交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

白 銳 張 健

遼寧工業(yè)大學(xué) 遼寧錦州 121001

交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

白 銳 張 健

遼寧工業(yè)大學(xué) 遼寧錦州 121001

交流調(diào)速控制系統(tǒng)是自動(dòng)化學(xué)科的主干專業(yè)課程之一，該課程具有與工程實(shí)踐聯(lián)系密切、實(shí)用性較強(qiáng)等特點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)具有較好的工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，針對(duì)該課程本身的特點(diǎn)，提出了3個(gè)方面的教學(xué)改革，包括教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)手段的創(chuàng)新和考試方式的改革。所提出的改革方法在實(shí)際教學(xué)過(guò)程進(jìn)行了實(shí)踐，取得良好教學(xué)效果。

交流調(diào)速控制系統(tǒng)；自動(dòng)化專業(yè)；工程實(shí)踐能力；教學(xué)改革

自動(dòng)化學(xué)科是一門科學(xué)性與工程性并重的學(xué)科，理論性和實(shí)踐性的緊密結(jié)合是該學(xué)科的重要特征[1]。交流調(diào)速控制系統(tǒng)是自動(dòng)化學(xué)科的主干專業(yè)課程之一，通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)以及分析、設(shè)計(jì)交流調(diào)速系統(tǒng)的能力。該課程與工程實(shí)踐聯(lián)系密切，是一門實(shí)用性很強(qiáng)的課程。因此，對(duì)于該課程的知識(shí)內(nèi)容，學(xué)生不僅要學(xué)會(huì)它，更重要的是會(huì)應(yīng)用它。

目前，該課程的教學(xué)多數(shù)只重視對(duì)學(xué)生理論知識(shí)的傳授，忽視了如何提高學(xué)生在交流調(diào)速系統(tǒng)方面的工程實(shí)踐能力。為了使學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，并具有較好的工程實(shí)踐能力，根據(jù)交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程本身的特點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)存在的一些問(wèn)題，提出了3個(gè)方面的改革方法，并進(jìn)行了實(shí)踐，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考試方式的改革。

1 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

1.1 教學(xué)內(nèi)容要理論與應(yīng)用相結(jié)合

實(shí)現(xiàn)交流調(diào)速方法的重要設(shè)備之一是變頻器，電機(jī)、變頻器和PLC等是自動(dòng)化專業(yè)工程師接觸和使用最多的設(shè)備。目前，交流調(diào)速控制系統(tǒng)的教材和授課內(nèi)容都偏向于理論基礎(chǔ)，在很大程度上忽略了交流調(diào)速方法如何在實(shí)際中應(yīng)用這一重要問(wèn)題。因此，對(duì)于授課內(nèi)容，在注重基礎(chǔ)理論的同時(shí)，要增加工程實(shí)踐方面的內(nèi)容。

我們認(rèn)為，授課內(nèi)容除了各種調(diào)速方法的原理外，應(yīng)該增加變頻器的原理、使用和維護(hù)等知識(shí)，包括變頻器的參數(shù)設(shè)置，變頻器軟件的調(diào)試，變頻器與其他設(shè)備的聯(lián)接，變頻器故障的分析及解除等。交流調(diào)速控制系統(tǒng)的課堂授課內(nèi)容為52學(xué)時(shí)，在授課內(nèi)容改革之前，主要以講解各種調(diào)速方法的原理為主，其各部分的學(xué)時(shí)安排見表1。為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，改革后的學(xué)時(shí)安排見表2，加大了變頻器原理的學(xué)時(shí)，并增加了與工程應(yīng)用密切相關(guān)的變頻器使用、調(diào)試和維護(hù)等方面的內(nèi)容。

表1 交流調(diào)速控制系統(tǒng)改革前學(xué)時(shí)安排

表2 交流調(diào)速控制系統(tǒng)改革后學(xué)時(shí)安排

1.2 加強(qiáng)與本專業(yè)其他課程的聯(lián)系

部分學(xué)生進(jìn)入大四之后，仍然對(duì)自動(dòng)化專業(yè)比較迷茫，不知道這個(gè)專業(yè)能從事什么工作，所學(xué)的各門專業(yè)課程到底有什么用。造成這個(gè)現(xiàn)象的原因之一，是學(xué)生對(duì)各門專業(yè)課程只是孤立、單獨(dú)地去學(xué)習(xí)和理解，沒(méi)有將各個(gè)專業(yè)課程的知識(shí)較好地融合在一起，難以從整體上把握各門專業(yè)課程的作用和相互聯(lián)系。

因此，在授課過(guò)程中，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生將交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程和其他專業(yè)課相互聯(lián)系。筆者建議，應(yīng)該以一個(gè)典型的工程設(shè)計(jì)為例，通過(guò)講解實(shí)際控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)過(guò)程，從控制、電氣、儀表3個(gè)主要方面來(lái)闡述交流調(diào)速控制系統(tǒng)等各個(gè)專業(yè)課程在實(shí)際控制系統(tǒng)中的作用和相互之間的聯(lián)系(如圖1所示)。

圖1 各門專業(yè)課程作用的講解

1.3 科研項(xiàng)目與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合

教學(xué)與科研互動(dòng)的教學(xué)模式，是提高學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的重要手段[2]。在交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程中，應(yīng)采用這一模式，具體說(shuō)明如下：

