“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程群建設(shè)與改革探討

袁 瀾， 邱聯(lián)奎， 曹 哲， 梁云朋， 史敬灼

(河南科技大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 河南 洛陽 471023)

“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程群建設(shè)與改革探討

袁 瀾， 邱聯(lián)奎， 曹 哲， 梁云朋， 史敬灼

(河南科技大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 河南 洛陽 471023)

本文介紹了建立運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程群的背景和意義，從優(yōu)化相關(guān)課程銜接，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)著手，在課程群授課內(nèi)容、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)和實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)幾個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐，對(duì)自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)起到了積極的推動(dòng)作用，并取得了良好的效果。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；課程群；教學(xué)改革

0 引言

“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，它與“電機(jī)與拖動(dòng)”、“自動(dòng)控制理論”、“電力電子技術(shù)”、“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”、“檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)”等先修課程關(guān)系緊密，是這些課程的綜合應(yīng)用與體現(xiàn)，因此該課程涉及知識(shí)面較廣，學(xué)習(xí)難度較大[1]。近年來，我院通過對(duì)該課程和其相關(guān)課程進(jìn)行優(yōu)化整合，建立了實(shí)踐性和實(shí)用性都較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程群，實(shí)現(xiàn)了群內(nèi)各門課程之間的無縫銜接，從而使學(xué)生建立完整的系統(tǒng)概念。

1 教學(xué)中存在的問題

首先，上述的先修課程與“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程之間的聯(lián)系不足，每門課程都按自己的結(jié)構(gòu)按部就班地講，很少涉及與其他相關(guān)課程的融會(huì)，這往往使得學(xué)生在學(xué)習(xí)中認(rèn)識(shí)不到其中的聯(lián)系，抓不住要點(diǎn)，在學(xué)習(xí)“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”時(shí)便感到難學(xué)難懂。

其次，學(xué)生要學(xué)好“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”這門課程，需要多實(shí)踐、多了解生產(chǎn)實(shí)際和新技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。本科生在校學(xué)習(xí)，主要通過書本學(xué)習(xí)理論知識(shí)，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際了解甚少，實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)有限、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足等諸多因素也制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，如何加強(qiáng)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是一個(gè)亟待解決的課題。

針對(duì)這些問題并結(jié)合我院多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”這門課程在以下幾方面進(jìn)行了改革。

2 課程群建設(shè)

改革的要點(diǎn)是：將該課程和與其相關(guān)的課程優(yōu)化整合成“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程群。

1)課程群授課內(nèi)容整合

課程群中每門課程都是相互關(guān)聯(lián)的，都是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)不可或缺的一個(gè)部分。但在以往的授課中，這些課程分布在不同學(xué)期，每門課程每個(gè)知識(shí)點(diǎn)也都是相互獨(dú)立的教學(xué)單元，沒有各門課程授課教師之間的教學(xué)溝通，沒有課程理論的串聯(lián)，沒有實(shí)際案例的整體分析，這也就沒有學(xué)生的融會(huì)貫通，更談不上“實(shí)踐聯(lián)系理論”的逆向求知思維[2]。

當(dāng)把原來相對(duì)獨(dú)立的課程重組為課程群時(shí)，需要各授課教師花大力氣銜接甚至深化所講課程的各知識(shí)要點(diǎn)，其中一個(gè)重要的工作就是如何將原來課程中基于各自不同體系表述的相同概念進(jìn)行統(tǒng)一講解。

例如，“電機(jī)與拖動(dòng)”課程和“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程中電機(jī)原理和建模的目的以及所用的建模方法是存在差異的；再如：“檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)”課程和“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程中都涉及到數(shù)字測(cè)速方法。在課程群的教學(xué)中就需要授課教師間進(jìn)行充分溝通，不僅需要講解清楚兩種表述方法及其特點(diǎn)與作用，而且還要在此基礎(chǔ)上適當(dāng)探討兩者的內(nèi)在聯(lián)系以便深化這些內(nèi)容，并利用課程群虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將相關(guān)內(nèi)容以Matlab或單片機(jī)編程的方式進(jìn)行驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)。

在授課教師講授理論知識(shí)的同時(shí)，還要注意融入實(shí)例教學(xué)與案例教學(xué)[3]。例如分析日常生活中可接觸到的電子電氣產(chǎn)品的工作原理，將課本知識(shí)與應(yīng)用實(shí)際聯(lián)系起來，也可從教師的科研課題中挑選出相關(guān)內(nèi)容作為課后大作業(yè)或者課程設(shè)計(jì)題目，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生進(jìn)一步了解課程的實(shí)際意義。

2)課程群虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

針對(duì)“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程以及后續(xù)課程的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)，以“keil C”和“Proteus”構(gòu)建基于單片機(jī)編程的課程群虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)包含了“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”、“電力電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)”、“繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置”以及“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”等課程的部分實(shí)踐內(nèi)容。學(xué)生在PC機(jī)上就可以驗(yàn)證課程所學(xué)的例程，并可修改程序參數(shù)或自行編制程序，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)要求。結(jié)合“電子EDA技術(shù)”實(shí)訓(xùn)課程所學(xué)的Protel 99se制作原理圖和PCB電路板，并自行完成焊接及調(diào)試工作。

