運動控制系統課程實驗教學改革探究

摘 要 運動控制系統是我國高等學校工科自動化專業課程，它與理論教學是既相對獨立、又相互統一的兩個重要環節。本文分析當前運動控制系統課程實驗教學中存在的問題，并結合一線教學經驗提出運動控制系統課程實驗教學改革的有效對策。

關鍵詞 運動控制系統課程 實驗教學改革 問題

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

運動控制系統是我國高等學校工科自動化專業課程，其內容涵蓋了電機與拖動基礎、電力電子技術、自動控制原理、模擬電子技術、數字電子技術、微機原理與接口技術等多門課程知識，具有綜合性強、實踐性強的特點。伴隨著現代科學技術的不斷發展，其涉及的知識領域更加廣泛與深入。它與理論教學是同等重要、不可或缺的教學手段與環節。學生通過實驗教學的各個環節，可以訓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、數據分析與處理能力、觀察和發現問題的能力以及探索問題和創新能力。因此，它與理論教學是既相對獨立、又相互統一的兩個重要環節。然而當前舊的實驗教學存在實驗工具落后、實驗內容陳舊、理論教學與實驗嚴重脫鉤等問題。本文分析當前運動控制系統課程實驗教學中存在的問題，并結合一線教學經驗提出該課程改革的有效途徑。

1 現今運動控制系統課程實驗教學在內容和教學模式方面存在的問題

1.1 實驗設備跟不上時代的步伐

當前，我們國家很多高校在運動控制系統課程教學所使用的主控制器采用模擬調節或嵌入式數字調節器，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，往往是針對某一類運動控制系統開發的，一旦開發完成，對于學生而言只能是簡單的應用，缺乏可操作性。（2）算法編程復雜，學生難以掌握。即使是一個最簡單的全數字運動控制系統，控制系統的編程不僅要求學生有熟練的編程能力，而且需要較長的開發周期。（3）缺乏可視化的操作與顯示界面，數據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，國內的實驗工具落后并不是體現在硬的方面，而是整個系統的“大腦”即運動控制器上。

1.2 實驗內容的陳舊

正是受限于主控制器的發展水平，目前國內眾多實驗系統只能提供一些簡單的驗證性實驗。實驗內容單一，可操作性差，無法激起學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的發展，就要求增加一些技術含量高、更富創造性的實驗內容。雖然，針對本科學生的教學是重在基礎，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的借口。

1.3 理論與實踐相脫離

數字仿真作為學習運動控制系統的一個重要數字工具，也是運動控制實驗教學的一個重要組成部分。MATLAB作為全球著名的數學軟件，具有函數豐富、直觀與易于編程的特點。但是，作為一類純數字離線仿真工具，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條件下的簡化模型。所以，數字仿真并不能代表真實的系統。另一方面，純數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 實驗教學方式不利于培養學生的實踐創新意識

當前很多高等學校在運動控制系統課程實驗教學大多仍采用驗證性又或者是技能型教學手段，在實驗教學課堂上教師掌控著整個課堂，并將實驗的目的、內容以及每一項步驟都仔仔細細講清楚，學生在課堂上的任務就是重復教師的實驗操作，不利于開發學生的思維能力與培養學生實踐創新意識。

1.5 缺乏多元化的實驗教學方式方法

在進行設計性的實驗教學時，教師往往會先給出一個事先設計好的模式，學生只需依照教師的設計模式進行就可，這雖然可以提高教學進度，但是卻將學生排斥于設計實踐之外，不利于調動學生的興趣；沒有采取先進的實驗設計思維，設計實驗的方法也不適應現今時代的發展；實驗教學方法往往是千篇一律地先進行理論推導，然后進行實驗驗證，在進行實踐的時候，學生對于實驗結果已經了然于心，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一般。

2 運動控制系統類課程實驗教學改革的有效對策

實踐是人類與外界產生聯系的有效手段，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，其最終目標就是提高學生的實踐操作水平，豐富學生各類學識等，最終將學生培育成具有實踐操作能力的個體，正是如此，在實踐中學生才能將他們的興趣、主動性全面施展開來，達到培育其創新意識，促進學生全面的發展。

因此，在進行實際的實驗教學的時候，教師必須加強理論和實踐之間的聯系，注意架構有利于培養學生創新意識的教學情境來進行教學方面的改革，換句話來說就是必須把教學中每個教學步驟都圍繞著這個教學實質來進行有效重構，進一步變革實驗教學的方式、方法，拓寬實驗教學的主要內容，結合學生實際情況進行合理安排。其最終目的是調動學生學習這門課程的積極性、主動性，培養學生獨立實驗的操作能力及創新意識。

