運(yùn)動控制系統(tǒng)課程教學(xué)改革的探討

孫影 林芳

摘 要：運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)上層的課程，該課程內(nèi)容貫穿整個(gè)自動化下層和中層的專業(yè)課，所以該課程理論內(nèi)容涉及知識點(diǎn)多、講授難等特點(diǎn)，研究了基于課程內(nèi)容的立體體系的課程改革思路，通過整合授課內(nèi)容、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、建設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，最后教師總結(jié)提升整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生將理論知識通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)體現(xiàn)出來，最后用實(shí)際工程實(shí)例作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目使學(xué)生更好地理論聯(lián)系實(shí)際。該教學(xué)改革思路對運(yùn)動控制系統(tǒng)課程提高教學(xué)質(zhì)量具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動控制系統(tǒng);立體教學(xué)體系;課程群

1 目前的運(yùn)動控制系統(tǒng)課程

運(yùn)動控制系統(tǒng)課程群是由自動化的專業(yè)課組成的課程體系，課程群里面很多都是我校自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，而運(yùn)動控制系統(tǒng)是專業(yè)核心課程，要學(xué)好運(yùn)動控制系統(tǒng)這門課程就要好好學(xué)習(xí)這些基礎(chǔ)課。其中電機(jī)與拖動中的電動機(jī)是整個(gè)課程那個(gè)群的研究對象，整個(gè)課程群的指導(dǎo)思想是自動控制原理中的控制理論，傳感器與檢測技術(shù)等其他課程搭建運(yùn)動控制系統(tǒng)硬件電路的基礎(chǔ)，這樣實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動控制系統(tǒng)的核心研究內(nèi)容。這幾門課程形成了一個(gè)理論體系，其中一個(gè)課程的學(xué)習(xí)不夠會直接影響學(xué)生對整個(gè)體系的理解，所以運(yùn)動控制系統(tǒng)所涉及的知識點(diǎn)比較多，這樣使學(xué)習(xí)難度大大增加。因此，為了使同學(xué)們更有效地掌握運(yùn)動控制系統(tǒng)這門課程，改革教學(xué)模式、重新設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)勢在必行。

2 運(yùn)動控制系統(tǒng)課程的改革

針對當(dāng)前存在的問題以及課程特點(diǎn)，確定各門課程的位置關(guān)系以及作用，其課程之間的關(guān)系如圖1所示。

本文從人才培養(yǎng)方案及運(yùn)動控制系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)出發(fā)，以學(xué)生為中心、教師則以引導(dǎo)為目的教學(xué)理念，以學(xué)生參與為主的教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)。建立運(yùn)動控制系統(tǒng)課程立體式的教學(xué)體系，從崗位所需的要求出發(fā)，培養(yǎng)畢業(yè)要求所具有的能力，根據(jù)運(yùn)動控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，將運(yùn)動控制系統(tǒng)的內(nèi)容建立立體的坐標(biāo)體系如圖2所示。

圖中橫向的內(nèi)容依次由理論計(jì)算階段到實(shí)驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)的優(yōu)化階段，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)仿真得到的優(yōu)化參數(shù)搭建出硬件電路，實(shí)現(xiàn)由理論到實(shí)踐的過程;而上圖中的縱向內(nèi)容依次遞進(jìn)由單閉環(huán)設(shè)計(jì)到雙閉環(huán)設(shè)計(jì)，由兩象限運(yùn)行到四象限運(yùn)行逐層遞進(jìn)。由橫、縱坐標(biāo)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，滿足畢業(yè)要求的能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生參加競賽及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的能力，為使學(xué)生能夠結(jié)合理論與工程實(shí)際情況相結(jié)合，選擇合理的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能夠正確地選擇和整定調(diào)速控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)的調(diào)速性能達(dá)到最佳狀態(tài)。

根據(jù)課程群內(nèi)課程的內(nèi)容特點(diǎn)以及目前工程質(zhì)量認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)動控制系統(tǒng)課程的具體改革措施如下：

（1）整合授課內(nèi)容：由學(xué)院組織建立課程群內(nèi)的教師共同討論課程之間的聯(lián)系和區(qū)別，將有聯(lián)系的知識點(diǎn)盡量做到不重復(fù)且有銜接，將一個(gè)實(shí)際例子從不同課程的角度出發(fā)，講解各個(gè)課程的不同要求，打好上層建筑的基礎(chǔ)，最后由運(yùn)動控制系統(tǒng)將各門課程的例子綜合在一起，也就是將運(yùn)動控制系統(tǒng)為上層的教學(xué)目標(biāo)，將中層和下層課程的成果合起來構(gòu)建了一個(gè)完成整立體體系的課程教學(xué)方案，這需要課程之間做好銜接和區(qū)分，也需要不同課程的教師之間更好地溝通。

（2）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：根據(jù)理論課的內(nèi)容設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，運(yùn)用MATLAB軟件將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容直觀顯示出來。以轉(zhuǎn)速、電流環(huán)反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)章節(jié)為例，將轉(zhuǎn)速和電流環(huán)計(jì)算出來的數(shù)據(jù)以及相關(guān)電動機(jī)等數(shù)據(jù)，通過仿真軟件進(jìn)行電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)、直流電動機(jī)、晶閘管裝置等模型的搭建，改變參數(shù)值得到最優(yōu)值。利用工程實(shí)際設(shè)計(jì)雙閉環(huán)反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的例子，讓學(xué)生直接將理論知識應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生學(xué)會實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試和設(shè)計(jì)的方法，進(jìn)而達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)也能提高同學(xué)們對運(yùn)動控制系統(tǒng)的認(rèn)識和使用。

