運動控制系統(tǒng)課程實驗教學(xué)改革探究

摘 要 運動控制系統(tǒng)是我國高等學(xué)校工科自動化專業(yè)課程，它與理論教學(xué)是既相對獨立、又相互統(tǒng)一的兩個重要環(huán)節(jié)。本文分析當(dāng)前運動控制系統(tǒng)課程實驗教學(xué)中存在的問題，并結(jié)合一線教學(xué)經(jīng)驗提出運動控制系統(tǒng)課程實驗教學(xué)改革的有效對策。

關(guān)鍵詞 運動控制系統(tǒng)課程 實驗教學(xué)改革 問題

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A

運動控制系統(tǒng)是我國高等學(xué)校工科自動化專業(yè)課程，其內(nèi)容涵蓋了電機與拖動基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)、自動控制原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機原理與接口技術(shù)等多門課程知識，具有綜合性強、實踐性強的特點。伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，其涉及的知識領(lǐng)域更加廣泛與深入。它與理論教學(xué)是同等重要、不可或缺的教學(xué)手段與環(huán)節(jié)。學(xué)生通過實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，可以訓(xùn)練和提高動手操作能力、實驗組織能力、運用理論分析和解決實際問題的能力、數(shù)據(jù)分析與處理能力、觀察和發(fā)現(xiàn)問題的能力以及探索問題和創(chuàng)新能力。因此，它與理論教學(xué)是既相對獨立、又相互統(tǒng)一的兩個重要環(huán)節(jié)。然而當(dāng)前舊的實驗教學(xué)存在實驗工具落后、實驗內(nèi)容陳舊、理論教學(xué)與實驗嚴(yán)重脫鉤等問題。本文分析當(dāng)前運動控制系統(tǒng)課程實驗教學(xué)中存在的問題，并結(jié)合一線教學(xué)經(jīng)驗提出該課程改革的有效途徑。

1 現(xiàn)今運動控制系統(tǒng)課程實驗教學(xué)在內(nèi)容和教學(xué)模式方面存在的問題

1.1 實驗設(shè)備跟不上時代的步伐

當(dāng)前，我們國家很多高校在運動控制系統(tǒng)課程教學(xué)所使用的主控制器采用模擬調(diào)節(jié)或嵌入式數(shù)字調(diào)節(jié)器，存在諸多先天的不足。（1）控制器功能單一。一套運動控制系統(tǒng)，往往是針對某一類運動控制系統(tǒng)開發(fā)的，一旦開發(fā)完成，對于學(xué)生而言只能是簡單的應(yīng)用，缺乏可操作性。（2）算法編程復(fù)雜，學(xué)生難以掌握。即使是一個最簡單的全數(shù)字運動控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的編程不僅要求學(xué)生有熟練的編程能力，而且需要較長的開發(fā)周期。（3）缺乏可視化的操作與顯示界面，數(shù)據(jù)的捕獲與存儲能力有限。所以，相對于國外先進的運動控制系統(tǒng)，國內(nèi)的實驗工具落后并不是體現(xiàn)在硬的方面，而是整個系統(tǒng)的“大腦”即運動控制器上。

1.2 實驗內(nèi)容的陳舊

正是受限于主控制器的發(fā)展水平，目前國內(nèi)眾多實驗系統(tǒng)只能提供一些簡單的驗證性實驗。實驗內(nèi)容單一，可操作性差，無法激起學(xué)生的研究興趣與能動性。隨著新型電機及先進的交流傳動系統(tǒng)的發(fā)展，就要求增加一些技術(shù)含量高、更富創(chuàng)造性的實驗內(nèi)容。雖然，針對本科學(xué)生的教學(xué)是重在基礎(chǔ)，面向綜合。但是，這不能成為我們不去研究與探索國外先進實驗技術(shù)的借口。

1.3 理論與實踐相脫離

數(shù)字仿真作為學(xué)習(xí)運動控制系統(tǒng)的一個重要數(shù)字工具，也是運動控制實驗教學(xué)的一個重要組成部分。MATLAB作為全球著名的數(shù)學(xué)軟件，具有函數(shù)豐富、直觀與易于編程的特點。但是，作為一類純數(shù)字離線仿真工具，MAT-LAB仿真也存在不可避免的缺點。一方面，在數(shù)字離線仿真模型中，包括電機、電源、控制器、檢測等各種器件都是采用一定假設(shè)條件下的簡化模型。所以，數(shù)字仿真并不能代表真實的系統(tǒng)。另一方面，純數(shù)字離線仿真無法考慮到包括實際處理器的運算能力、存儲器的限制、中斷及I/O接口電路電氣特性等諸多因素。

