工程教育專業認證背景下的變頻調速控制實驗教學的實施

董欣 王龍庭 陸富榮 蔡寶平

摘 要 在工程教育認證下的機械設備電氣控制課程中，針對變頻調速控制實驗從六個方面加以實施：實驗中建立安全工程意識，實驗中建立工程觀念，實施討論式教學方式，實驗中融入創新教育，注重現代交流方式，實驗總結。教學實踐表明，學生的工程意識與創新、團隊合作、溝通等能力得到顯著提高，是工程教育專業認證背景下有效的實驗教學方法，深受學生喜愛。

關鍵詞 工程教育專業認證；變頻調速控制；討論式教學；實驗教學；創新教育

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）22-0117-03

Abstract In the electrical control course of mechanical equipment under the engineering education certification， the experiment of varia-ble frequency speed control is implemented from six aspects： estab-lishing safety engineering awareness， engineering concept， discu-ssion teaching method， integrating innovative education into experi-ment， paying attention to modern communication. Method， experi-mental summary. Teaching practice shows that students engineering awareness， innovation ability， teamwork， communication and other abilities have been significantly improved. It is an effective experi-mental teaching method under the background of engineering edu-cation professional certification， and is deeply loved by students.

Key words engineering education professional certification； variable frequency speed control； discussion teaching； experiment teaching； innovative education

1 前言

我國工程界、教育界對工程教育專業認證制度已達成廣泛共識：建立完善的認證制度是實現我國工程教育全面、協調、可持續發展的迫切需要，能促進我國工程教育領域與國際接軌，顯著提升相關產業的國際競爭力[1-3]。我國工程教育專業認證中對培養的學生提出明確的畢業要求：具有系統的工程實踐學習經歷，具備設計和實施工程實驗的能力，能夠對實驗結果進行分析，掌握基本的創新方法，具有追求創新的態度和意識等[4]。如何將工程教育專業認證的標準和能力培養目標落實到具體的實踐教學活動學習中，是工程教育認證的重點和難點，所以實驗教學必須發揮它應有的作用。2018年秋，中國石油大學（華東）機械設計制造及其自動化專業的認證工作全面展開。

2 實驗中建立工程安全意識

《工程教育認證標準》條款3.6：“工程與社會：能夠基于工程相關背景知識進行合理分析，評價專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。”安全教育，教育為先，應針對專業實驗的特點，有針對性地向學生進行工程安全教育。指導學生進行規范性實驗，既要安全，又要放開，讓學生多動手操作，做好工程安全教育尤為重要。如果安全教育不到位，不能保障實驗的開放性、創新性、前沿性，實驗的危險性、風險性和不可預見性也會隨之增大。所以，工程安全教育應逐步向專業化發展，引導學生充分認識到實驗室安全的重要性和必要性，正確對待實驗的每一個過程、每一個環節、每一個步驟，不斷提高應急救助的能力[5]。

編寫變頻調速控制實驗指導書時，制定了相應的安全注意事項，如防止觸電、禁止觸摸旋轉部件、急停按鈕的應用場合、連線注意事項、Pr77參數寫入禁止選擇、實驗中最大頻率的設置、女生的長發與衣服上的衣帽繩防止纏繞等，并和學生一起討論。培養學生對專業實驗設備規范使用的能力，給工程教育認證指導下的實驗教學提供了安全保障。把工程安全教育融入實驗教學過程中，使學生逐漸養成安全實驗技術好習慣，全面提升學生的安全素養。

3 實驗中建立工程觀念

在實驗中盡量在每項實驗內容的講授中引入與課程實驗相關的典型工程實例，增強學生對課程所涉及知識點的工程實踐應用背景的了解[4]。變頻器的控制范圍十分廣泛，變頻器的使用可大大提高工農業生產設備的加工精度、工藝水平及工作效率等。本次實驗做PU點動運行、外部點動運行、面板控制測量V/F曲線、外部控制測量V/F曲線四項。在實驗中和學生互動式討論了電機常用的兩種連接方法，實驗中應選用哪種連接？為什么？討論了交、直流電機各自的優缺點，交流電機在工農業生產中的使用率。實驗時允許他們失敗，關鍵是讓他們自己分析問題出在哪里？如何解決？如PU點動控制，有的組未能實現點動控制，學生分析找到原因，是操作模式的設置缺少了一個步驟。測量電機的實際加、減速時間時，學生發現實際測量值與理論設定值有差別，通過討論分析：在工程中實際的加、減速時間與運行頻率的有關。測V/F曲線時，要求學生選五個點，有的小組測量點正好選在頻率跳變區域是不允許的。

