交流調速控制系統課程的教學改革與實踐

白 銳 張 健

遼寧工業大學 遼寧錦州 121001

交流調速控制系統課程的教學改革與實踐

白 銳 張 健

遼寧工業大學 遼寧錦州 121001

交流調速控制系統是自動化學科的主干專業課程之一，該課程具有與工程實踐聯系密切、實用性較強等特點，以培養學生具有扎實的理論基礎，同時具有較好的工程實踐能力為目標，針對該課程本身的特點，提出了3個方面的教學改革，包括教學內容的優化、教學手段的創新和考試方式的改革。所提出的改革方法在實際教學過程進行了實踐，取得良好教學效果。

交流調速控制系統；自動化專業；工程實踐能力；教學改革

自動化學科是一門科學性與工程性并重的學科，理論性和實踐性的緊密結合是該學科的重要特征[1]。交流調速控制系統是自動化學科的主干專業課程之一，通過學習該課程，培養學生綜合運用所學知識以及分析、設計交流調速系統的能力。該課程與工程實踐聯系密切，是一門實用性很強的課程。因此，對于該課程的知識內容，學生不僅要學會它，更重要的是會應用它。

目前，該課程的教學多數只重視對學生理論知識的傳授，忽視了如何提高學生在交流調速系統方面的工程實踐能力。為了使學生具有扎實的理論基礎，并具有較好的工程實踐能力，根據交流調速控制系統課程本身的特點，針對現有教學存在的一些問題，提出了3個方面的改革方法，并進行了實踐，包括教學內容、教學手段和考試方式的改革。

1 教學內容的優化

1.1 教學內容要理論與應用相結合

實現交流調速方法的重要設備之一是變頻器，電機、變頻器和PLC等是自動化專業工程師接觸和使用最多的設備。目前，交流調速控制系統的教材和授課內容都偏向于理論基礎，在很大程度上忽略了交流調速方法如何在實際中應用這一重要問題。因此，對于授課內容，在注重基礎理論的同時，要增加工程實踐方面的內容。

我們認為，授課內容除了各種調速方法的原理外，應該增加變頻器的原理、使用和維護等知識，包括變頻器的參數設置，變頻器軟件的調試，變頻器與其他設備的聯接，變頻器故障的分析及解除等。交流調速控制系統的課堂授課內容為52學時，在授課內容改革之前，主要以講解各種調速方法的原理為主，其各部分的學時安排見表1。為了提高學生的工程實踐能力，改革后的學時安排見表2，加大了變頻器原理的學時，并增加了與工程應用密切相關的變頻器使用、調試和維護等方面的內容。

表1 交流調速控制系統改革前學時安排

表2 交流調速控制系統改革后學時安排

1.2 加強與本專業其他課程的聯系

部分學生進入大四之后，仍然對自動化專業比較迷茫，不知道這個專業能從事什么工作，所學的各門專業課程到底有什么用。造成這個現象的原因之一，是學生對各門專業課程只是孤立、單獨地去學習和理解，沒有將各個專業課程的知識較好地融合在一起，難以從整體上把握各門專業課程的作用和相互聯系。

因此，在授課過程中，教師要注意引導學生將交流調速控制系統課程和其他專業課相互聯系。筆者建議，應該以一個典型的工程設計為例，通過講解實際控制系統的設計和開發過程，從控制、電氣、儀表3個主要方面來闡述交流調速控制系統等各個專業課程在實際控制系統中的作用和相互之間的聯系(如圖1所示)。

圖1 各門專業課程作用的講解

1.3 科研項目與教學內容相結合

教學與科研互動的教學模式，是提高學生工程實踐和創新能力的重要手段[2]。在交流調速控制系統課程中，應采用這一模式，具體說明如下：

1.3.1 將科研項目引入教學過程中

教師應該將自己的科研項目引入課堂、實驗和課程設計等各個教學環節中。例如，在授課過程中，以錄像和圖片等形式將科研實例展示給學生，同時可以根據親身的科研項目經歷，說明在項目實施過程中用到了交流調速控制系統課程中的哪些內容，以此來說明本門課程的學習目的、應用場合以及和其他專業課程的關聯。

