《機電傳動與控制》教學問題分析及改進措施

王班 馮長水 李冰茹

摘要：針對《機電傳動與控制》課程教學中存在的課程內容冗雜、各章節關聯性不強、學生被動接受課程內容及理論實踐脫節等問題，本文通過優化課程內容、梳理課程知識點、采用任務驅動教學法及增加開放性實驗等措施，探索改進機械工程專業的教學新方案，幫助學生在學習《機電傳動與控制》基礎知識的同時，增強學生的積極主動性，提高學生的參與度與接受度，激發學生的創新思維，從而培養更加適應社會需求的高層次機電一體化人才。

關鍵詞：《機電傳動與控制》；問題分析；改進措施

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）18-0249-03

一、引言

隨著工業的發展，現代化生產機械設備已不再是傳統的單純機械系統，而是機電一體化的綜合系統，電氣傳動與控制已成為生產機械的重要組成部分。從某種意義上來講，電控技術的先進性直接反映了生產機械的發展水平[1]。《機電傳動與控制》是機械設計制造及其自動化專業的一門專業課，是機電一體化人才所需電氣知識結構的軀體，是機電結合的紐帶[2]。本課程涉及機械、力學、電磁學、控制、材料等眾多學科，主要教學目的是使學生了解機電傳動與控制的基本原理和方法，學會用各種電機、電器、電子元器件、檢測元件及電子計算機按一定規律設計控制系統，使生產機械按照要求高效、穩定的工作。但是在實際教學過程中存在一些問題：一方面，機械專業學生電磁學及電路等方面的理論基礎較為薄弱，大多反映本課程目前的教學內容比較難懂，使得教學效果大打折扣；另一方面，現行的《機電傳動與控制》教材更新較慢，內容過多地涉及電氣控制的細節原理，難以對學生起到有效的引導作用。鑒于此，本文針對《機電傳動與控制》在教學實踐中遇到的問題進行分析，并有針對性地給出了相關教學改進措施。

二、教學過程中存在的問題

1.課程內容冗雜、知識點多。《機電傳動與控制》是一門多學科交叉課程，教學內容知識點過多，包括機電傳動系統動力學、直流電機、異步電機、同步電機、控制電機、接觸器—繼電器控制、PLC控制、交—直流電機調速系統等，要求機械工程專業學生的先修課程為大學物理、工程力學、機械設計、機械原理、電路、自動控制原理等，同時對電磁學、電機學、電力系統、電力電子等電學專業課程內容也有所涉及。眾多知識點在較短的學時內完成，于教師而言，講授起來具有很大的挑戰性；于學生而言，掌握起來具有較大難度。最終導致教師、學生都身心俱憊，較難達到理想中的教學效果。

2.課程各部分跨度大，關聯性不強[3]。本課程知識點繁雜且層次過多，眾多知識點之間的聯系并不緊密，授課教師只是機械地按照相關書籍的章節安排對各知識點按部就班地進行講授。對于學生而言，他們不了解知識點間的聯系與過渡，無法理解課程體系，因而學習的積極性、方向性及目的性都大打折扣。

3.學生被動接受，主動參與度低。為了在有限的課時內完成課程教學內容，當前一般還是采用以教師講解為主的單方面“灌輸式”授課模式，但是該課程教學過程中涵蓋大量原理性、概念性內容，公式推導煩瑣，抽象的理論知識比較多，單純的教師講解方式缺乏師生間的互動，不受學生歡迎，學生課堂參與度較低，嚴重影響了學生的學習興趣。

4.理論與實踐嚴重脫節。動手能力弱、實踐能力差是長期以來用人單位對大學畢業生的詬病。實踐能力對畢業生的就業競爭力具有很大的影響，必須高度重視，把它放在教學改革的重要位置，既有扎實的理論知識，又具備較強的實踐能力的人才能得到社會的認可與青睞。《機電傳動與控制》作為機電結合的重要紐帶，教學的主要目的是使機械工程專業的學生可以從總體層面去分析、設計機電系統，不僅要掌握理論知識，更重要的是將理論知識應用到實踐中去，做到學以致用。該課程的突出特點是強調進行系統設計的動手能力，實踐教學是本課程教學中的重要一環，是促進學習興趣、加深知識點理解、鍛煉動手能力和提升系統設計與開發能力的有效手段。但受限于本課程的總學時數（32學時），實驗教學僅為6學時，并且安排的3次主要實驗：交流電機斷續控制實驗、步進電機控制實驗、PLC控制應用實驗，這些均為驗證性實驗。實驗時學生僅需按規定的步驟操作，簡單接線及驗證即可，基本沒有參與到實驗的設計中，對實驗結果也是知其然卻不知其所以然，很難起到培養學生系統設計與工程實際應用能力的作用。

