課堂教學與實習基地工程實踐環節的動態銜接分析

摘要：課堂教學是高等院校的傳授專業知識的主要方式。對于工科類專業，傳統的課堂講授方式遠遠達不到理想的效果，由于教學現場資源的局限性，教學效果的提升需要更豐富教學形式和新的特色。以《電力拖動自動控制系統》課堂教學為例，提出將課堂教學與實習基地實踐環節進行動態銜接，讓課堂不局限于教學樓，而是安插在實習基地的不同現場的實踐環節，將講解、仿真、實驗和工程現場合為一體，組建多種形式于一體的課堂。在此基礎上，建立一套理論考試與實踐操作相結合的成績考核體系。實際運行表明，這種課堂教學改革不僅激發了學生學習興趣，豐富了課堂教學內容，也極大提升了教學質量。

關鍵詞：動態課堂；實習基地；工程實踐；教學質量

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0165-03

一、工科類專業課程的課堂教學

在新的歷史條件下，隨著大眾化高等教育不斷深化，傳統的教學方法難以提升辦學質量。特別是工科類高等院校，專業知識在課堂教學中如何緊跟當前相關行業的最新需求，如何適應專業知識日新月異的更新和發展，是關系到教學質量提升的關鍵問題之一[1-2]。如何在教學過程中添加新的內涵，大幅度提高學生動手能力和創新能力，具有極其重要的社會意義[3-4]。近年來，課堂教學改革一直是探討教學質量的熱點問題，從整個工科教學模式出發，文獻[5]認為采用多媒體輔助教學，可以很好地調動學生的學習積極性，有利于化解教學內容中的重點和難點，有助于實現立體化教學，能促進教學效果的改善。文獻[6]結合小班化教學特點，探索實踐發現式教學法在小班化教學各環節的優化改進方法。該教學法可以有效發揮發現式教學法和小班化教學的優勢，在傳授知識的同時培養學生學會學習，培養學生的創新意識。

具體到某一門課程的教學改革則更為豐富，如文獻[7]為提高教學質量，培養高素質復合型人才，從教學內容、方法、手段以及實踐環節幾方面提出了“微特電機”課程建設的改革與實踐。主要措施有： 增加預備知識； 引入最新科研成果，豐富教學內容； 將多媒體技術與黑板書寫相結合； 引入現場直觀教學，提高學生的參與性； 開放實驗室，培養研究分析的能力； 加強實習訓練，增強動手能力。實踐表明，學生學習微特電機的積極性和主動性提高，激發了創新思維，取得了較好成效。文獻[8]根據電機學課程目前存在的問題和教學特點，結合新形勢下專業要求和教學體會，從技術層面分析了課程需要改革的要點和環節，包括開篇內容的引入，仿真技術的應用，章節的結構調整，課后高質量習題的需求等問題，提出了相應的建議，以供教材建設和課堂內容設計參考。對于“電力電子技術”這門課程，文獻[9]基于PSIM實驗仿真，融入理論教學。以整流電路為例，完成理論波形的繪制和分析，并獲得整流電路常用參數值。將教學重點由計算轉移到分析和思考，在理論教學中融入PSIM實驗仿真，以仿真實驗驗證理論，對培養學生的創新精神和研究能力具有一定的促進作用。

“電力拖動自動控制系統”作為電氣傳動控制專業的主干課程，集“電機學”“微特電機”“自動控制原理”“電力電子技術”等專業知識為一體，是這四門課程的綜合運用與提升，也是對新能源、供配電、電力轉換、電氣控制及電氣裝備等專業課程的有力支撐。大部分高校將這門課安排在第七學期講授（大四第一學期），由于一部分同學因為之前一些基礎專業課沒有學好，知識結構上存在薄弱環節，所以聽課吃力，加之教師在講授時，教學方法和手段沒有改善，照本宣科，則很難跟上教學進度；另外一部分同學，專業知識比較扎實，到了大四之后，希望在專業水平上有所提升。作為教師，一方面要照顧好基礎比較差的學生，另一方面也要給學習成績好的學生提升的機會，最終讓所有的學生掌握這門專業課，提高創新能力。

