基于案例導學的《伺服驅動與控制技術》課程教學

杜柳青 余永維

摘要：結合我校研究生擇業背景特點，基于案例導學，梳理了《伺服驅動與控制技術》的課程教學框架，并以“伺服系統穩態設計”章節進行了闡述。課程還針對案例導學方針，結合了現場教學、信息技術、專題BBS等手段，化抽象生澀理論為生動的感性認識，收到了非常好的教學效果，也加速了伺服技術人才培養過程。

一、課程背景與面向制造業與汽摩產業的項目導學定位

我校針對本科機電類本科專業開設了《機電一體化系統設計》、《機電傳動控制》、《數控技術》等機電類課程，于2010年，通過學院組織的廣泛調研，參考國內多所重點大學課程設置，對機械工程涉電類專業研究生開設了《伺服驅動與控制技術》課程，體現研究生在機電方向的專業特點，在與本科課程進行銜接印證同時，進行伺服驅動技術的深入研究。

由于我校機械工程學科培養的研究生，擇業行業背景主要是廣義的制造業，特別是汽車摩托車產業這一特點，因此《伺服驅動與控制技術》課程重點將向這一方向偏重，通過與企業工程案例緊密結合，以面向制造業和汽摩產業的實際工程項目為教學案例，理論聯系實際，學以致用，使課堂教學為企業服務，是本課程建設改革的重點方向。

二、基于案例導學的課程教學框架

《伺服驅動與控制技術》是我校機械設計及理論、機械制造及其自動化、車輛工程、機械電子工程、地面武器機動系統工程等專業研究生的專業選修課程，旨在培養學生運用現代計算機技術，解決現代伺服系統的穩態設計、動態設計、總體軟硬件設計、伺服系統數字仿真等重要問題的能力。課程理論性和實踐性均強，系統地介紹伺服系統傳遞函數的建立，機械諧振和摩擦對系統的影響與補償、系統的穩動態設計原則與實現，結合工程實際，培養學生綜合運用控制理論、自動控制元件、電機及電力拖動、電子技術等基礎知識，熟練掌握伺服系統的原理及應用，掌握時下典型流行伺服系統設計技術和設計方法，能熟練進行基于PLC的運動控制系統、基于PC運動控制卡的運動控制系統的設計，成為一個合格的現代工程設計研究人員。

課程的理論性以及涉及傳遞函數、穩態設計、機械諧振、動態設計等知識的抽象性，使學生在學習過程中容易感到枯燥乏味，必須借助于工程科研項目的實踐性來進行合理疏導，以實現抽象知識的有效串聯，激發學生對《伺服驅動與控制技術》課程的學習興趣，提高在今后工作中不斷學習的后勁兒。

在與本科相關知識的銜接上，進一步注重糅合工程設計實例，進行抽象理論的理性化解。如在進行第二章“伺服系統的穩態設計”教學過程中，將伺服系統的穩態設計化為負載的分析計算，再化為力學的分析，進一步化為公式與定理應用的數學現象，一步步抽絲剝繭，簡化復雜的伺服系統設計理論和過程，使教師易教，學生易學。解決了現有教學體系中普遍存在的重理論輕實際、教學過程中缺乏工程實踐和工程設計的引入、教與學均是紙上談兵等教學問題。圖1所示為以“伺服系統的穩態設計”章節為例，基于案例導學的《伺服驅動與控制技術》課程教學框架。

如圖1所示，在進行伺服系統穩態設計章節教學時，簡略引入“數控機床開環伺服進給系統的PLC控制”、“PLC在數字伺服電機控制中的應用”等實例進行與本科《機電傳動控制》、《機電一體化系統設計》、《數控技術》等課程的知識滲透與驗證;引入“BBF-SPG系列主軸伺服驅動系統 剛性攻絲 任意點定位”、“直流伺服電動機控制數控機床工作臺”進行負載分析、執行元件選擇、檢測裝置選擇、信號轉換電路設計等知識點的抽象理論與工程實踐的引導與有效梳理;深入引入“摩托車噴漆伺服系統案例”、“高精度交流伺服定剪系統”等實際企業工程項目進行一個伺服系統穩態設計的實際工作流程、快速上手經驗、注意禁忌等方面的教學，增強學生的工程實踐意識、工程設計能力和工程創新能力，使學生進入企業后能大大縮短企業的二次培養時間，加速人才的成長。

三、教學實施與效果

基于《伺服驅動與控制技術》課程的理論性，以及傳遞函數、動態設計、線性與非線性補償等知識點的抽象性，我?！端欧寗优c控制技術》課程在教學中綜合運用了輔助基于案例導學的各手段，收到了良好的效果。

1.現場教學。由于課程教學學時有限，現場教學轉為開放現場的教學方式。通過基于運動控制系統的現場教學，使學生從系統→組件→元件→軟件，建立關于伺服系統的理論與實踐緊密結合的綜合課程體系。

2.強調創新能力，討論啟發式教學。創新能力的培養是《伺服驅動與控制技術》課程的重中之重，具體方法為結合教師的企業工程背景，安排學生對一個具體伺服系統設計案例，課外廣泛搜集網絡資料，對此進行消化理解，提出多種方案，進行創新設計，在課堂上提出自己的看法，相互討論、啟發，教師點評其優劣，將學生在課題上的發言及表現能力作為評定其成績的重要依據。

3.綜合運用網絡手段。我?！端欧寗优c控制技術》通過網絡教學，建立了工程案例庫、試題庫、作業庫，以及專題BBS等功能，充分發揮了信息技術的作用，實現了課程教學資源的全程上網，并做到每三個月對上網資源進行有針對性的更新，學生可以通過重慶理工大學的校園網隨時查詢有關課程學習的最新參考資料。各專題BBS充分調動了學生學習的主動性和積極性，目前建立的如負載分析BBS、補償BBS、機械諧振對系統影響及補償BBS、隨動系統傳遞函數BBS等專題模塊都收到了非常好的效果，學生實踐應用能力與理論分析能力得到了逐步培養。

四、結語

我校基于案例導學的《伺服驅動與控制技術》課程注重使用先進的教學手段，改革考核方法，把教師課堂授課、課堂討論、課外實踐等有機結合起來，充分發揮信息技術的作用，在教學中收到了非常好的教學成效。從進入企業的畢業生反饋看，該課程理論不抽象、實踐不生拗，進入企業所接觸即為課堂所學所用，大大縮短了企業的二次人才培養。我們在實施過程中，還每學年派1～2名教師外出參加學術交流活動，及時了解兄弟院校在“伺服驅動與控制技術”課程教學與改革方面所取得的成績和經驗，冷靜分析，不斷總結，期望能為培養符合現代企業要求的伺服技術人才做出貢獻。

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關鍵詞：案例導學;伺服系統;信息技術;人才培養

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）36-0169-02