變頻器為交流電機供電時，系統可能發生共振現象，使變頻器過電流保護或者使系統跳閘，有些區域是工程中應避開的頻率跳變區域等問題。教師要引導學生在實驗方案的實施過程中及時捕捉工程實踐問題，適時提出存在的問題，引導學生對問題進行思考與理論分析，做出正確的判斷[5]。實驗內容的設置增加了工程真實性，這些貼近工程實際的實驗項目能激發學生學習的積極性和主動性。在實驗教學過程中，培養了學生解決工程實際問題的思維方法，加強了學生的工程素質培養。

4 討論式教學方法的實施

《工程教育認證標準》條款3.9、3.10：“個人和團隊：能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。溝通：能夠就復雜工程問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發言，清晰表達或回應指令。”討論式教學有利于培養學生的自主學習能力、口頭表達能力、應變能力和協作意識、民主精神和創造性，適合于創新人才培養，是工程教育專業認證背景下的有效課堂教學方法[6]。

變頻調速控制實驗包含四個小實驗，每一個實驗需要4～6人共同完成。在實驗中采取討論式教學，在每位學生完成變頻器基本操作后，教師顛覆傳統的授課方式，四個實驗不講，也不演示，只給學生布置討論任務：設計實驗方案，進行角色分工，如記錄數據、采集照片、陳述發言、連線、測試電機轉速、面板設置實驗參數、測量加/減速時間、設計實驗數據記錄表格、確定測試參數。實驗前請一位學生陳述發言討論結果，四個實驗要求每位學生承擔不同角色。負責陳述發言的學生負責本小組各項工作的協調和管理，有的負責陳述發言的學生當場記錄討論結果、寫發言提綱，這些好的做法值得其他小組借鑒。小組式討論學生人數少，壓力較小，氛圍輕松，大家都不緊張，每位學生都有多次發言機會。教師要認真傾聽學生的陳述發言，對學生的討論和發言多加鼓勵和引導，充分調動學生的學習積極性，對存在的問題要循循善誘。討論式教學方法有利于培養學生項目管理、團隊協作能力，鍛煉學生的口頭表達能力，培養學生的工程意識。

學生在報告中總結：“討論的過程也是發現問題的過程，大家一起解決，學習效率提高了，深入地討論分析問題，并形成一個完整的解決方案，合理的分工保證了正確完成實驗。”“討論和分工式合作，每位學生都積極參加并承擔一項工作，使每名學生的基本技能都得到很大提高。通過討論，針對不同意見會使學生積極思維和辯論，有效地調動了學生思考問題的積極性。”“討論式學習能促使學生從多角度思考和分析問題，對問題認識的廣度和深度上有明顯的提高，促進了對所學知識的掌握。”“在討論過程中，分工合作共同實驗，從而鍛煉了學生相互協作的能力，討論中需要學生發言，交流各自的想法，從而鍛煉了學生正確表達自己的觀點和與他人進行有效溝通的能力。”實踐證明：這種討論式學習方法激發了學生的自主學習熱情，提高了學生對知識的探究能力，培養了團隊合作能力、交流和溝通能力，同時增強了課堂的趣味性。這種教學方式有利于工程教育專業認證中對學生要求和培養目標的達成，有利于提高人才培養的質量。

5 實驗教學中融入創新教育

工程認證中提出了學生應掌握基本的創新方法，具有追求創新的態度和意識等。實驗教學的首要任務是培養學生的工程素質和創新能力，創新教育與實驗教學是密切相連、互相融合的，你中有我，我中有你。利用微信群向每位學生發放一篇創新案例《創新是企業的護城河》，作者以自己做排水泵的經歷表達了創新對企業的重要性，要求學生自學后寫總結。