二、課堂教學的任務分解與規劃

1.知識點模塊化

“電力拖動自動控制系統”主要以直流電機和三相異步電動機及永磁同步電機的控制作為學習對象，涉及電機類專業基礎知識較抽象，內容較繁雜。在授課前，教師需要對教學內容進行精心的設計和安排。首先，把握全面，突出重點。按照知識點之間的連貫性，理出一條知識鏈，并根據相關性分成若干相對獨立的知識模塊。考慮到大綱要求和給定的課時，講授的順序應該是從直流到交流電機控制部分，將知識模塊進行優化。直流電動機重點是雙閉環控制部分；交流電機的內容包括三相異步電動機和同步電動機，以三相異步電機為重點。控制原理部分無須展開，控制系統涉及到II型系統即可。對于直流電動機控制部分，難點主要集中在直流部分的PI調節器設計、雙閉環調速過程、邏輯控制的無環流可逆V-M系統等。三相異步電動機的難點主要集中在動態模型部分，如坐標變換、矢量控制、直接轉矩控制等。

2.知識難點采用循環式教學方法重點突破

電機控制在工程應用中是比較常見的應用，也是“電力拖動自動控制系統”的重點內容，如直流電動機雙閉環控制、V-M可逆直流調速系統、邏輯控制的無環流可逆V-M系統等。交流電機VVVF調速、變頻器技術、矢量控制與直接轉矩控制等，應當作為經典知識點進行重點講授。為保證課堂教學效果，須采用循環式教學方法如圖1所示，即從講解開始到仿真、實驗、工程現場調試，再回到講解環節，進行知識總結、分析和理論提升。使學生在工程應用中掌握專業理論知識，啟迪創新思路。

三、課堂教學中的虛擬仿真是走向實踐現場的橋梁

1.仿真將理論從抽象走向直觀

（1）電機控制系統學習，離不開運動方程的推導和分析，三相異步電動機驅動系統模型為高階方程，其特點是多變量、強耦合、非線性。為避免抽象枯燥的理論分析，可以給學生設計幾個有代表性的電機調速案例，讓學生獨立推導，建立數學模型，并在仿真平臺上給出明確結果，分析模型的特點和性能。以教材為依托，按照“先理論后仿真，再演示”的教學方法，使學生對本課程內容產生濃厚的興趣，并循序漸進地學好本課程專業知識。

（2）學生掌握MATLAB、SIMetix等仿真軟件的用法，不僅可以加強對專業理論知識的理解，還可以發揮創造性思想，獨立完成對新的控制對象建模，設計控制路線。教師還可以把科研上的建模課題帶入教學中，或者結合學生創新項目與競賽項目，如大學生參與的電子設計大賽、SRT及春苗項目等，提升學生的建模能力。

2.從仿真到實驗平臺的過渡

如前所述，“電力拖動自動控制系統”這門課要求學生有很強的動手能力，實驗研究是重要的學習過程。從仿真到實驗的過渡，需要考慮以下的幾個方面：

（1）詳細的預案。基于實驗教學大綱和現有的實驗條件，學生在做實驗之前，必須自擬一套實驗方案。為充分發揮學生的創造性思想，這種方案可以不拘泥于大綱規定的“規范操作步驟”，而是根據自己的理解進行設計。

（2）實驗中所涉及到的設備，其原理和參數描述，必須先逐個了解，并作記錄。如所用三相異步電動機的銘牌參數、轉子類型、測功機的原理和精度、變頻器類型及相關參數等。設備上沒有標出的，需要進行查閱。另外，根據前期的仿真實驗結果，初步掌握實驗過程的基本特性和參數。

