關于運動控制系統課程多環節教學模式的初步探討

摘 要 本文針對運動控制系統課程內容多、理論強、講授難的特點，結合實際教學條件，提出了多環節教學模式及應用多種先進教學手段的教學方法。理論教學采取啟發式、討論式、逆向式等多種方式，重視實驗環節，利用畢業設計和課程設計可加強理論知識的鞏固與應用。經過教學實踐，在提高運動控制系統課程教學質量方面是有效的。

關鍵詞 運動控制系統 多環節教學 自動化專業

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

《運動控制系統（電力拖動自動控制系統）》是高等學校本科自動化專業以及電氣自動化專業的一門主干專業課程，其任務是著重研究電氣傳動控制基本規律，應用自動控制理論和電力電子技術解決系統的實際問題，并在學習過程中提高理論認識。該課程綜合了電路理論、電子技術、電機學、自動控制理論、電力電子技術、單片機技術等課程的相關基礎知識。該課程的宗旨側重基本概念、基本原理及實際應用，突出新器件、新技術的應用，力求體現當前的科學技術發展水平。為今后走上工作崗位，從事自動控制工作奠定堅實基礎，是理論與實踐并重的課程。

隨著電力拖動自動控制系統學科的快速發展，原來所采用的的課程體系，教學內容以及教學手段已不能很好地適應現代部分高校應用型教育發展潮流，主要面臨教學手段和方式單一而學生對傳統的專業課程興趣不高，教材內容沒有充分體現近年來本學科的最新進展，配套實驗設施不夠完善，實驗內容相對單一，不能很好地滿足現代運動控制系統實驗教學的要求等問題。近年來，為了滿足“寬口徑、重實踐、應用型”現代高等教育模式，我校運動控制系統課題組老師對該課程本科專業課的教學和實踐進行了初步探索。

1 修改人才培養方案和大綱

本課程各章各環節中涉及的理論概念教多且抽象難懂，整本教材包括直流和交流兩大部分內容，每一部分數學含量大。尤其是交流部分系統分析復雜、難點多，并且以直流部分為基礎，這就要求任課教師首先必須具備深厚而廣泛的學識，還要具備豐富的教學經驗和科研工作經驗，最好講授過對電機和電力電子技術等先修課程。而且對國內外運動控制系統以及數字控制技術等發展的動態有比較廣泛的了解。當然學生必須對電路、電子技術、自動控制等先修基礎課程有系統的學習和掌握。

對于我校2005級之前本科學生，該課程安排在第七學期。這樣即使學生感興趣，由于面臨就業等壓力，在授課期間具體應用、實踐的時間和機會也不會很多。同時畢業班的學生要面臨就業的壓力，時間和精力都比較分散，此門課程又有一定的難度，所以教學效果一直不好。2007年本科教育評估期間，結合學校及本專業的特點重新修訂了2006級人才培養方案和大綱。把運動控制系統課程安排在第六學期，并對教學的內容、重點難點和學時都進行了修改和優化。從2006級以來近三年學生的教學反饋中無論從課堂效果、作業等方面都收到了良好的效果

2 合理選用教材和教學內容

選擇一本合適的教材對于搞好一門課的教學是至關重要的， 為此我們精心選擇了機械工業出版社教材《運動控制系統》，該教材符合電氣自動化、自動化等專業，是多年來一直受到好評的優秀教材。多年以及多個學校教學實踐證明，該教材專業基礎理論知識內容非常全面，實驗課時內容適中。尤其是經過再版和三版后，在原有教材內容的基礎上，也及時擴充相關領域的前沿知識，讓授課教師和學生都能夠及時了解該領域的最新進展。

在教學內容方面，考慮到使講授的內容和先進的技術發展同步，并及時適當補充新的知識點，真正做到重點突出，理論和實踐結合。例如在直流調速系統中，單閉環調速雖然是基礎，但是相對簡單，應該在結合先修課程電力電子技術的基礎上以回顧的形式講授。而雙閉環調速是整本書的主要內容，并且是后面交流部分的基礎，應占用較多學時作為重點介紹。邏輯無環流可逆系統和實際中常用的直流脈寬調速系統都與學生就業后的實際有聯系，所以應作為重點。數字控制系統應結合單片機原理來講授，并可以采用大作業的形式讓學生設計一個數字控制系統。隨著三大技術的發展，交流調速系統上升到主導地位，并將逐步取代直流調速系統，這一部分是作為整個課程的重點和難點。

3 理論教學采取多種教學方法和手段

3.1 重視課堂教學，增加教、學互動及課堂討論

課題組還是把課堂講授作為主渠道作用，盡量做到深入淺出，循序漸進，突出重點和難點。例如：在對雙閉環直流調速講授時，首先通過具體的例子分析單閉環系統不能形成良好的動態性能，然后再一次引入自動控制理論中閉環負反饋概念，要使系統在快速平穩地起動后穩定運行，必須在原單閉環的基礎上引入電流負反饋。這樣很自然地將控制理論與運動控制系統相融合，使學生產生一定的興趣。

