科研反哺教學(xué)在機(jī)電傳動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

沈鳳龍　吳英男

【摘要】機(jī)電傳動(dòng)控制是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，尤其對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班，為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)及能力，在機(jī)電傳動(dòng)控制課程實(shí)驗(yàn)中，將教師的科研項(xiàng)目引入到實(shí)驗(yàn)中，由符合實(shí)驗(yàn)要求的科研成果構(gòu)建綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。不僅能豐富創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)能極大激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情和興趣，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和應(yīng)用能力。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電傳動(dòng)控制? 科研? 教學(xué)? 交流調(diào)速系統(tǒng)

一、引言

機(jī)電傳動(dòng)控制是是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，常規(guī)的實(shí)驗(yàn)都是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)占的比例很小，這對(duì)于該專(zhuān)業(yè)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班學(xué)生而言，完全不能符合培養(yǎng)目標(biāo)，嚴(yán)重束縛了實(shí)驗(yàn)班學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合分析問(wèn)題能力的培養(yǎng)和提高。為改變這一情況，將與該課程部分內(nèi)容相關(guān)的教師的科研項(xiàng)目引入到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中來(lái)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容布置給學(xué)生，由學(xué)生利用參與教師科研積累的科研能力和經(jīng)驗(yàn)，自主的組成團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師科研反哺教學(xué)，不僅能激發(fā)學(xué)生的求知欲，有效的提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也能促進(jìn)教師的科研的順利進(jìn)行。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

（一）改革內(nèi)容

在常規(guī)的機(jī)電傳動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中，包括三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止控制，正反轉(zhuǎn)控制等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要是學(xué)生通過(guò)對(duì)現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行接線，構(gòu)成繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，只能使學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的組成和基本接線有所了解，而交流自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)部分只是會(huì)簡(jiǎn)單的介紹，也沒(méi)有實(shí)驗(yàn)。但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)班而言，無(wú)法完成創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力提高的培養(yǎng)目標(biāo)，與常規(guī)不同班級(jí)也就沒(méi)有區(qū)別了。為此，針對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的實(shí)際情況，對(duì)課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行刪減和重新調(diào)整，對(duì)于基礎(chǔ)性知識(shí)有學(xué)生利用慕課和泛雅平臺(tái)上教師開(kāi)發(fā)的課程進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師進(jìn)行輔助，實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)性驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有學(xué)生在教師引導(dǎo)下自行完成。教學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)上。結(jié)合教師的遼寧省教育廳項(xiàng)目“用于礦井提升的雙三電平PWM變頻器關(guān)鍵問(wèn)題的研究”，將項(xiàng)目的硬件電路設(shè)計(jì)部分分解成“三電平PWM整流器主電路設(shè)計(jì)”和“三電平PWM逆變器主電路設(shè)計(jì)”兩大部分，將實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生按照任務(wù)分成兩個(gè)大組，然后在按照進(jìn)行混合分組，每個(gè)大組中包括四個(gè)小組，按照每部分的具體任務(wù)，結(jié)合學(xué)生的能力和特長(zhǎng)進(jìn)行混合分組。提出綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求，要求學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行自行設(shè)計(jì)。

（二）教學(xué)改革的實(shí)施

由于學(xué)生分成了八個(gè)小組，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教師人員不足，為解決這一情況，利用課題組成員均為實(shí)驗(yàn)班教師的有利條件，由課題組成員分別負(fù)責(zé)一個(gè)小組。在教師的引導(dǎo)下，從查閱資料和文獻(xiàn)評(píng)述，再到方案的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，每?jī)芍苷匍_(kāi)課題研究會(huì)議，由學(xué)生代表對(duì)兩周的進(jìn)展和完成的任務(wù)進(jìn)行匯報(bào)，并提出存在的問(wèn)題。然后由學(xué)生和教師共同探討給出解決方案。最后，在各組完成設(shè)計(jì)方案之后，將項(xiàng)目中采用的實(shí)際方案進(jìn)行公布，然后由學(xué)生進(jìn)行討論，確定各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最后由課題組教師給出評(píng)價(jià)，同時(shí)指出學(xué)生在設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法。

利用項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，例如在三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)中，有學(xué)生提出啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)沖擊電流，針對(duì)這一問(wèn)題，由每組提出具體的解決方案，在保證安全的前提下，對(duì)各種方案進(jìn)行試驗(yàn)，最后綜合考慮確定采用定子繞組串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)，將電阻串接在定子繞組上，減小啟動(dòng)電流，帶轉(zhuǎn)速上升到一定值再切除電阻，電機(jī)全壓運(yùn)行。通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，將課本中傳統(tǒng)的利用西門(mén)子通用變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新和延伸。利用設(shè)計(jì)的基于IGBT的二極管鉗位式三電平雙PWM結(jié)構(gòu)的變頻器進(jìn)行三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速實(shí)驗(yàn)，這樣學(xué)生不僅對(duì)電力電子器件IGBT的性能有了深入的了解，同時(shí)對(duì)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(guò)參與具體的項(xiàng)目中，掌握了交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并積累了一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

三、教學(xué)改革的作用及成果

由于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生是同屆的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生，因此在授課中，如果完全按照教材進(jìn)行授課，學(xué)生覺(jué)得枯燥無(wú)味，通過(guò)改革，將教師的科研項(xiàng)目引入學(xué)生的課程學(xué)習(xí)中，極大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生面對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，查閱相關(guān)資料，并在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行解決，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。這樣，既促進(jìn)了項(xiàng)目的進(jìn)行，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了科研反哺教學(xué)，學(xué)生和教師都受益匪淺。

在項(xiàng)目完成過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，并通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決問(wèn)題。使學(xué)生的創(chuàng)造性思維和研究性思維得到了提高，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力大大增強(qiáng)，對(duì)于團(tuán)隊(duì)協(xié)作有了更深的理解，溝通交流能力不斷增強(qiáng)。同時(shí)，學(xué)生取得了豐碩的成果，共申請(qǐng)國(guó)家級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目6項(xiàng)，省級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目10項(xiàng)，獲得學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)省級(jí)一等獎(jiǎng)5項(xiàng)，二等獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)數(shù)量更多。

四、總結(jié)

通過(guò)在機(jī)電傳動(dòng)控制課程的授課中，不斷對(duì)授課內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，將教師的科研項(xiàng)目和成果引入到實(shí)踐教學(xué)中，使教學(xué)與科研相輔相成，相互促進(jìn)。在教學(xué)改革中，針對(duì)實(shí)驗(yàn)班學(xué)生和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室學(xué)生的具體情況，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，給學(xué)生創(chuàng)造學(xué)習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力，有效的提高了教學(xué)效果。

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作者簡(jiǎn)介：沈鳳龍，遼東學(xué)院，副教授，博士;吳英男，遼東學(xué)院，講師，碩士。