運動控制系統課程教學改革的探討

孫影 林芳

摘 要：運動控制系統是自動化專業上層的課程，該課程內容貫穿整個自動化下層和中層的專業課，所以該課程理論內容涉及知識點多、講授難等特點，研究了基于課程內容的立體體系的課程改革思路，通過整合授課內容、優化實驗環節、建設實踐環節，最后教師總結提升整個教學環節，使學生將理論知識通過實驗和實踐環節體現出來，最后用實際工程實例作為畢業設計題目使學生更好地理論聯系實際。該教學改革思路對運動控制系統課程提高教學質量具有參考價值。

關鍵詞：運動控制系統;立體教學體系;課程群

1 目前的運動控制系統課程

運動控制系統課程群是由自動化的專業課組成的課程體系，課程群里面很多都是我校自動化專業的專業基礎課程，而運動控制系統是專業核心課程，要學好運動控制系統這門課程就要好好學習這些基礎課。其中電機與拖動中的電動機是整個課程那個群的研究對象，整個課程群的指導思想是自動控制原理中的控制理論，傳感器與檢測技術等其他課程搭建運動控制系統硬件電路的基礎，這樣實現了運動控制系統的核心研究內容。這幾門課程形成了一個理論體系，其中一個課程的學習不夠會直接影響學生對整個體系的理解，所以運動控制系統所涉及的知識點比較多，這樣使學習難度大大增加。因此，為了使同學們更有效地掌握運動控制系統這門課程，改革教學模式、重新設計教學環節勢在必行。

2 運動控制系統課程的改革

針對當前存在的問題以及課程特點，確定各門課程的位置關系以及作用，其課程之間的關系如圖1所示。

本文從人才培養方案及運動控制系統的知識結構出發，以學生為中心、教師則以引導為目的教學理念，以學生參與為主的教學環節的設計，進而培養學生的創新思維以及優化認知結構。建立運動控制系統課程立體式的教學體系，從崗位所需的要求出發，培養畢業要求所具有的能力，根據運動控制系統的特點，將運動控制系統的內容建立立體的坐標體系如圖2所示。

圖中橫向的內容依次由理論計算階段到實驗仿真數據的優化階段，最后根據實驗仿真得到的優化參數搭建出硬件電路，實現由理論到實踐的過程;而上圖中的縱向內容依次遞進由單閉環設計到雙閉環設計，由兩象限運行到四象限運行逐層遞進。由橫、縱坐標激發學生的創新能力，滿足畢業要求的能力，實現學生參加競賽及創新創業項目的能力，為使學生能夠結合理論與工程實際情況相結合，選擇合理的控制系統的結構，能夠正確地選擇和整定調速控制系統，使系統的調速性能達到最佳狀態。

根據課程群內課程的內容特點以及目前工程質量認證的標準，運動控制系統課程的具體改革措施如下：

（1）整合授課內容：由學院組織建立課程群內的教師共同討論課程之間的聯系和區別，將有聯系的知識點盡量做到不重復且有銜接，將一個實際例子從不同課程的角度出發，講解各個課程的不同要求，打好上層建筑的基礎，最后由運動控制系統將各門課程的例子綜合在一起，也就是將運動控制系統為上層的教學目標，將中層和下層課程的成果合起來構建了一個完成整立體體系的課程教學方案，這需要課程之間做好銜接和區分，也需要不同課程的教師之間更好地溝通。

（2）優化實驗環節：根據理論課的內容設置相應的實驗內容，運用MATLAB軟件將實驗內容直觀顯示出來。以轉速、電流環反饋控制直流調速系統章節為例，將轉速和電流環計算出來的數據以及相關電動機等數據，通過仿真軟件進行電流環、轉速環、直流電動機、晶閘管裝置等模型的搭建，改變參數值得到最優值。利用工程實際設計雙閉環反饋控制直流調速系統的例子，讓學生直接將理論知識應用到實驗項目，使學生學會實際系統調試和設計的方法，進而達到實驗教學目標，同時也能提高同學們對運動控制系統的認識和使用。

（3）建設實踐環節：實踐環節是學生們將理論知識、實驗結果應用到實際生產生活中的關鍵環節，將仿真項目真實的做出來讓學生真正的應用到實踐中。以單片機控制的轉速、電流環反饋控制直流調速系統為例，根據理論的計算以及實驗調試的數據通過電路形式展現出來，以小組為單位，將電路制作成實物，這樣不僅能夠理論實驗實踐一體化，還能夠使學生意識到團隊的重要性以及本身動手能力和創新意識。在設計時，學生通過學習資料進行理論計算，進而在實驗室中，將理論計算的數據進行仿真，并且可以得到優化的設計參數。最后根據優化的參數選擇與之對應的元器件來搭建硬件電路，實現獨立設計出一個符合實際生產需要的調速系統。

3 運動控制系統課程考核方法

通過設計課程任務型課堂模式，設置學習任務，然后將考核方式在開課時就在第一次的課堂上公布并讓學生提意見，反饋適當調整后盡可能使考核公平公正，主要目的是讓學生注重過程的學習。理論可以采用線上、線下混合式的教學模式，線上可以利用課程平臺現有資源進行轉化，提高課程質量，還可以章節測驗以及作業反應學生的學習情況;而現下在實體課堂中，可以將小組的反饋分析設計成翻轉課堂的形式，這樣既彌補了線上教學的不足，同時可以讓同學們課堂中展示自我，教師也可以在課程中實時點評。在實驗學習過程中，除了關注同學們的學習積極性還要注重結果的驗證，同時觀察對實驗參數的優化是否正確，還要參考每位同學實驗報告的完成情況，最后綜合判斷給出每位同學的實驗成績。而實踐環節需要根據制作的實物進行類似與畢業設計的答辯形式，給出一定的成績。還有同學們的期末考試成績，雖然期末考試以試卷的形式出現，同樣代表著每位同學的學習情況。所以課程結束以后總成績構成由期末考試、課堂表現、小組項目以及個人項目報告等部分組成，教師根據每個部分同學們的表現記錄了一定的分值，且每個部分都有一定的權重，最后得出同學們的成績。這樣的考核方法避免了以試卷為主的形式考試，而是綜合了每位同學各個部分的表現給出一定的成績，這樣的成績也能夠讓同學們認可，具有一定的合理性。

4 結語

針對運動控制系統課程的問題，一方面從課程群之間內容的進行立體整合，確保課程之間內容不重復，并且一個例子貫穿于所有課程，只不過不同的課程之間側重講解的知識點不同，這樣可以優化教學內容;另一方面從運動控制系統本身入手，在內容知識點上，采取逐層遞進的知識體系，由不可逆的直流調速系統到可逆的直流調速系統，而每個知識點又從理論、實驗到實訓緊密相連，同時可將實際工程實例作為畢業設計題目讓學生綜合運用所學的理論知識，最終設計出一個符合實際生產需要的調速系統。堅持學習不是旁觀，學生不是學習的旁觀者，而是學習的主體。以學生改變為導向的教學設計必然要求學生參與，充分激發了學生的學習興趣。教學改革將學院教師的優勢整合起來，要求教師提升教學水平。該教學改革思路有助于解決運動控制系統課程難學和難教的問題，對其他綜合性專業主干課提高教學質量也具有參考和借鑒價值。

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基金：黑龍江省高等教育教學改革一般研究項目（項目編號：SJGY20190006）

作者簡介：孫影（1987—），女，黑龍江大慶人，實驗師，大慶師范學院機電工程學院實驗師，從事檢測技術及自動化研究。