學生在總結中寫道：“讀完這篇文章后，讓我對創新有了新的認識，同時也讓我對企業人員管理有了新的認識。改造專利、創新要考慮成本、聯系實際。科技創新離不開大量實驗，對自己獨創的東西要有自信，堅持維護自己的成果。作為一名企業領導，要引導和鼓勵員工搞創新并大力支持，對一個企業創新是尋找生機和出路的必要條件。”“在這個充滿活力的年紀，應當將創新意識、創新能力的培養和發展放在自身發展規劃中，時刻將創新作為一門必修課，不斷去提高自己的創新能力，這樣不僅對我們自身的發展有益，更會提高我們的核心競爭力。”創新案例的選取很重要，貼近工程實際、來源于生活、接地氣、新穎有趣的最受學生喜歡，學生的收獲自然也大。

6 借助網絡、微信等現代交流方式，拓展學生學習空間

建立課內、課外相結合的實踐教學模式，培養學生相關文獻資料的檢索查詢能力。要求學生利用圖書館的資源和網絡資源查閱變頻器在工農業生產中應用的論文并打印，實驗前讓學生進行交流。此舉措吸引了學生的注意力，激發了學習欲望，有效提升了對信息的敏感度以及檢索、捕捉和利用信息的能力，使學生進一步了解到變頻器在工程中應用十分廣泛，對變頻器有了較深入的了解，也解開了心中未知的疑惑，了解到在工業應用過程中還存在的一些問題，拓寬了知識面，學習了相關知識。為理解Pr的含義，利用微信群向學生發放相關資料，使學生進一步理解變頻器的Pr工程控制應用范圍。

學生提出的一些問題回答采用微信群形式，使學生受益面更大。如有的學生發現了用轉速表測轉速時，電機停止轉動了，但轉速表不顯示零，為什么？是因為轉速表有測量范圍，當轉速太低時，有干擾引起的。還引導學生注重科技寫作，拍攝實驗照片，列實驗數據表格，在課堂上對學生逐一點評。這些技能不論是今后寫報告、論文、工程項目的結題，還是制作PPT匯報等，都是非常實用的。

7 實驗報告中設立實驗總結一欄

從學生反饋的信息中了解到他們哪幾方面能力得到提高，上課的效果如何。據2015級機械設計制造及其自動化專業學生實驗報告統計，95%以上的學生認為自己的工程領導力與溝通能力有了顯著提升，100%的學生認識到了團隊合作的重要性，85%的學生認為自己會系統思考和分析工程問題。隨著科技的飛速發展，工程領導力和團隊合作、溝通能力越來越重要。學生總結到：“這種教學方法對我們很適合，各方面的技能都得到了鍛煉，希望在今后的學習工作中將這樣的氛圍和精神傳播開來，感染更多的人，讓更多的人感到學習、工作的樂趣。”“明確的組織分工協作和團隊合作，無疑能將完成實驗的效率大大提高，質量也提升了。”“在今后的工作和學習中應充分發揮團隊合作的優勢，在這個提倡共贏、開放社會中更好地工作，引領我逐步走向機械行業深處，變頻技術在未來機械領域也會有良好的發展前景。”

工程教育專業認證是高等教育國際化的必然趨勢，實驗教學的內容和方法對人才培養目標的實現至關重要。多年的實踐表明：相關的措施緊扣工程教育認證要求，可操作性強，對于人才的培養具有較好的促進作用。

參考文獻

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[3]鄭秀英，王海濱，姜廣峰.以專業認證標準為指導，深化高等工程教育改革[J].高等工程教育研究，2011（5）：51-53，77.

[4]竇艷濤，蔡曉君，曹建樹，等.工程教育專業認證下的機械基礎實驗課程改革[J].大學教育，2016（7）：142-144.

[5]俞路，潘艷秋，吳雪梅.以工程教育專業認證為導向培養學生工程素質[J].教育教學論壇，2015（42）：196-197.

[6]蔣云昊，丁穩房，宮力，等.試論工程教育專業認證背景下的討論式教學[J].教育教學論壇，2017（15）：182-184.