三、教學改進措施

1.優化課程內容，突出課程重點。面向工程實踐，機械工程專業的學生要做到從系統高度去設計機電系統，對電控部分只需掌握基本原理和方法，而不必過于糾結于電控細節，從而把主要精力用于機械本體的設計上，做到既有高度又有深度。對《機電傳動與控制》而言，主要是圍繞生產機械中的執行電機，學習重點是電機原理及控制方法。其他諸如交—直流電機調速系統、步進電機調速系統等已屬于比較專業的電機控制及電力電子專業內容，根據教學實際情況讓學生選擇性了解即可。

2.梳理課程知識點，理清結構條理。本課程設計學科眾多，可以根據優化后的課程教學內容對課程知識點進行梳理與歸納，理順各知識點之間的層次結構與彼此聯系，有利于學生對知識點的吸收和應用。針對優化后的課程內容，教學團隊總結出了如圖1所示的課程知識點體系結構圖。《機電傳動與控制》以機電系統為研究對象，而一般的機電系統由機械運動部件、電機拖動及電氣控制系統組成。機電系統的基本動力學方程是該課程的一個基礎，包含了電機的機械特性及負載特性。作為執行機構的電動機是課程的重點研究內容，主要包括直流電動機、交流電動機及控制電動機的工作原理及機械特性，為使電動機滿足機電系統作業的要求，還需根據電機的結構特點研究各種電動機的啟動、調速及制動等控制方法。最后，需根據實際情況，選擇斷續控制、PLC控制或計算機控制進行電動機控制系統的實現。

3.采用任務驅動教學法，提高學生的參與度。任務驅動教學法是一種建立在構建主義教學理論基礎上的教學法，是將所要學習的新知識和技能隱含在一個或幾個任務之中，引導學生對教學任務進行分析、討論，提出問題并設法解決問題[4]。任務驅動改變了傳統的“教師講、學生聽”以教定學的教學模式，創造了以學定教、學生主動參與、自主合作、探索創新的新型學習方式，有利于培養學生的創新能力、實際動手能力及獨立分析、解決問題的能力。如前所述，《機電傳動與控制》是一門強調動手能力的課程，且強調從總體上去分析問題及設計系統，將班級學生分成若干3—5人的課題小組，每個課題小組從教師給出的機床、電動汽車、電動卷揚機、智能輪椅、織布機等典型機電系統中選題。學生根據選擇的題目對系統進行機電系統分析，主要包括：系統電機類型及型號、電動機的工作狀態（正反轉）及控制方法（啟動、調速及制動）、電氣控制類型（斷續、PLC、計算機控制等）及控制器具體型號，最后繪制系統總體結構框圖，進行課堂匯報及報告總結。小組成員在完成任務的過程中，對機電傳動系統有了更加感性的認識，真正理解了《機電傳動與控制》的課程內涵。

4.增加開放性實驗，落實理論聯系實踐。為了解決《機電傳動與控制》實踐教學中實驗課時少、實驗創新性不強的問題，需增加實驗課時，并設計需要學生動手設計和操作的自主性實驗。我們學院專門開發了開放性、自主性實驗平臺[5]，學生可以根據自己的興趣愛好，自主安排時間（不限學時）去學院實驗室進行直流電機、交流電機、步進電機及伺服電機的啟動、調速、制動等系統設計，并進行實驗演示。

四、總結

針對《機電傳動與控制》教學中存在的問題，筆者結合個人的教學經驗進行了分析與總結，并給出了具有針對性的教學改進措施。這些改進措施有一定的參考價值，可望改變當前教學過程中存在的問題。同時，也希望廣大專業教師相互探討，共同進步。

參考文獻：

[1]楊丙輝，張宏，郭文松.“機電傳動與控制”課程若干教學問題思考與實踐[J].新疆農機化，2016，（1）：46-48.

[2]于金.《機電傳動與控制》課程教學的探索與實踐[J].產業與科技論壇，2017，16（7）：120-122.

[3]倪敬，許明，陳國金.《機電傳動控制》課程教學改革研究[J].教育教學論壇，2011，（21）：147-148.

[4]周大鵬，何光普.項目導向 任務驅動教學模式的探索和實踐——以《電子CAD》課程教學為例[J].樂山師范學院學報，2011，26（5）：122-125.

[5]許明，倪敬，孫珺，等.機電傳動與控制開放式綜合實驗平臺開發及實踐教學應用[J].實驗室研究與探索，2017，36（6）：196-200.