（3）建設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)：實(shí)踐環(huán)節(jié)是學(xué)生們將理論知識、實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將仿真項(xiàng)目真實(shí)的做出來讓學(xué)生真正的應(yīng)用到實(shí)踐中。以單片機(jī)控制的轉(zhuǎn)速、電流環(huán)反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)為例，根據(jù)理論的計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)調(diào)試的數(shù)據(jù)通過電路形式展現(xiàn)出來，以小組為單位，將電路制作成實(shí)物，這樣不僅能夠理論實(shí)驗(yàn)實(shí)踐一體化，還能夠使學(xué)生意識到團(tuán)隊(duì)的重要性以及本身動手能力和創(chuàng)新意識。在設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)資料進(jìn)行理論計(jì)算，進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)室中，將理論計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，并且可以得到優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)。最后根據(jù)優(yōu)化的參數(shù)選擇與之對應(yīng)的元器件來搭建硬件電路，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立設(shè)計(jì)出一個(gè)符合實(shí)際生產(chǎn)需要的調(diào)速系統(tǒng)。

3 運(yùn)動控制系統(tǒng)課程考核方法

通過設(shè)計(jì)課程任務(wù)型課堂模式，設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)，然后將考核方式在開課時(shí)就在第一次的課堂上公布并讓學(xué)生提意見，反饋適當(dāng)調(diào)整后盡可能使考核公平公正，主要目的是讓學(xué)生注重過程的學(xué)習(xí)。理論可以采用線上、線下混合式的教學(xué)模式，線上可以利用課程平臺現(xiàn)有資源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，提高課程質(zhì)量，還可以章節(jié)測驗(yàn)以及作業(yè)反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況;而現(xiàn)下在實(shí)體課堂中，可以將小組的反饋分析設(shè)計(jì)成翻轉(zhuǎn)課堂的形式，這樣既彌補(bǔ)了線上教學(xué)的不足，同時(shí)可以讓同學(xué)們課堂中展示自我，教師也可以在課程中實(shí)時(shí)點(diǎn)評。在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中，除了關(guān)注同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性還要注重結(jié)果的驗(yàn)證，同時(shí)觀察對實(shí)驗(yàn)參數(shù)的優(yōu)化是否正確，還要參考每位同學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成情況，最后綜合判斷給出每位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)成績。而實(shí)踐環(huán)節(jié)需要根據(jù)制作的實(shí)物進(jìn)行類似與畢業(yè)設(shè)計(jì)的答辯形式，給出一定的成績。還有同學(xué)們的期末考試成績，雖然期末考試以試卷的形式出現(xiàn)，同樣代表著每位同學(xué)的學(xué)習(xí)情況。所以課程結(jié)束以后總成績構(gòu)成由期末考試、課堂表現(xiàn)、小組項(xiàng)目以及個(gè)人項(xiàng)目報(bào)告等部分組成，教師根據(jù)每個(gè)部分同學(xué)們的表現(xiàn)記錄了一定的分值，且每個(gè)部分都有一定的權(quán)重，最后得出同學(xué)們的成績。這樣的考核方法避免了以試卷為主的形式考試，而是綜合了每位同學(xué)各個(gè)部分的表現(xiàn)給出一定的成績，這樣的成績也能夠讓同學(xué)們認(rèn)可，具有一定的合理性。

4 結(jié)語

針對運(yùn)動控制系統(tǒng)課程的問題，一方面從課程群之間內(nèi)容的進(jìn)行立體整合，確保課程之間內(nèi)容不重復(fù)，并且一個(gè)例子貫穿于所有課程，只不過不同的課程之間側(cè)重講解的知識點(diǎn)不同，這樣可以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容;另一方面從運(yùn)動控制系統(tǒng)本身入手，在內(nèi)容知識點(diǎn)上，采取逐層遞進(jìn)的知識體系，由不可逆的直流調(diào)速系統(tǒng)到可逆的直流調(diào)速系統(tǒng)，而每個(gè)知識點(diǎn)又從理論、實(shí)驗(yàn)到實(shí)訓(xùn)緊密相連，同時(shí)可將實(shí)際工程實(shí)例作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識，最終設(shè)計(jì)出一個(gè)符合實(shí)際生產(chǎn)需要的調(diào)速系統(tǒng)。堅(jiān)持學(xué)習(xí)不是旁觀，學(xué)生不是學(xué)習(xí)的旁觀者，而是學(xué)習(xí)的主體。以學(xué)生改變?yōu)閷?dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)必然要求學(xué)生參與，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)改革將學(xué)院教師的優(yōu)勢整合起來，要求教師提升教學(xué)水平。該教學(xué)改革思路有助于解決運(yùn)動控制系統(tǒng)課程難學(xué)和難教的問題，對其他綜合性專業(yè)主干課提高教學(xué)質(zhì)量也具有參考和借鑒價(jià)值。

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基金：黑龍江省高等教育教學(xué)改革一般研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：SJGY20190006）

作者簡介：孫影（1987—），女，黑龍江大慶人，實(shí)驗(yàn)師，大慶師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，從事檢測技術(shù)及自動化研究。