1.4 實驗教學(xué)方式不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新意識

當(dāng)前很多高等學(xué)校在運動控制系統(tǒng)課程實驗教學(xué)大多仍采用驗證性又或者是技能型教學(xué)手段，在實驗教學(xué)課堂上教師掌控著整個課堂，并將實驗的目的、內(nèi)容以及每一項步驟都仔仔細細講清楚，學(xué)生在課堂上的任務(wù)就是重復(fù)教師的實驗操作，不利于開發(fā)學(xué)生的思維能力與培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新意識。

1.5 缺乏多元化的實驗教學(xué)方式方法

在進行設(shè)計性的實驗教學(xué)時，教師往往會先給出一個事先設(shè)計好的模式，學(xué)生只需依照教師的設(shè)計模式進行就可，這雖然可以提高教學(xué)進度，但是卻將學(xué)生排斥于設(shè)計實踐之外，不利于調(diào)動學(xué)生的興趣；沒有采取先進的實驗設(shè)計思維，設(shè)計實驗的方法也不適應(yīng)現(xiàn)今時代的發(fā)展；實驗教學(xué)方法往往是千篇一律地先進行理論推導(dǎo)，然后進行實驗驗證，在進行實踐的時候，學(xué)生對于實驗結(jié)果已經(jīng)了然于心，因此對實驗也是興趣缺缺，仿佛是在完成一項老師布置的作業(yè)一般。

2 運動控制系統(tǒng)類課程實驗教學(xué)改革的有效對策

實踐是人類與外界產(chǎn)生聯(lián)系的有效手段，人類通過實踐，達到認識外界、介入外界的最終目的，而另一方面，外界也正是因為有人類的實踐而慢慢被變得適合人類的居住。人類在進行實踐的時候，不僅能豐富其知識，同時還能提升其實踐操作水平。教育也是各種實踐中的一種，其最終目標(biāo)就是提高學(xué)生的實踐操作水平，豐富學(xué)生各類學(xué)識等，最終將學(xué)生培育成具有實踐操作能力的個體，正是如此，在實踐中學(xué)生才能將他們的興趣、主動性全面施展開來，達到培育其創(chuàng)新意識，促進學(xué)生全面的發(fā)展。

因此，在進行實際的實驗教學(xué)的時候，教師必須加強理論和實踐之間的聯(lián)系，注意架構(gòu)有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的教學(xué)情境來進行教學(xué)方面的改革，換句話來說就是必須把教學(xué)中每個教學(xué)步驟都圍繞著這個教學(xué)實質(zhì)來進行有效重構(gòu)，進一步變革實驗教學(xué)的方式、方法，拓寬實驗教學(xué)的主要內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生實際情況進行合理安排。其最終目的是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)生獨立實驗的操作能力及創(chuàng)新意識。

2.1 完成設(shè)計型實驗轉(zhuǎn)變

以往的實驗教學(xué)往往是老師給學(xué)生指出每個實驗所使用的單元模塊、會用到哪幾種實驗器材、整個實驗電路連接圖的關(guān)鍵點在什么地方以及實驗的步驟等等，從這樣的實驗操作中，學(xué)生僅僅可以了解實驗裝置調(diào)試的方法、該實驗用到了哪個理論原理等等，學(xué)生不能從實驗教學(xué)中獲得運動控制系統(tǒng)類的相關(guān)工程實踐的知識。所以，在實際實驗教學(xué)中教師可以從變革實驗教學(xué)方式及改變實驗教學(xué)內(nèi)容作為切入點，根據(jù)理論課上的教學(xué)內(nèi)容進行實驗內(nèi)容的選定，進而確定實驗項目，最后再認定實驗教學(xué)是屬于驗證性、設(shè)計性，還是屬于綜合性。例如在進行交流調(diào)速實驗的時候，老師可以把這個實驗所運用的理論知識板塊全都列舉出來，再讓學(xué)生通過實驗的手段對每個知識板塊進行測試性又或者是驗證性的實踐操作，從而加深學(xué)生對每個知識板塊中的功能、特點等方面的記憶程度。在進行理論教學(xué)的時候，老師需要結(jié)合相關(guān)實驗操作，不同于以往的實驗步驟的簡單操作，老師可以用分派任務(wù)的方式將實驗引出，例如進行串級調(diào)速實驗的時候，老師可以讓學(xué)生依據(jù)理論，設(shè)計出相關(guān)實驗的方式，在進行設(shè)計的時候?qū)W生的操作動腦動手能力可以得到有效的提升。