（3）根據仿真模塊圖的連接順序，自主搭建實驗平臺系統。實驗設備的搭建，是訓練動手能力的關鍵。摒棄封閉式實驗插線柜，將所有的設備元氣件開放性地放置在實驗平臺或掛架上，讓學生充分了解設備的結構和性能。由于設備數量的限制，可以將學生進行分組，小組內再進行分工，協調開展實驗活動。

（4）仿真的目的是為了實驗的順利開展，仿真的順利完成可以最小限度減少損耗，縮短調試周期，達到高效率地完成實驗任務。課堂教學中，應該把仿真與實驗平臺對應起來，達到平順過渡。

3.團隊合作式課堂教學提升教學效果

按小組或小班進行上課，是很多高校提升課堂教學效果的常用模式[10-13]。無論是何種形式，其實都是以團隊的合作特征來完成課堂教學任務。以嘉興學院“電力拖動自動控制系統”課堂教學改革為例，采用了更為有效的動態課堂教學模式，團隊為自由組合，團隊之間的工作是前后銜接和接力式的關系，每個團隊必須按時完成自己的工作，下一個團隊的工作才能順利展開。在后續的基地實習工程現場課堂中，這種團隊式的協作，更有利于促進學生的團隊精神和凝聚力的形成。

四、實習基地資源在課堂教學中的作用

1.實習基地的課堂教學平臺準備

由于強調工程實踐能力的培養，課堂主要是設在校外實習基地。實習基地是不同年級在不同時間的共享平臺，設備使用過程中，存在一定程度的重復性和間斷性。構建一定的機制保證基地的使用效率，在有限的時間內，保證設備和實踐教學發揮最好的效果。指導教學在制定本批學生課堂教學環節任務的時候，要做好下一批教學的準備工作。為保證兩批學生教學的連貫性，下一批學生必須預習課堂上需要演示或完成的專業操作步驟。

2.工程現場課堂教學的考核認定

工程現場的課堂教學，學生成績的考核認定是教學效果的直接體現。教學的講解主要是通過現場演示，學生的學習過程主要是通過觀摩之后現場操作，團隊合作的協調性主要體現在小組接力式操作以完成生產流水線上的不同環節。實習基地統籌辦公室，應制定一套《大學生實習實踐課堂成績評價細則》，匯總每個學生的工程現場操作的成績，根據現場安裝調試的結果，結合系統運行情況，采用優秀、良好、中等、合格和不合格等五個等級來確定最終成績。學生的成績評價包括：實踐時間、完成指標（如程序編寫、產品組裝、設備調試）、團隊協作、創新能力等幾個方面。

學生成績匯總之后，一方面記入學生檔案，另一方面存放企業實習基地備案，做為學生實訓的一部分成績。

五、“電力拖動自動控制系統”課堂教學改革的運行效果

作為2014年度嘉興學院課堂教改專項，“電力拖動自動控制系統”課堂教學展開了全新的運行模式。動態課堂主要穿插于教室、實驗室、工程現場、校外實習基地等，將課本專業理論知識與仿真、實驗、校外實習基地工程實踐緊密結合起來。學生不僅掌握了書本知識，而且將專業知識直接運用于工程實踐或產品研發。

例如，在講授永磁同步伺服驅動系統時，其原理在課堂上先作簡單講述，然后再請企業工程師站在實際應用角度來談調速方法。課堂直接進入企業現場（實習基地），現場講述控制器及驅動器的工作、安裝原理，將大家分組，進行驅動器安裝、調試的操作訓練。當所有小組的驅動系統帶動電動機正常工作以后，指導教師再一次向同學們講授伺服系統的工作原理及控制過程。整個教學環節銜接緊湊，同學們興趣濃厚，操作熱情高漲，學習效果良好。

實際運行表明，這種課堂教學改革不僅激發了學生學習興趣，豐富了課堂教學內容，也極大提升了教學質量。

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（責任編輯：韓曉英）