另外，在傳統的課堂灌輸式授課基礎上重點引入啟發式、討論式等教學方法，激發學生對本課程的學習興趣。例如在講解邏輯無環流可逆調速系統，恒壓頻比變頻調速系統時，我們不是采用常規的講解順序，而是將逆向式教學方法引入到課堂教學。首先會以問題形式讓大家思考系統所要完成的具體任務以及具有的功能，然后讓學生帶著問題看教材。這同時啟發學生通過討論的方式，如何設計本部分電路原理框圖。很多學生在教師的啟發下會思考出自己的思路和想法，最終基本上能將完整的控制系統框圖設計出來。這將使學生具有很大的成就感，并能寓教于樂。

授課過程中，老師要多提啟發性問題引導學生主動思考或者開展專題討論和完成課后作業。加強課堂互動的交流環節可以有效提高學生的學習積極性踴躍性，會收到很好的教學效果。如：在講授數字控制部分時，教師會啟發學生回憶剛剛學過的微機原理及接口技術、單片機原理、自動控制理論、電力電子技術等課程內容。并聯系前邊章節所講的直流調速系統的基本原理，完成課堂討論，并以作業的形式提交一個直流數字控制調速系統的設計方案。

3.2 多媒體教學為主，黑板講授為輔的教學手段

由于運動控制系統課程學時多，信息量相對較大，綜合性強，這時多媒體教學就能發揮其優勢。當然對不同的教學內容在采用多媒體教學手段的時候也會因內容而異，如：對常規內容的講解、原理推導等用PPT完全可以滿足教學要求；在講授運動控制系統現場應用時可借助DVD錄像輔助講解，同時增加Flash動畫形式來激發學生的興趣便于加深理解。

在使用多媒體課件的同時，根據課程內容，也可以使用傳統的板書。例如在講解單閉環系統的動態校正時需要繪制系統的BODE圖，采用板書可以使整個的計算過程清晰明了。采取兩種方式結合的方式，多媒體教學充分發揮了信息量大、形象直觀等優勢，同時黑板板書還保留親和力強和交互性好等優點。

4 充分發揮實驗教學環節的有效性

任何一門課程實驗教學的目的都是讓學生要善于思考、注重團隊之間的相互配合，從而能提高學生的解決實際問題的能力。該課程共設置兩個實驗，但都存在課時長，很強的綜合性、實驗過程比較復雜的特點。比如《雙閉環直流調速系統調試》要涉及到電機和三相全控橋等多個環節，需要采取循序漸進的方法，要求學生在進行實驗之前要認真預習電力電子技術，復習電機原理等相關知識。實驗過程中按照實驗指導書中的的基本步驟嚴格進行，學會各種設備、儀器、儀表的熟練使用。并要求學生分組分工自行完成，調整系統參數并記錄，同時有專門同學觀察對系統性能的影響，最終完成整個實驗。

另外為了克服設備、場地、時間等很多客觀條件的限制，也為了提高實驗質量，培養學生的多方面的思維能力，我們計劃將Matlab仿真技術Simulink引入到實驗教學中來，可以充分運用計算機技術的人機交互方式，這樣可以加深學生對系統以及課程內容的理解，而且能夠大大節約實驗設備的投資，減少實驗室維護人員的工作量。

5 利用課程設計和畢業設計，加強理論知識的鞏固與應用

為了鞏固課程的教學，在課程結束后下個學期初，設置了為期兩周的專門針對本門課的課程設計環節《自動控制系統課程設計與調試》，設計的內容主要是目前應用較廣的V-M雙閉環直流調速系統主電路和控制電路的設計和調試。這樣，學生不僅對課程的內容和知識體系有了更深入的理解，也為馬上面臨的畢業設計創造了條件，同時為畢業后進入工廠打下了一定的基礎。

我們抓住畢業設計實踐環節，長期與通化鋼鐵股份有限公司合作，每年到公司有為期兩周的畢業實習。讓學生把理論與實踐結合起來，了解運動控制系統在工廠里的具體應用。另外，在申報和選取畢業設計題目的時候，增加工程生產類型的比重，培養學生對實際運動控制系統的應用能力。

6 結論

運動控制系統是隨著電力電子技術、控制理論以及計算機技術而發展起來的一門自動化及相關專業的重要課程。本領域教材內容要不斷適應本科院校發展而更新，教學手段也要結合多媒體和板書等多種方式和技術手段。為了讓學生更好地掌握知識，需要將課堂教學、實驗環節和仿真實驗平臺有機結合，并在課堂作業、課程設計、畢業設計等多個環節中讓學生加深對相關課程內容的理解和消化。這樣就會很好地培養學生綜合設計能力，可以有效提高運動控制系統課程的教學質量。

參考文獻

[1] 陳伯時.電力拖動自動控制系統（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2] 周亞麗.“運動控制系統”課程改革與實踐[J].科技信息，2007（5）.