數字化技術背景下機電傳動控制課程教學研究

鄭大騰 肖忠躍 陳海萍 周太平 尹三鳳

摘 要：數字化技術在經濟領域的應用越來越廣泛，機電傳動控制是一門具有重要工程應用價值的課程。分析了機電傳動控制課程在教學方面存在的問題，重點探討了課程的內容繁多、課程理論較抽象、實驗教學設備缺乏、現代和傳統兩種教學模式互補等方面內容。根據教學中的實際情況總結了優化課程內容、增設課程設計以及開展競賽活動等方面的具體改革措施。

關鍵詞：數字化技術;機電傳動控制;課程教學

中圖分類號：G642??????? 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.051

0 引言

當前，我國正處于加快轉變發展方式、推動產業結構調整升級的關鍵時期，以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟蓬勃發展，數字化技術在經濟領域的應用越來越廣泛[1-3]，根據專家預測，到2020年世界經濟的25%將來源于數字化經濟[4]，因此，迫切需要培養大批新興卓越數字化工程科技人才。

機電傳動控制是一項集低壓控制技術、繼電器控制技術、傳感器技術、電機技術、PLC技術等為一體的控制技術，涉及機械、力學、電子、控制、計算機等多門學科[5、6]。機電傳動控制課程被全國高等院校機械工程類專業教學指導委員會指定為“機械設計制造及其自動化”專業的主要技術基礎課，列為核心知識領域課程，也是我校機械設計制造及其自動化專業的一門必修專業方向課程。該課程是機電一體化高素質復合創新型人才所需全部知識結構與機電結合的紐帶，占據著重要的學術地位。本課程的教學目標是使學生了解機電傳動控制的一般知識，掌握各種類型電動機、電器等電氣元件的工作原理、特性，以及應用和選用的方法，掌握可編程控制器原理與應用，掌握各種類型的調速控制系統。通過本課程的教學，使學生具有分析、設計和使用機電傳動控制系統和裝置、器件的基本技能，具有機電新產品科技開發的邏輯思維能力[7、8]。

在數字化技術背景下，如何創新機電傳動控制課程的教學改革，使學生理解邏輯數字理論知識和邏輯數字應用技能，達成培養學生工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力要求。

1 課程教學存在的問題

1.1 教材內容亟待改進

井岡山大學的機電傳動控制課程教材主要選擇鄧星鐘主編的華中科技大學出版社出版的《機電傳動控制》（第五版）和廖映華主編的重慶大學出版社出版的《機械電氣自動控制》，這些教材內容與其他課程有部分重疊，如電力電子學基礎章節內容與課程電工電子技術相關內容相似;可編程控制器原理與應用章節內容是課程GE自動化試驗、PLC技術等課程的縮影。這就要求教師對整個課程體系要有良好的掌握，在講述時對相關知識點進行側重，突出這些內容在機電傳動控制方面的應用特點。另外，機電傳動控制涉及的內容繁多，知識點零碎，有些教材章節與章節之間缺乏邏輯性、系統性，不易于學生自學和掌握重點難點。

1.2 課程理論比較抽象

機電傳動控制課程的重點內容為設計接觸器-繼電器控制系統或者可編程控制器（PLC）控制系統，實現對直流電動機、交流電動機和步進電機的啟動、正反轉、調速、制動等功能的控制，其中涉及的理論知識較抽象，特別是對于機械類專業的學生而言，如果電工電子技術課程沒有學好，很難理解接觸器-繼電器控制系統，也很難理解可編程控制器（PLC）工作原理和輸入輸出電路。機電傳動與控制工程課程要求學生要有較強的邏輯分析能力，能夠模擬設備的實際運行各種工況，如果沒有實際操作經驗，這部分知識學習起來就比較困難。

1.3 實驗教學缺乏設備

實驗設備條件是機電傳動控制課程教學質量的重要保障。機電傳動控制實驗設備相對來說價格昂貴，如一臺現代化的五軸數控機床價格需要幾百萬元，即使是一臺機電傳動控制實驗臺也在幾萬元以上，往往造成實驗室中設備臺（套）數較少，很難滿足教學要求。較早建設的機電傳動控制實驗室設備較陳舊，功能單一，沒有更新換代;有些學校由于資金不到位或專業成立的較晚，機電傳動與控制工程課程只以PLC實驗箱代替全部實驗。

1.4 教學模式有待研究

隨著多媒體技術的發展，越來越多的教師采用PPT課件上課，相對傳統的板書教學模式，一節課講授的內容較多，學生在課堂上還沒有來得及理解，就進入到新知識點的學習。如果學生課前沒有預習，太多的新知識會使學生疲倦;課后沒有復習，太多問題的累積會使學生失去興趣。根據學生的特點，如何控制一節課的新知識點內容以及現代和傳統兩種教學模式的結合，有待進一步研究。

2 課程教學改革設計

2.1 優化課程內容，突出課程重點難點

機電傳動控制課程主要涉及機電傳動系統的動力學、系統的穩定運行條件、電動機、繼電器—接觸器控制系統、可編程控制器、電力電子技術、直流調速系統、交流調速系統、步進電動機驅動系統等。該課程內容多，需對其進行優化并突出重點難點。在講授電動機（直流電動機、交流電動機）機械特性方程時，其推導過程可以簡單講解，重點討論機械特性方程中涉及的啟動、制動、正反轉、調速等功能的應用;在講授繼電器—接觸器控制系統知識點時，盡可能多的介紹各種基本電路以及電路優化案例，讓學生掌握各種功能應用的電路設計;可編程控制器是電動機的另一種控制系統，對于沒有編程思維的學生而言，可以多分析一些典型案例程序;而對于調速系統，面對復雜的電路原理，學生往往很難理解，可以將應用作為突破口，激發學生的學習興趣。總之，在講授時應根據課程體系實際情況，優化課程內容，突出課程重點難點。

2.2 增設機電傳動控制課程設計

機電傳動控制是一門理論抽象的課程，僅僅通過上課很難讓學生理解知識內容，為此，我校機械設計制造及其自動化專業增設了一門機電傳動控制課程設計。通過為期一周的課程設計，可以培養學生綜合運用機電傳動控制的專業理論知識，分析機電傳動控制系統的組成及工作原理，提高設計電氣控制系統的能力。