“機電傳動控制”課程教學(xué)改革與優(yōu)化

雷金+彭衛(wèi)平+秦新燕+劉照

【摘 要】通過課程體系重構(gòu)，實現(xiàn)了“機電傳動控制”課程的再定位；基于關(guān)聯(lián)性分析，優(yōu)化了課程內(nèi)容。改革后的課程內(nèi)容，體現(xiàn)了機電傳動控制領(lǐng)域的最新技術(shù)，增加了應(yīng)用實例，強調(diào)了知識的系統(tǒng)化與運用，避免了與其它課程內(nèi)容的重疊，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐創(chuàng)新能力的提高。

【關(guān)鍵詞】機電傳動控制；課程；教學(xué)；改革；優(yōu)化

中圖分類號： G642.0 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）23-0043-002

【Abstract】Through reconstructing of curriculum system，"mechanical and electrical drive control" can be realized the relocation.The teaching content are optimized by correlation analysis.Through the reform，the curriculum content can embody the latest technology in the field of mechanical and electrical drive control.Moreover，some application examples were added in the new content， which emphasizes the systematization and application of knowledge.The reform and optimization avoid the overlapping with other courses content，and improve students' interest and innovative ability in learning and practice.

【Key words】Electro-mechanical Transmission Control；Curriculum；Teaching；Reform；Optimization

0 前言

“機電傳動控制”課程以各類電機驅(qū)動為主線，主要講述交流電機、直流電機、測量用電機和控制用電機的特性、使用及選型等知識，介紹機電傳動控制原理、常用控制電路及控制電路設(shè)計方法等[1]。它是一門交叉性、應(yīng)用性極強的課程，受到國內(nèi)外高校機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的普遍重視。如美國密西根大學(xué)等世界一流大學(xué)很早就注重本課程的教學(xué)研究；國內(nèi)的華中科技大學(xué)，上海交大和東南大學(xué)等通過開展精品課程建設(shè)，形成了較為成熟的教學(xué)體系，為我國高校“機電傳動控制”課程的教材、教學(xué)手段、教學(xué)實踐等提供了借鑒和指導(dǎo)[2]。但隨著計算機、信息、自動控制等技術(shù)的發(fā)展和人才培養(yǎng)要求的變化，我國工科院校目前在“機電傳動控制”課程內(nèi)容方面仍存在一些問題，如1）與“計算機控制技術(shù)”、“數(shù)控技術(shù)”等相關(guān)課程部分內(nèi)容重疊；2）多數(shù)教材偏重理論知識的介紹；3）實驗教學(xué)以演示性為主；4）學(xué)習(xí)考核和評價方式陳舊等[3]。為了提高學(xué)生分析解決問題、工程實際應(yīng)用和開拓實踐創(chuàng)新的能力，基于課程內(nèi)容關(guān)聯(lián)性、教學(xué)手段集成化、考核方式多元化和實踐教學(xué)一體化等理論和方法，進行“機電傳動控制”課程教學(xué)綜合改革與創(chuàng)新實踐十分必要。

本文主要開展“機電傳動控制”課程內(nèi)容改革研究。即先通過課程體系重構(gòu)，實現(xiàn)“機電傳動控制”課程定位；再基于關(guān)聯(lián)性分析，優(yōu)化“機電傳動控制”課程內(nèi)容與結(jié)構(gòu)。

1 課程體系重構(gòu)與定位

機電傳動系統(tǒng)是由電動機驅(qū)動、并通過傳動機構(gòu)帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的一個動力學(xué)整體，它一般由電動機、生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、控制設(shè)備和電源五部分組成[4]。其控制的“直接對象”是“電動機”、“最終目標(biāo)”是“工作機構(gòu)”、“動力傳遞”由“傳動機構(gòu)”。可見，“機”、“電”、“控”、“信”是構(gòu)成“機電傳動控制”相關(guān)課程體系的四個主要方面。

然而，原有的課程體系重“電”輕“機”，重“控”輕“信”，缺乏系統(tǒng)性和完整性，是一種由“自動控制原理”、“機電傳動控制”、“PLC控制技術(shù)”、“計算機控制技術(shù)”、“數(shù)控技術(shù)”等組成的機電控制理論課程體系，容易產(chǎn)生“機電傳動控制”課程定位模糊、內(nèi)容重疊、實踐脫節(jié)。過去的“機電傳動控制”常作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，強調(diào)基礎(chǔ)性，忽視了實例分析；突出先進性，忽視了內(nèi)容交叉；重視理論性，忽視了工程應(yīng)用；勢必導(dǎo)致課程內(nèi)容理解困難，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效果和動手能力難以提高，創(chuàng)新能力更難培養(yǎng)。