在此基礎上，可以將科研項目分解成若干個小的部分，每個部分可以作為學生課程設計的內容。

1.3.2 成立學生科研興趣小組

因材施教，吸收部分優秀的學生成立科研興趣小組，直接參與教師的科研項目。這不僅可以大大激發學生的學習興趣，更重要的是可以很好地提高學生的工程實踐和創新能力，這對于那些學有余力的學生是非常必要的。

2 教學手段的創新

2.1 引入工程實例，采用案例教學

采用案例教學，不僅可以激發學生的學習興趣，同時可以使學生更好地理解交流調速控制系統課程的知識在工程實踐中的應用。

以案例教學貫穿整個授課過程。在授課過程中，應該選擇一個功能齊全、結構完善、具有一定復雜性和代表性的實際交流調速系統作為案例，例如冷軋機的交流傳動控制系統。通過對該調速系統的功能設計、結構設計、硬件配置和軟件開發、調速方法和原理等方面的分析，來詳細講述交流調速控制系統課程的各部分內容。

需要指出的是，對于交流調速控制系統這門課程，授課案例不宜選擇簡單、小型的調速系統，而要選擇功能完善、結構齊全的調速系統為案例。只有這樣，學生才可以全面地掌握如何利用所學知識來分析、設計和開發實際的調速系統。

2.2 實物實驗與仿真實驗相結合

目前，計算機仿真技術在交流調速控制系統等課程中得到了應用，但只局限于授課過程向學生演示[3]。應該加大仿真技術在教學中的應用范圍，例可利用Matlab/Simulink等軟件開發仿真實驗平臺，采用以“實物實驗為主，仿真實驗為輔”的實驗教學手段。

仿真實驗不僅可以在一定程度上解決教學資源限制的問題，更重要的是，在仿真實驗中，學生可以方便地觀察在實驗裝置中難以直接觀測的內部參數變化和動態波形，通過對仿真曲線等內容的分析，可以更加深刻、形象地理解各個知識點，從而激發學生的學習熱情，啟發學生的探索性、主動性和創造性。因此，以實物實驗為主，以仿真實驗為輔，對于提高實驗教學效果具有重要意義。

以我校為例，實驗室可以進行雙閉環三相異步電動機調壓調速等3個實物實驗，我們開發了交流異步電機矢量控制調速仿真實驗等2個仿真實驗，實驗內容見表3。

表3 實驗內容設置

3 考試方法的改革

目前，期末考試多采用卷面考試的形式，為了提高學生對實驗環節的重視，增強學生的動手能力，交流調速控制系統期末考試應由卷面考試和實驗考試組成。

對于實驗考試，有2個關鍵的問題需要解決：一是實驗考試的內容，即考什么？如何考？二是實驗考試成績在期末成績中所占的比重。

實驗考試內容應包括：動手進行實驗、硬件安裝和調試等內容，重點考核學生對各種交流調速現象的分析與綜合能力。實驗考試包括答辯環節。

卷面考試成績和實驗考試成績在總成績中要占不同的比重，這個比重要根據交流調速控制系統課程本身的特點、實驗室設備等因素來決定。根據我校的實驗資源和學生素質等情況，筆者建議卷面考試和實驗考試成績的比重分別為70%和30%。

4 結束語

本文所提出的教學改革方法并不是要弱化學生的理論基礎，而是在保證學生具有扎實理論基礎的前提下，提高學生的工程實踐能力，從而增強學生的專業素質和就業能力。所提出的改革方法不僅適用于交流調速控制系統課程，同時也為其他工科專業課程提供了重要的參考價值。

[1] 戴先中.自動化科學與技術學科的內容、地位與體系[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2] 張會清,王普,任明榮,高學金,嚴愛軍.專業課教學與科研互動的研究與實踐[J],電氣電子教學學報,2008,30(2):109-111.

[3] 陳榮.計算機仿真技術在交流調速系統教學中的應用[J].電氣電子教學學報,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。