同時(shí)開發(fā)了基于Matlab的課程群虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[4]。包含了“電機(jī)與拖動(dòng)”、“電力電子技術(shù)”、“自動(dòng)控制理論”以及“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”等課程的部分實(shí)踐內(nèi)容。通過該平臺(tái)學(xué)生可以方便地設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該平臺(tái)可以輔助授課教師教學(xué)，以及學(xué)生課下的作業(yè)驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生也可利用該平臺(tái)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)仿真，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)提高了實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)效率。

單片機(jī)虛擬平臺(tái)與Matlab虛擬平臺(tái)的建設(shè)相互補(bǔ)充，通過“仿真+實(shí)訓(xùn)”的訓(xùn)練方法，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，受到了學(xué)生一致好評(píng)，也為后續(xù)專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中電路板設(shè)計(jì)、控制程序編制、設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試以及各類學(xué)科競(jìng)賽和創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽奠定了良好的基礎(chǔ)。選拔學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)入科技創(chuàng)新班學(xué)習(xí)，由實(shí)驗(yàn)室提供便利條件，開展一系列科技創(chuàng)新活動(dòng)及實(shí)踐。

3)課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)

在整個(gè)課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)中，根據(jù)各課程現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，并充分考慮了各門課程之間的聯(lián)系，構(gòu)建“貫通式”課程設(shè)計(jì)平臺(tái)，也就是針對(duì)不同的被控對(duì)象，例如：智能機(jī)器人小車、微機(jī)繼電保護(hù)裝置、四軸飛行器、光伏發(fā)電裝置等，分別設(shè)置了相應(yīng)的涵蓋面較廣的系統(tǒng)綜合訓(xùn)練題目，每個(gè)學(xué)生可自行選擇其中的某一個(gè)訓(xùn)練題目進(jìn)行實(shí)踐。實(shí)踐時(shí)間分散在第4～6學(xué)期，要求學(xué)生在每完成一門相關(guān)課程學(xué)習(xí)之后，根據(jù)系統(tǒng)綜合訓(xùn)練題目完成實(shí)踐內(nèi)容的一部分，直至整個(gè)專業(yè)課程學(xué)習(xí)結(jié)束，獨(dú)立制作出實(shí)踐成品。學(xué)生組成3～5人的團(tuán)隊(duì)，在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中自主完成實(shí)際電路設(shè)計(jì)、Protel繪制、PCB制作、電路焊裝以及軟件調(diào)試等工作，這些工作又為學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)大賽、機(jī)器人大賽、挑戰(zhàn)杯、飛思卡爾智能車競(jìng)賽等各類競(jìng)賽提供了有力的支持，學(xué)生也可以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。

表1以“單片機(jī)控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)”為例說明“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)改革方案。

表1 “運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)改革方案

系統(tǒng)綜合訓(xùn)練有機(jī)地將運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程群的核心內(nèi)容融會(huì)貫通在一起，理論密切聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)了課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性、綜合性和創(chuàng)新性，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、動(dòng)手能力以及創(chuàng)新意識(shí)。

3 結(jié)語

本文對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程群建設(shè)與改革進(jìn)行了初步的探討，針對(duì)課程群授課內(nèi)容、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)和實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)三個(gè)方面進(jìn)行改革實(shí)踐，通過幾屆學(xué)生的實(shí)際教學(xué)效果來看，該舉措使專業(yè)課程的整體規(guī)劃更為合理，提升了學(xué)生的學(xué)科綜合素質(zhì)，升華了學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知，學(xué)生的就業(yè)率、考研率以及競(jìng)賽成績(jī)都有明顯提高。

[1] 阮毅, 陳伯時(shí). 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng). 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(第4版)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009

[2] 肖中俊, 劉星萍, 侯寶霞. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)出口課的創(chuàng)新課程群建設(shè)[J]. 濟(jì)南: 信息技術(shù)與信息化, 2014(5)

[3] 鮑建宇, 劉毅華, 崔家林. 運(yùn)動(dòng)控制課程群的實(shí)踐教學(xué)改革研究[J]. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2010(1)

[4] 謝麗蓉, 瑪依拉·賽依拉, 史成城, “運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程群虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建[J]. 北京: 課程教育研究(新教師教學(xué)), 2012(12)

Discussion of the Reform and Establishment of Motion Control System Curriculum Group

YUAN Lan, QIU Lian-kui, CAO Zhe, LIANG Yun-peng, SHI Jing-zhuo

(ElectricalEngineeringCollege,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471023,China)

This article introduced the background and significance of establishment of the motion control system curriculum group. In order to optimize the relationship between the courses and strengthen the practice teaching effect, teaching reforms are implemented in lecture content, virtual experimental platform and practice teaching, promoting the establishment of the automation specialty and receiving good results.

motion control system; curriculum group; teaching reform

2015-07-24;

2015-11- 06

河南省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2014SJGLX200)； 河南科技大學(xué)重大教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2014ZD-012，2013Z-020)

袁 瀾(1977-)，女，碩士，講師，主要從事電力電子與電氣傳動(dòng)方向的教學(xué)與科研工作，E-mail：yuan.lan@163.com

G642

A

1008-0686(2016)03-0058-03