2.2 改革實驗教學(xué)內(nèi)容

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式中學(xué)生僅僅是熟練調(diào)試的技能，熟悉相關(guān)理論，不能獲得實踐設(shè)計能力的提高。因此教師需要改革實驗教學(xué)的內(nèi)容，拋棄傳統(tǒng)教學(xué)方式中給定學(xué)生某個實驗?zāi)K、實驗設(shè)備、實驗具體步驟等等，改革實驗教學(xué)的形式，提高學(xué)生動手學(xué)習(xí)的興趣。例如可以在實驗課程中引導(dǎo)學(xué)生將在實訓(xùn)課堂接觸過的內(nèi)容與理論知識相互驗證，在講解到單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖時，可以讓學(xué)生試著結(jié)合學(xué)校調(diào)速柜實訓(xùn)內(nèi)容分析系統(tǒng)的調(diào)速原理。引導(dǎo)學(xué)生自己解釋調(diào)速原理后，教師一定要再加以總結(jié)。使用板書按順序標(biāo)注各個量隨著某擾動量（如負載）變化的增減趨勢。從而讓學(xué)生掌握分析所有閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程的方法。

2.3 改革實驗教學(xué)的方式方法

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，學(xué)生只需要照著老師的步驟一步一步地學(xué)就完全可以完成實驗，也就只能掌握實驗的基本原理等基本實驗技能，對于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、動手能力并沒有起到多大的積極作用。因此教師應(yīng)采取新的實驗教學(xué)方式方法，提高學(xué)生實踐動手與創(chuàng)新才能。如果實驗是驗證性實驗的話，老師需要引導(dǎo)學(xué)生采取運動控制類相關(guān)工程手段進行測試或調(diào)速各板塊內(nèi)容的參數(shù)、特性等方面的內(nèi)容；而假如實驗是設(shè)計類型的，教師則需要指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)相關(guān)理論設(shè)計出實驗方案，例如引導(dǎo)學(xué)生利用電機拖動課程中講述的被控電機特性、控制手段及原理，設(shè)計調(diào)速方案等等；設(shè)計出實驗方案之后，還需要結(jié)合計算機輔助分析軟件進行實驗相關(guān)數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)，修正實驗參數(shù)，最后運用模擬仿真調(diào)試功能，讓學(xué)生對于實驗的理論內(nèi)容及系統(tǒng)加深認識，加強記憶。

傳統(tǒng)的運動控制類實驗教學(xué)都是單一型的實驗教學(xué)，但是一個簡單的實驗中可以包含有兩種甚至是多種課程的理論知識，因此單一型的實驗教學(xué)已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)今的教學(xué)發(fā)展，需要轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合型的實驗教學(xué)，這樣可以讓學(xué)生把他們在其他課程中所掌握的知識運用于實驗設(shè)計中，從而加強其知識結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，做到融會貫通，幫助學(xué)生通過一次次的實驗實踐，加深對整個專業(yè)知識的理解及應(yīng)用。

2.4 利用校外實驗基地開展教學(xué)

筆者根據(jù)學(xué)校所在地電氣控制相關(guān)企業(yè)較多的狀況，與毗鄰學(xué)校的企業(yè)建立校企合作，建設(shè)了電氣控制課程的校外實驗基地，將學(xué)生的實驗場所搬到了企業(yè)生產(chǎn)車間。在開展實驗時請企業(yè)中具有豐富實踐經(jīng)驗的專家和技術(shù)人員進行現(xiàn)場指導(dǎo)，企業(yè)還根據(jù)學(xué)生的情況讓部分學(xué)生進行頂崗實習(xí)。這種方法不但提高了電氣控制實驗教學(xué)的針對性和實用性，還能提高學(xué)生的崗位適應(yīng)能力。

2.5 改進實驗教學(xué)的管理和考評方式

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)的管理和考評方式中，通常采用的是實驗前預(yù)習(xí)、實驗中操作、實驗后完成實驗報告的模式，在這種模式下，學(xué)生機械地進行實驗，實驗報告中的抄襲現(xiàn)象比較普遍。為了改變這種狀況，筆者所在學(xué)校在實驗教學(xué)的管理和考評中采用了“以證代考”、免試和操作相結(jié)合等方式。為了鼓勵學(xué)生考取相應(yīng)的職業(yè)技能證書，只要學(xué)生能取得維修電工或電氣工程師等證書，就能根據(jù)情況免試相應(yīng)的實驗內(nèi)容。對于在完成實驗過程中具有創(chuàng)新意識或?qū)嶋H操作水平較高的學(xué)生，也可以確定免試。

3 結(jié)束語

本文分析了現(xiàn)階段電氣控制實驗教學(xué)的現(xiàn)狀和存在問題，提出了一些創(chuàng)新電氣控制實驗教學(xué)的措施，實踐證明，這些措施提高學(xué)生做實驗的積極性，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了很大的作用。

參考文獻

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