事實上，“機電傳動控制”不僅與電動機特性和控制技術(shù)有關(guān)，而且與工作機構(gòu)和傳動機構(gòu)的負載特性和慣性轉(zhuǎn)矩等相關(guān)，其目的是要實現(xiàn)各種電動機或者執(zhí)行器的邏輯及伺服控制，以便為生產(chǎn)實際服務(wù)。因此，“機電傳動控制”相關(guān)課程體系還應(yīng)包括“機械動力學(xué)基礎(chǔ)”、“測試技術(shù)”和“機電液一體化系統(tǒng)設(shè)計”等；考慮到學(xué)時的限制和避免內(nèi)容的重疊，“PLC控制”、“單片機控制”和“現(xiàn)場總線”等內(nèi)容應(yīng)合并在“計算機控制技術(shù)”課程內(nèi)，并保留在該體系中。

重構(gòu)后的課程體系中，“自動控制原理”、“機械動力學(xué)基礎(chǔ)”、“測試技術(shù)”是“機電傳動控制”課程的前提和基礎(chǔ)，“計算機控制技術(shù)”是“機電傳動控制”課程的擴展和深化，“機電液一體化系統(tǒng)設(shè)計”是“機電傳動控制”課程的目的和實踐；“機電傳動控制”課程強調(diào)控制技術(shù)在機電傳動中的應(yīng)用，其專業(yè)課的特征更加明顯。

2 課程內(nèi)容重組與優(yōu)化

“機電傳動控制”課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的機電傳動控制系統(tǒng)分析和設(shè)計能力，它不僅要包含機電傳動系統(tǒng)各組成（如電動機、常用電氣元件等）的基本知識（如結(jié)構(gòu)、參數(shù)、材料、原理、特性、應(yīng)用等），而且應(yīng)從整體的角度介紹機電傳動系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)（如過渡過程等）、負載特性（如轉(zhuǎn)矩特性等）、工作要求（如穩(wěn)定運行條件等）、控制技術(shù)（如斷續(xù)控制、邏輯控制、伺服控制、數(shù)字控制等），并且還要涵蓋有關(guān)計算方法、電動機和常用電氣元件的選擇、基本控制電路、典型設(shè)備電氣控制系統(tǒng)分析、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計方法等[5]。其內(nèi)容多、知識面廣，要做到合理的選擇，須結(jié)合上述相關(guān)課程體系進行統(tǒng)籌規(guī)劃（如圖1），既要考慮內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性，又要避免與其它相關(guān)課程內(nèi)容的重復(fù)或重疊[6]。表1給出了重組與優(yōu)化后課程的章節(jié)內(nèi)容。

為使“機電傳動控制”課程結(jié)構(gòu)更清晰，本文運用對象建模方法對其進行了優(yōu)化（如圖2）。

與原有的相關(guān)教材相比，該課程內(nèi)容主要做了以下改進：1）刪除了原有《電機、拖動與控制》教材中的電動機的磁路和等效電路分析；2）簡化了現(xiàn)有《機電傳動控制基礎(chǔ)》教材中的與《電工電子技術(shù)》重疊部分；3）壓縮了“計算機控制技術(shù)”部分內(nèi)容，保留了其中的基本概念；4）增加了應(yīng)用實例分析和系統(tǒng)設(shè)計與電路設(shè)計的實踐內(nèi)容；5）理清了內(nèi)容之間的聯(lián)系和與其它相關(guān)課程的關(guān)系；6）優(yōu)化了課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)和順序。

3 結(jié)論

針對“機電傳動控制”課程內(nèi)容改革，提出了兩點改革方向：1）合適選擇的教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)增加一些科技前沿的新設(shè)備、新技術(shù)和工程實例分析等內(nèi)容；2）減少理論課學(xué)時數(shù)，增加實踐教學(xué)學(xué)時數(shù)，增設(shè)課程設(shè)計和動手制作等實踐環(huán)節(jié)。

采取了三個改進步驟：1）先通過相關(guān)課程體系重構(gòu)，實現(xiàn)“機電傳動控制”課程定位；2）再基于關(guān)聯(lián)性分析，合理選擇課程內(nèi)容；3）后通過結(jié)構(gòu)分析，優(yōu)化課程內(nèi)容。

取得了四方面的成果：1）完成了“機電傳動控制”課程大綱和內(nèi)容改進；2）理清了該課程內(nèi)容之間的聯(lián)系和與其它相關(guān)課程的關(guān)系；3）克服了原有教材重理論、輕應(yīng)用的弊端；4）解決了課程內(nèi)容系統(tǒng)性、完整性、先進性與重復(fù)性等問題，為進一步深化課程改革打下了良好的基礎(chǔ)。

【參考文獻】

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[2]王克義，黃玉瑄.機電傳動及控制教學(xué)改革的探索與實踐研究[J].教學(xué)研究，2016.1：88-92.

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[6]陳貴榮，劉少克.“電機與拖動”課程教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2008，30（6）：1-2.endprint