隨動系統原理與設計課程多元化教學體系探索與實踐

王潔+時建明+劉少偉+任衛華+張茜

摘 要 針對隨動系統原理與設計課程教學改革的實際情況和防空裝備發展需求，在多年課程教學實踐的基礎上，構建該課程多元化教學體系框架，分析課程多元化教學體系的內容，給出多元化教學體系構建方法。本課程教學體系大大提高了教學質量，在課程教學中取得較好效果。

關鍵詞 隨動系統原理與設計；多元化教學體系；教學改革；網絡教學平臺；MATLAB/Simulink

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）24-0113-03

Exploration and Practice on Teaching System of Servo System Principle and Design Course//WANG Jie， SHI Jianming， LIU Shao-

wei， REN Weihua， ZHANG Qian

Abstract According to the actual situation of teaching reform on the

Servo System Principle and Design course and the development de-mand of anti-air equipment， frame of a multivariate teaching system is built. Based on several years of teaching experience， content of multi-element teaching system is analyzed and the construction me-thod of this system is given. The proposed course teaching system can improve teaching quality and obtain good teaching results.

Key words servo system principle and design； multi-element tea-

ching system； teaching reform； network teaching platform； MATLAB/

Simulink

1 前言

隨動系統原理與設計是機電類自動化及相關專業的專業基礎課[1-2]，也是本科武器系統與發射工程及兵器科學與技術專業的主要必修專業基礎課之一。該課程從學科專業的角度，立足防空導彈裝備對隨動系統的需求而開設，主要研究隨動系統的組成原理和設計方法，是一門綜合性和應用性很強的課程，不僅對裝備技術和工程應用有較強的指導作用，而且對于培養學生綜合分析和解決問題的能力具有重要的指導作用，現已成為上述兩個專業和任職培訓的主要專業基礎課程。

為了適應新型防空反導武器裝備和地空導彈部隊轉型建設，滿足不同專業和復合型人才的培養以及人才培養方案對課程教學改革的要求，總結幾年來的教學探索經驗，尤其是該課程成為空軍工程大學重點課程以來，更新課程體系、優化課程內容、提升教學理念、創新教學方法和拓展教學平臺等所取得的建設成果，逐步形成隨動系統原理與設計課程的多元化教學體系。

2 多元化教學體系的框架

一般教學體系由教材體系、課程體系、教學平臺、實踐平臺和教學方法五部分組成[3]。隨動系統原理與設計課程在空軍工程大學防空反導學院三個專業開設和多年的教學積累，已經形成適合學生學習的教材體系。由于授課對象的不同，形成多元的課程體系、教學方法、教學平臺和實踐平臺。多元化教學體系的框架如圖1所示。

3 多元化教學體系的構建

多元教材體系 教材體系建設是教學體系建設的基礎，也是課程內容的載體。教材選取和建設直接影響教學體系建設和教學質量，與學生知識結構的合理性緊密相關。因此，教材體系建設在教學體系建設中具有舉足輕重的作用。

空軍工程大學隨動系統原理與設計課程開設已有八年，伴隨著兩次人才培養方案的修訂，由最早開設的隨動系統設計課程，到目前已經發展為隨動系統原理與設計課程。隨著電力電子技術、計算機控制技術、伺服控制技術的發展，隨動系統也取得飛速發展，為適應武器裝備技術發展和人才培養的需要，推動教材建設和完善，教材經歷兩次選擇和修訂。從2012年開始，結合新裝備教學，教材內容由設計擴展到原理，增加了數字隨動系統的相關內容，以適應裝備發展對人才培養的需要。該課程作為大學重點課程建設，結合學校專業特點，2017年又對教材內容做了全面修訂，編寫了適合自己學生的教材，在隨動系統設計方面增加了數字控制器設計、隨動系統設計的應用內容。另外，結合新裝備發展，在原理方面增加了數字測量元件、PWM功率放大器、與裝備原理相關的環節等內容，并將新裝備隨動系統設備原理等相關教材納入輔助和參考教材中，構成相關自主學習內容，豐富了教材資源，構成多元教材體系，使教材體系更緊貼裝備需要。

多元課程體系 根據人才培養方案和各專業對人才的需求不同，按照專業設置不同，優選教學內容。對于武器系統與發射工程和兵器科學與技術專業，要求具有扎實的專業基礎理論，為裝備課程的學習奠定基礎，所以要求用40學時的時間修完隨動系統原理和設計的主要內容。對于國防生導彈發射技術專業，由于在地方大學已經完成相關專業基礎、專業課程的學習，經歷了畢業設計過程，但缺乏對知識在裝備上的應用，因此要求以自修課加單元講座的形式進行學習，注重原理在工程上和裝備中的運用。這樣的同一課程針對不同專業的培養對象，靈活運用課程體系，實現培養不同專業人才的目標。

1）課程內容是課程體系建設的重要內容，也是實施課程教學的關鍵[4]。根據隨動系統原理與設計課程標準和教學目標，對教學內容進行系統規劃、設計和安排，在課程實施中將隨動系統原理與設計課程教學內容按原理—穩態設計—動態設計—應用四部分進行規劃；根據內容的不同，按課堂講授、自主學習、課程大作業、課程實驗四種形式進行課堂組織。武器系統與發射工程、兵器科學與技術專業隨動系統原理與設計課程教學內容組織如圖2所示。endprint

