統(tǒng)開環(huán)特性測試”“帶電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)”“雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)”等直流模擬調(diào)速實驗。雖然模擬設(shè)備對學生直觀了解系統(tǒng)組成有幫助，但已顯得落伍。為了適應(yīng)運動控制系統(tǒng)數(shù)字化的發(fā)展趨勢，微機控制調(diào)速開設(shè)了數(shù)字實驗。為了解決當前實驗設(shè)備臺套數(shù)不足的問題，暫時開設(shè)仿真實驗：“單片機控制的直流調(diào)速系統(tǒng)”采用Proteus軟件，“同步電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)”采用MATLAB軟件?！爱惒诫妱訖C的變頻調(diào)速”實驗采用西門子MM440變頻器代替笨重的舊式變頻器，在學校自主開發(fā)的“TEUD紡織電氣綜合實訓實驗裝置”上進行?！癟VT-99D機械手運動實驗”作為演示實驗。新的實驗設(shè)備也在積極申請中。

4.2 課程設(shè)計環(huán)節(jié)改革

以往的課程設(shè)計由于缺乏硬件設(shè)備，通常由教師給一些原始數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)計指標，學生做一些理論分析和計算，畫下原理圖，不去具體實現(xiàn)，所以很難達到實踐環(huán)節(jié)的教學效果。為了改善這一狀況，與微處理器與接口技術(shù)課程組的教師合作開設(shè)了“直流電機數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)”的課設(shè)題目，使學生通過硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和實物制作，對如何設(shè)計實現(xiàn)一個實際的運動控制系統(tǒng)有了整體的把握，提高了工程實踐能力。

4.3 重視第二課堂

為了進一步鍛煉學生的動手能力，鼓勵學生參加全國大學生電子設(shè)計競賽、“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽和“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽等各種競賽；鼓勵學生參與教師的科研工作，促進學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。中原工學院已多次承辦電子設(shè)計競賽河南賽區(qū)賽事，近幾屆基本上次次都能斬獲全國一等獎，在其他賽事中也取得不俗的成績。學校在每屆電子設(shè)計競賽前專門針對競賽對學生進行的綜合培訓活動，是學生理論聯(lián)系實際、鍛煉和提高動手能力的一次好機會。

5 考核方式改革

加大對學生分析問題和解決問題能力的考核，將項目作業(yè)引入最后的成績評定中。針對傳統(tǒng)考核方式的弊端，嘗試進行改革。

1）針對運動控制課程內(nèi)容復雜、公式較多、閉卷考試難以出題考查課程某些重點內(nèi)容的狀況，嘗試將閉卷考試改為開卷考試。采用理論聯(lián)系實際的試題，考查學生對知識的活學活用能力。

2）將前述任務(wù)驅(qū)動教學過程中布置的項目作業(yè)作為最終考評的內(nèi)容之一。這樣，學生最終成績由以下幾部分組成：平時成績（作業(yè)+實驗+考勤）占20%，項目作業(yè)占10%，期末卷面成績占70%?？荚u項目作業(yè)，既考查了學生的實踐能力，也是對學生積極參與任務(wù)驅(qū)動教學的一種督促。

6 結(jié)束語

隨著運動控制技術(shù)的發(fā)展和社會對人才需求的變化，教學改革的探索是持續(xù)不斷的，今后將以培養(yǎng)社會需求型人才為目標，不斷深化教學改革，提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

[1]鄒于豐.任務(wù)驅(qū)動教學法在網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計課程教學中的應(yīng)用[J].梧州學院學報,2008,18(6):69-72.

[2]沈艷霞,潘庭龍,紀志成.CDIO-P培養(yǎng)模式下運動控制系統(tǒng)課程改革探索[J].江南大學學報:教育科學版,2009,29(3):270-273.