2.1 完成設計型實驗轉變

以往的實驗教學往往是老師給學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，學生僅僅可以了解實驗裝置調試的方法、該實驗用到了哪個理論原理等等，學生不能從實驗教學中獲得運動控制系統類的相關工程實踐的知識。所以，在實際實驗教學中教師可以從變革實驗教學方式及改變實驗教學內容作為切入點，根據理論課上的教學內容進行實驗內容的選定，進而確定實驗項目，最后再認定實驗教學是屬于驗證性、設計性，還是屬于綜合性。例如在進行交流調速實驗的時候，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。在進行理論教學的時候，老師需要結合相關實驗操作，不同于以往的實驗步驟的簡單操作，老師可以用分派任務的方式將實驗引出，例如進行串級調速實驗的時候，老師可以讓學生依據理論，設計出相關實驗的方式，在進行設計的時候學生的操作動腦動手能力可以得到有效的提升。

2.2 改革實驗教學內容

在傳統的實驗教學方式中學生僅僅是熟練調試的技能，熟悉相關理論，不能獲得實踐設計能力的提高。因此教師需要改革實驗教學的內容，拋棄傳統教學方式中給定學生某個實驗模塊、實驗設備、實驗具體步驟等等，改革實驗教學的形式，提高學生動手學習的興趣。例如可以在實驗課程中引導學生將在實訓課堂接觸過的內容與理論知識相互驗證，在講解到單閉環調速系統的結構圖時，可以讓學生試著結合學校調速柜實訓內容分析系統的調速原理。引導學生自己解釋調速原理后，教師一定要再加以總結。使用板書按順序標注各個量隨著某擾動量（如負載）變化的增減趨勢。從而讓學生掌握分析所有閉環系統調節過程的方法。

2.3 改革實驗教學的方式方法

在傳統的實驗教學中，學生只需要照著老師的步驟一步一步地學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，對于培養學生創新意識、動手能力并沒有起到多大的積極作用。因此教師應采取新的實驗教學方式方法，提高學生實踐動手與創新才能。如果實驗是驗證性實驗的話，老師需要引導學生采取運動控制類相關工程手段進行測試或調速各板塊內容的參數、特性等方面的內容；而假如實驗是設計類型的，教師則需要指導學生依據相關理論設計出實驗方案，例如引導學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，設計調速方案等等；設計出實驗方案之后，還需要結合計算機輔助分析軟件進行實驗相關數據的調節，修正實驗參數，最后運用模擬仿真調試功能，讓學生對于實驗的理論內容及系統加深認識，加強記憶。

傳統的運動控制類實驗教學都是單一型的實驗教學，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已經不適應現今的教學發展，需要轉變為綜合型的實驗教學，這樣可以讓學生把他們在其他課程中所掌握的知識運用于實驗設計中，從而加強其知識結構的聯系，做到融會貫通，幫助學生通過一次次的實驗實踐，加深對整個專業知識的理解及應用。

2.4 利用校外實驗基地開展教學

筆者根據學校所在地電氣控制相關企業較多的狀況，與毗鄰學校的企業建立校企合作，建設了電氣控制課程的校外實驗基地，將學生的實驗場所搬到了企業生產車間。在開展實驗時請企業中具有豐富實踐經驗的專家和技術人員進行現場指導，企業還根據學生的情況讓部分學生進行頂崗實習。這種方法不但提高了電氣控制實驗教學的針對性和實用性，還能提高學生的崗位適應能力。

2.5 改進實驗教學的管理和考評方式

在傳統的實驗教學的管理和考評方式中，通常采用的是實驗前預習、實驗中操作、實驗后完成實驗報告的模式，在這種模式下，學生機械地進行實驗，實驗報告中的抄襲現象比較普遍。為了改變這種狀況，筆者所在學校在實驗教學的管理和考評中采用了“以證代考”、免試和操作相結合等方式。為了鼓勵學生考取相應的職業技能證書，只要學生能取得維修電工或電氣工程師等證書，就能根據情況免試相應的實驗內容。對于在完成實驗過程中具有創新意識或實際操作水平較高的學生，也可以確定免試。

3 結束語

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

參考文獻

[1] 孔濱等.強化科研反哺實驗教學，培養學生創新能力[J].實驗技術與管理，2010.

[2] 鄭家茂.構建“做學研”相結合的創新實踐平臺，促進學生“做中學、學中研、研中創”[J].實驗技術與管理，2010.