項目驅(qū)動法在電氣工程類大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目中的應(yīng)用*

◆肖德明 樊戰(zhàn)亭 張小青 田凱

項目驅(qū)動法在電氣工程類大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目中的應(yīng)用*

◆肖德明 樊戰(zhàn)亭 張小青 田凱

以大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目為例，講述項目驅(qū)動法在電氣工程類大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目應(yīng)用中的一些具體做法和經(jīng)驗，證明項目驅(qū)動法在大學創(chuàng)新項目應(yīng)用中的有效性，期望能夠為大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的實施提供一些有益的借鑒作用。

大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目；項目驅(qū)動法；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

1 引言

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育已成為大眾化高等教育創(chuàng)新發(fā)展的必然要求，是現(xiàn)代教育改革的趨勢和高校未來發(fā)展的方向。“國家大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”是國家教育管理部門面向本科生立項的項目，也是高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革工程的重要組成部分，主要包括創(chuàng)新訓(xùn)練項目、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目和創(chuàng)業(yè)實踐項目。大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目主要以學生為主體、以興趣為出發(fā)點、以創(chuàng)新為導(dǎo)向，強調(diào)自主性、協(xié)作性及實踐性，讓學生敢想、能做、能寫、會說，激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)揮學生的創(chuàng)造潛能，讓學生親身體驗科學研究的過程，著重于與科學研究方法的訓(xùn)練和實踐能力的培養(yǎng)［1］。

所謂項目驅(qū)動法，是教師和學生在實驗室通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。它既是一種課程模式，又是一種教學方法［2］。從學生的角度來看，項目驅(qū)動法是一種適用于學習操作性和實踐性較強的知識和技能，幫助自身明確學習目標的學習方法。從教師的角度來看，項目驅(qū)動法是一種適用于培養(yǎng)學生自主學習、增強其分析并解決問題的能力的教學方法。在項目驅(qū)動法中，學生根據(jù)項目需求來主動學習、尋求知識，解決實際中出現(xiàn)的問題。

大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目主要由2～5名學生構(gòu)成一個項目組，首先，學生根據(jù)自己的興趣申報項目課題，申報成功后再進行項目分解、分工合作直至完成項目。指導(dǎo)教師在學生選題、申報、處理項目中的難題等多個過程中給予指導(dǎo)。整個創(chuàng)新項目完成過程中，教師的指導(dǎo)作用為輔，充分發(fā)揮學生主動性、積極性為主。學生和教師共同合作，完成大學生創(chuàng)新項目，真正完成一個項目驅(qū)動的過程。

大學生創(chuàng)新訓(xùn)練中的項目驅(qū)動不同于一般課程中所使用的項目驅(qū)動，主要在于一般課程中的項目是由教師預(yù)先設(shè)定好的，項目是為課程所學內(nèi)容服務(wù)的，整個項目綜合性、創(chuàng)新性較弱，學科較為單一。大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目是由學生根據(jù)自身興趣并結(jié)合多門所學專業(yè)課程進行申報的，項目是學生自主提出來，并且創(chuàng)新項目包括項目提出與申請、項目的總體設(shè)計、單元模塊制作、總體調(diào)試、項目的階段匯報、項目結(jié)題匯報等多個環(huán)節(jié)，項目具有較強的實踐性、綜合性和一定的創(chuàng)新性。

本文結(jié)合咸陽師范學院大學生創(chuàng)新項目“無刷直流電動機轉(zhuǎn)速控制”，說明項目驅(qū)動法的在電氣工程專業(yè)大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目中的具體應(yīng)用，希望能夠擴展項目驅(qū)動法在實踐中的應(yīng)用，也希望能夠為其他專業(yè)的大學生創(chuàng)新項目的順利進行提供一些有益的借鑒。