1.3.1 將科研項(xiàng)目引入教學(xué)過(guò)程中

教師應(yīng)該將自己的科研項(xiàng)目引入課堂、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。例如，在授課過(guò)程中，以錄像和圖片等形式將科研實(shí)例展示給學(xué)生，同時(shí)可以根據(jù)親身的科研項(xiàng)目經(jīng)歷，說(shuō)明在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中用到了交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程中的哪些內(nèi)容，以此來(lái)說(shuō)明本門課程的學(xué)習(xí)目的、應(yīng)用場(chǎng)合以及和其他專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)。

在此基礎(chǔ)上，可以將科研項(xiàng)目分解成若干個(gè)小的部分，每個(gè)部分可以作為學(xué)生課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

1.3.2 成立學(xué)生科研興趣小組

因材施教，吸收部分優(yōu)秀的學(xué)生成立科研興趣小組，直接參與教師的科研項(xiàng)目。這不僅可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是可以很好地提高學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，這對(duì)于那些學(xué)有余力的學(xué)生是非常必要的。

2 教學(xué)手段的創(chuàng)新

2.1 引入工程實(shí)例，采用案例教學(xué)

采用案例教學(xué)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)可以使學(xué)生更好地理解交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程的知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。

以案例教學(xué)貫穿整個(gè)授課過(guò)程。在授課過(guò)程中，應(yīng)該選擇一個(gè)功能齊全、結(jié)構(gòu)完善、具有一定復(fù)雜性和代表性的實(shí)際交流調(diào)速系統(tǒng)作為案例，例如冷軋機(jī)的交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)該調(diào)速系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件配置和軟件開發(fā)、調(diào)速方法和原理等方面的分析，來(lái)詳細(xì)講述交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程的各部分內(nèi)容。

需要指出的是，對(duì)于交流調(diào)速控制系統(tǒng)這門課程，授課案例不宜選擇簡(jiǎn)單、小型的調(diào)速系統(tǒng)，而要選擇功能完善、結(jié)構(gòu)齊全的調(diào)速系統(tǒng)為案例。只有這樣，學(xué)生才可以全面地掌握如何利用所學(xué)知識(shí)來(lái)分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng)。

2.2 實(shí)物實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

目前，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在交流調(diào)速控制系統(tǒng)等課程中得到了應(yīng)用，但只局限于授課過(guò)程向?qū)W生演示[3]。應(yīng)該加大仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用范圍，例可利用Matlab/Simulink等軟件開發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用以“實(shí)物實(shí)驗(yàn)為主，仿真實(shí)驗(yàn)為輔”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。

仿真實(shí)驗(yàn)不僅可以在一定程度上解決教學(xué)資源限制的問(wèn)題，更重要的是，在仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以方便地觀察在實(shí)驗(yàn)裝置中難以直接觀測(cè)的內(nèi)部參數(shù)變化和動(dòng)態(tài)波形，通過(guò)對(duì)仿真曲線等內(nèi)容的分析，可以更加深刻、形象地理解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，啟發(fā)學(xué)生的探索性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。因此，以實(shí)物實(shí)驗(yàn)為主，以仿真實(shí)驗(yàn)為輔，對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果具有重要意義。

以我校為例，實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行雙閉環(huán)三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速等3個(gè)實(shí)物實(shí)驗(yàn)，我們開發(fā)了交流異步電機(jī)矢量控制調(diào)速仿真實(shí)驗(yàn)等2個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見表3。

表3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置

3 考試方法的改革

目前，期末考試多采用卷面考試的形式，為了提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重視，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，交流調(diào)速控制系統(tǒng)期末考試應(yīng)由卷面考試和實(shí)驗(yàn)考試組成。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)考試，有2個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題需要解決：一是實(shí)驗(yàn)考試的內(nèi)容，即考什么？如何考？二是實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)?cè)谄谀┏煽?jī)中所占的比重。

實(shí)驗(yàn)考試內(nèi)容應(yīng)包括：動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、硬件安裝和調(diào)試等內(nèi)容，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)各種交流調(diào)速現(xiàn)象的分析與綜合能力。實(shí)驗(yàn)考試包括答辯環(huán)節(jié)。

卷面考試成績(jī)和實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)?cè)诳偝煽?jī)中要占不同的比重，這個(gè)比重要根據(jù)交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程本身的特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備等因素來(lái)決定。根據(jù)我校的實(shí)驗(yàn)資源和學(xué)生素質(zhì)等情況，筆者建議卷面考試和實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)的比重分別為70%和30%。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所提出的教學(xué)改革方法并不是要弱化學(xué)生的理論基礎(chǔ)，而是在保證學(xué)生具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)的前提下，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，從而增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和就業(yè)能力。所提出的改革方法不僅適用于交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程，同時(shí)也為其他工科專業(yè)課程提供了重要的參考價(jià)值。

[1] 戴先中.自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的內(nèi)容、地位與體系[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2] 張會(huì)清,王普,任明榮,高學(xué)金,嚴(yán)愛(ài)軍.專業(yè)課教學(xué)與科研互動(dòng)的研究與實(shí)踐[J],電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(2):109-111.

[3] 陳榮.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在交流調(diào)速系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2004,26(6):113-115.

Teaching reform and application for AC regulation speed control system

Bai Rui, Zhang Jian
Liaoning university of technology, Jinzhou, 121001, China

AC regulation speed control system is an important course for automation specialty. This course is closely related to the engineering practice. In order to improve the practical capability of students with solid theoretical foundation, a teaching reform for this course, which was based on the characteristic of this course, was proposed. The proposed reform included the teaching content, teaching method and examination method. The proposed reform method was applied in the actual teaching process, and application results have proven the effectiveness of the proposed methods.

AC regulation speed control system; automation specialty; practical capability, teaching reform

2012-03-03

白銳，博士，副教授。