2）課堂講授按課程標準規定的基本概念、基本原理和基本方法講深講透。同時，在原理的基礎上，注重工程實際應用，激發學生學習興趣，并且在課堂上不僅要突出教學主線，而且注重內容的系統性和規律性。對于各組成元件，由于實現的技術方法不同，可以通過分析電路作用原理，引導學生總結出它們的共性規律。因此，在講解每個組成環節過程中，不僅要講清楚各個知識點原理，還要重視知識點之間的關系，引導學生學習和思考，提高學生分析問題和運用基礎知識的能力。

3）自主學習是根據學生的已有知識，對學生容易理解的內容所安排的學習方式，是在授課教師的指導下進行的。授課教師事先根據內容提出問題，以便學生有針對性地學習和討論。

4）課程大作業是在課堂講授的基礎上，針對內容相對獨立的部分所進行的課程實踐方式，是對課堂講授內容的加深理解和掌握。如在該課程中設計了隨動系統執行元件選擇的大作業，讓學生對現有裝備隨動系統的執行元件進行選擇和校核，充分調動學生學習的積極性，加深學生對基礎理論的理解和掌握。

5）課程實驗是根據學生對所學知識的理解與掌握安排的實驗內容，是以學生為主體的實踐活動。學生根據所學知識，充分利用實驗室的設備和掌握的方法，完成實驗任務，檢驗理論知識掌握程度。設計的實驗項目能充分發揮學生的能動性和探究性。

多元教學平臺 教學平臺是實施教學過程的重要保證[5]。

目前，教學平臺主要有傳統的教學平臺和網絡教學平臺兩種形式。在現代信息化時代，傳統教學平臺是實施教學的基礎，網絡教學平臺是對傳統教學平臺的補充，也是課程建設必不可少的內容之一。隨動系統原理與設計課程通過重點課程建設，已經初步建成網絡課程平臺，形成一個集教學、學習、答疑、討論等具有信息交互的一體化的網絡平臺，實現教學資源共享，充分體現信息及網絡在教學中的應用，通過傳統的教學平臺和網絡平臺的結合，使教學效果明顯增強，教學形式更加豐富。

多元實踐平臺 實驗是課程學習不可缺少的實踐環節，是培養學生實際能力的一種形式。隨動系統原理與設計課程一方面專門為學生設計了“隨動系統計算機輔助分析與設計”實驗平臺，該平臺是為學生加深課堂教學內容理解，增強課堂教學效果而設計的，學生不用花費太多時間就可完成實驗；另一方面，為了提高學生的分析和設計能力，專門開設基于MATLAB/Simulink平臺的實驗內容，突出學生的實踐能力和設計能力的培養。如在本課程的設計實驗中，設計兩種形式的實驗：一種形式是基于MATLAB語言編程的設計與仿真實驗；一種形式是基于Simulink工具箱的仿真實驗。通過這兩類實驗，學生增強了對課程內容的理解，提高了動手實踐能力。

課程還采用大作業的形式進行課程實踐，以實際系統為背景，讓學生利用所學的基礎知識對實際系統進行理論驗證和仿真驗證，既使學生了解了裝備，又使學生提高了實踐技能。

多元教學方法 教學方法是為實施教學達到教學效果所采取的各種方式和途徑。隨動系統原理與設計課程為適應軍校學生的特點和實際情況，除了傳統的啟發式教學方法，還采用了靈活多樣的教學方法，如問題式、案例式、對比式、參與式等教學方法。這些教學方法在教學過程中相互結合、靈活運用，改變了傳統的一味“填鴨式”的課堂教學方式，能更好地培養學生理解問題、分析問題和解決問題的能力。在授課過程中，根據所授內容的性質，通過理論與實際應用相結合，選擇不同的教學方法，充分調動學生課堂學習的積極性和主動性，增強教學效果。如針對具體內容適時采用問題式和參與式教學方法，引出問題，啟發學生參與互動討論，找出解決問題的方法，并用于解決問題，反饋解決問題情況是否已滿足提出問題的要求，不斷啟發學生討論，直到圓滿解決問題為止。

圖3給出問題式和參與式相結合的教學方法實施過程。

4 結語

隨動系統原理與設計課程作為空軍工程大學本科專業的主要必修專業基礎課之一，其教學體系是實施教學的重要基礎，也是課程改革的重要內容。教學體系的合理性直接影響著課程改革的有效性和教學質量的提高。本文給出的教學體系通過三年的教學實踐，使學生在分析和系統設計方面都有了很大提高，13級、14級、15級相關專業的學生先后參加大學生創新創業訓練計劃、全國大學生機器人大賽等多項活動，有的學生在畢業設計活動中取得優異的成績，畢業設計成果參加全軍大學生物理創新大賽并分別獲得二等獎和三等獎。盡管本課程教學體系在課程教學中取得較好效果，但還需在今后的教學過程中不斷改進和完善，使教學體系緊隨裝備發展的需要，為促進課程教學改革深化和提高教學質量奠定良好的基礎。

參考文獻

[1]張莉松，胡祐德，徐立新.伺服系統原理與設計[M].3版.北京：北京理工大學出版社，2006.

[2]盧志剛，吳杰，吳潮.數字伺服控制系統與設計[M].北京：機械工業出版社，2007.

[3]李斌，孫躍，謝昭莉，等.對工科自動控制系列課程教學體系的思考[J].電氣電子教學學報，2009，31（S2）：106-

108.

[4]嚴剛峰.自動控制理論教學內容組織與教學方法初探[J].實驗科學與技術，2015，13（5）：200-202.

[5]宗劍，丁肇紅，孫國琴.“自動控制原理”精品課程建設的探索與研究[J].佳木斯教育學院學報，2012（11）：40，42.endprint