2 大學生創(chuàng)新項目的選題和申報

技術(shù)項目是實現(xiàn)項目驅(qū)動法的載體，大學生創(chuàng)新項目的確定主要根據(jù)學生的興趣并結(jié)合所學專業(yè)、密切聯(lián)系實踐來進行選題和申報。電動機廣泛應(yīng)用在工業(yè)機床，家用的冰箱、空調(diào)、電動自行車等多種電器產(chǎn)品中，也是電氣工程專業(yè)課程電機與拖動主要的研究對象。項目組幾位學生對電動機控制也十分有興趣，決定選定電動機控制作為創(chuàng)新項目，這樣能夠把自動控制、模擬電路、電機與拖動等所學多門課程知識進行綜合應(yīng)用，并提高實踐動手能力。

電動機分為直流電動機、異步電動機、同步電動機、步進電動機、直流無刷直流電動機等多個種類。直流電動機、異步電動機、步進電動機幾種電動機控制方法較為簡單，同步電動機控制方法就很難；直流無刷電動機是一種控制電動機，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，控制實現(xiàn)難度相對大，得到鍛煉機會也就大。最后決定選用無刷直流電動機速度控制作為大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目進行申報，并主動聯(lián)系電機與拖動任課教師作為指導(dǎo)教師。按學校要求填寫大學生創(chuàng)新項目申報書，請指導(dǎo)教師提出改進意見、凝練創(chuàng)新點，經(jīng)過多次認真修改，提交到學校并最終得到立項。

*項目來源：咸陽師范學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（項目編號：201410722023）。

作者：肖德明、樊戰(zhàn)亭、張小青、田凱，咸陽師范學院物理與電子工程學院（712000）。

3 項目驅(qū)動法在電氣工程類大學生創(chuàng)新項目中的具體應(yīng)用

項目實施首要及最重要的部分是進行總體規(guī)劃和設(shè)計。先由項目組學生查找資料，提出系統(tǒng)控制的初步方案，再由指導(dǎo)教師進行改進，然后把整個控制系統(tǒng)分為若干單元模塊項目，每個模塊任務(wù)由學生進行完成，單元模塊完成后再進行系統(tǒng)調(diào)試。無刷直流電動機速度控制方法主要有專用芯片控制、單片機控制和DSP控制三種。其中專用芯片由專業(yè)的芯片公司開發(fā)，學生對具體實現(xiàn)過程不能深入理解；DSP控制功能強大，對線路設(shè)計要求高，學生還沒有系統(tǒng)學習過DSP相關(guān)知識。項目組幾位學生對單片機知識掌握較好，在項目執(zhí)行過程能夠?qū)⑺鶎W知識進行良好的應(yīng)用，因此，最后確定選擇使用單片機對無刷直流電動機進行控制的方案。

應(yīng)用單片機對無刷直流電動機進行轉(zhuǎn)速控制，分為硬件電路和軟件控制兩大部分，硬件部分要與軟件部分進行緊密結(jié)合，才能夠完成好控制任務(wù)。

1）硬件電路部分可以分為4個主要單元模塊任務(wù)。

①三相逆變器電路：把直流電逆變?yōu)榻涣麟娡ㄈ霟o刷直流電動機的繞組，完成無刷直流電動機的換相控制，從而達到控制無刷直流電動機連續(xù)旋轉(zhuǎn)的目的。

②逆變器驅(qū)動電路：把單片機輸出的逆變控制弱信號進行放大，控制三相逆變電路的場效應(yīng)管的關(guān)斷與接通，完成直流電的逆變作用。

③無刷直流電動機轉(zhuǎn)子的位置檢測電路。

④電機正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速的設(shè)定電路及轉(zhuǎn)速的顯示電路。

2）軟件控制部分可以分為2個主要單元模塊任務(wù)。

①根據(jù)硬件電路給定的無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速設(shè)定信號及轉(zhuǎn)子位置信號，控制輸出逆變電路的控制信號，控制逆變電路不同場效應(yīng)管的導(dǎo)通，達到無刷直流電動機正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速控制的目的。

②無刷直流電動機轉(zhuǎn)速的計算和轉(zhuǎn)速顯示控制。

整個項目中硬件部分和軟件部分要進行良好的配合，進行硬件設(shè)計和軟件設(shè)計的學生之間要及時溝通，硬件部分進行變化后，軟件部分也要進行相應(yīng)的變化。為了加快項目的進展速度，首先要完成整個系統(tǒng)的主要部分，比如硬件任務(wù)的①、②、③及軟件任務(wù)的①，在此完成的基礎(chǔ)上再逐步加入硬件任務(wù)④和軟件任務(wù)②，不斷完善系統(tǒng)的功能。把項目分成多個任務(wù)，并安排好完成次序，就能夠控制項目的完成過程。在每個任務(wù)執(zhí)行過程中，由于任務(wù)明確，學生會主動查找相應(yīng)的資料并自行學習，在教師指導(dǎo)下努力解決，確保項目的順利進行。

學生會在項目任務(wù)進行過程中碰到一些疑難問題，要能夠準確描述出現(xiàn)的問題，并與指導(dǎo)教師進行協(xié)商，與指導(dǎo)教師共同分析問題出現(xiàn)的原因，找出解決問題的方案，再進行驗證和解決。如三相逆變器電路搭建任務(wù)過程中，開始時整個電路由有6個N溝道場效應(yīng)管搭建而成，電路調(diào)試中發(fā)現(xiàn)上面3個場效應(yīng)不能關(guān)斷。學生和教師共同分析原因，發(fā)現(xiàn)由于驅(qū)動電路輸出電壓為正值而產(chǎn)生的，決定把上面3個N溝道場效應(yīng)管改為3個P溝道場效應(yīng)管，最后整個電路能夠正常運行關(guān)斷。

在項目進行過程中，無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速檢測等問題，也都是由教師與學生通過共同努力進行解決的。

4結(jié)語

大學生創(chuàng)新項目“無刷直流電動機轉(zhuǎn)速控制”項目軟硬系統(tǒng)的順利完成，證明項目驅(qū)動法在大學生創(chuàng)新項目中是一種切實可行的方法，將其應(yīng)用到課程設(shè)計、實訓(xùn)等其他實踐性很強的教學課程中，具有重要作用和意義。在大學生創(chuàng)新項目的實施過程中，教師在學生申請項目選題中應(yīng)該發(fā)揮比較重要的指導(dǎo)作用，把握項目的實踐性、綜合性、創(chuàng)新點及可實現(xiàn)性；在進行項目過程中，要能夠把項目進行分解和細化，為項目的順利實施奠定良好的基礎(chǔ)。

在具體指導(dǎo)過程中，指導(dǎo)內(nèi)容會涉及多門課程的知識和技能，由于大學生創(chuàng)新題目本身具有一些創(chuàng)新點，項目進行過程會遇到一些實踐性很強的問題，教師可能也不是很熟悉，這就對教師的知識結(jié)構(gòu)提出特別高的要求。因此，教師也應(yīng)該不斷學習，不斷擴展自身的學術(shù)范圍，在項目進行過程中與學生共同進步，不斷提升自身的實踐能力。

學生在大學生創(chuàng)新項目中從項目選題、項目申報、項目總體設(shè)計、單元任務(wù)的完成、團隊合作等多方面得到很大的鍛煉。學生為了完成項目，會主動學習去分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，每完成一個項目單元，都會增強信心和成就感，為下一個項目單元的順利進行積累更多的經(jīng)驗。在項目進行的后期，學生經(jīng)常會提出一些新的想法，用以更好地完善整個項目。學生在基于項目驅(qū)動法進行的大學生創(chuàng)新項目中，自學能力、分析問題與解決問題能力、實踐動手能力、團隊合作能力等多方面的能力都得到很大的提升，為今后進行科研、進入企業(yè)工作打下良好的基礎(chǔ)。因此，項目驅(qū)動法應(yīng)用在大學生創(chuàng)新項目中是一種特別行之有效的辦法。

［1］王瓊，盛德策，陳雪梅.項目驅(qū)動下的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育［J］.實驗技術(shù)與管理，2013（6）：99-101.

［2］朱文琦，邰鑫.基于項目驅(qū)動法的教學改革與實踐：以《機床電氣與PLC》課程為例［J］.新余學院學報，2011（3）：109-111.

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10.3969/j.issn.1671-489X.2016.18.082