工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的變頻調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

董欣 王龍庭 陸富榮 蔡寶平

摘 要 在工程教育認(rèn)證下的機(jī)械設(shè)備電氣控制課程中，針對(duì)變頻調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)從六個(gè)方面加以實(shí)施：實(shí)驗(yàn)中建立安全工程意識(shí)，實(shí)驗(yàn)中建立工程觀念，實(shí)施討論式教學(xué)方式，實(shí)驗(yàn)中融入創(chuàng)新教育，注重現(xiàn)代交流方式，實(shí)驗(yàn)總結(jié)。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生的工程意識(shí)與創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)合作、溝通等能力得到顯著提高，是工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，深受學(xué)生喜愛(ài)。

關(guān)鍵詞 工程教育專業(yè)認(rèn)證；變頻調(diào)速控制；討論式教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新教育

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(guó)工程界、教育界對(duì)工程教育專業(yè)認(rèn)證制度已達(dá)成廣泛共識(shí)：建立完善的認(rèn)證制度是實(shí)現(xiàn)我國(guó)工程教育全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，能促進(jìn)我國(guó)工程教育領(lǐng)域與國(guó)際接軌，顯著提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力[1-3]。我國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證中對(duì)培養(yǎng)的學(xué)生提出明確的畢業(yè)要求：具有系統(tǒng)的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷，具備設(shè)計(jì)和實(shí)施工程實(shí)驗(yàn)的能力，能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí)等[4]。如何將工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)和能力培養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)到具體的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)學(xué)習(xí)中，是工程教育認(rèn)證的重點(diǎn)和難點(diǎn)，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須發(fā)揮它應(yīng)有的作用。2018年秋，中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的認(rèn)證工作全面展開(kāi)。

2 實(shí)驗(yàn)中建立工程安全意識(shí)

《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》條款3.6：“工程與社會(huì)：能夠基于工程相關(guān)背景知識(shí)進(jìn)行合理分析，評(píng)價(jià)專業(yè)工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問(wèn)題解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任?！卑踩逃逃秊橄?，應(yīng)針對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，有針對(duì)性地向?qū)W生進(jìn)行工程安全教育。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行規(guī)范性實(shí)驗(yàn)，既要安全，又要放開(kāi)，讓學(xué)生多動(dòng)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(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性、創(chuàng)新性、前沿性，實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性、風(fēng)險(xiǎn)性和不可預(yù)見(jiàn)性也會(huì)隨之增大。所以，工程安全教育應(yīng)逐步向?qū)I(yè)化發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)室安全的重要性和必要性，正確對(duì)待實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)過(guò)程、每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一個(gè)步驟，不斷提高應(yīng)急救助的能力[5]。

編寫變頻調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書時(shí)，制定了相應(yīng)的安全注意事項(xiàng)，如防止觸電、禁止觸摸旋轉(zhuǎn)部件、急停按鈕的應(yīng)用場(chǎng)合、連線注意事項(xiàng)、Pr77參數(shù)寫入禁止選擇、實(shí)驗(yàn)中最大頻率的設(shè)置、女生的長(zhǎng)發(fā)與衣服上的衣帽繩防止纏繞等，并和學(xué)生一起討論。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備規(guī)范使用的能力，給工程教育認(rèn)證指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了安全保障。把工程安全教育融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成安全實(shí)驗(yàn)技術(shù)好習(xí)慣，全面提升學(xué)生的安全素養(yǎng)。

3 實(shí)驗(yàn)中建立工程觀念

在實(shí)驗(yàn)中盡量在每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的講授中引入與課程實(shí)驗(yàn)相關(guān)的典型工程實(shí)例，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程所涉及知識(shí)點(diǎn)的工程實(shí)踐應(yīng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的加工精度、工藝水平及工作效率等。本次實(shí)驗(yàn)做PU點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行、外部點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行、面板控制測(cè)量V/F曲線、外部控制測(cè)量V/F曲線四項(xiàng)。在實(shí)驗(yàn)中和學(xué)生互動(dòng)式討論了電機(jī)常用的兩種連接方法，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用哪種連接？為什么？討論了交、直流電機(jī)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，交流電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用率。實(shí)驗(yàn)時(shí)允許他們失敗，關(guān)鍵是讓他們自己分析問(wèn)題出在哪里？如何解決？如PU點(diǎn)動(dòng)控制，有的組未能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制，學(xué)生分析找到原因，是操作模式的設(shè)置缺少了一個(gè)步驟。測(cè)量電機(jī)的實(shí)際加、減速時(shí)間時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)際測(cè)量值與理論設(shè)定值有差別，通過(guò)討論分析：在工程中實(shí)際的加、減速時(shí)間與運(yùn)行頻率的有關(guān)。測(cè)V/F曲線時(shí)，要求學(xué)生選五個(gè)點(diǎn)，有的小組測(cè)量點(diǎn)正好選在頻率跳變區(qū)域是不允許的。

變頻器為交流電機(jī)供電時(shí)，系統(tǒng)可能發(fā)生共振現(xiàn)象，使變頻器過(guò)電流保護(hù)或者使系統(tǒng)跳閘，有些區(qū)域是工程中應(yīng)避開(kāi)的頻率跳變區(qū)域等問(wèn)題。教師要引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施過(guò)程中及時(shí)捕捉工程實(shí)踐問(wèn)題，適時(shí)提出存在的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行思考與理論分析，做出正確的判斷[5]。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置增加了工程真實(shí)性，這些貼近工程實(shí)際的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的思維方法，加強(qiáng)了學(xué)生的工程素質(zhì)培養(yǎng)。

4 討論式教學(xué)方法的實(shí)施

《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》條款3.9、3.10：“個(gè)人和團(tuán)隊(duì)：能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。溝通：能夠就復(fù)雜工程問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言，清晰表達(dá)或回應(yīng)指令?！庇懻撌浇虒W(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、口頭表達(dá)能力、應(yīng)變能力和協(xié)作意識(shí)、民主精神和創(chuàng)造性，適合于創(chuàng)新人才培養(yǎng)，是工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的有效課堂教學(xué)方法[6]。

變頻調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)包含四個(gè)小實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)需要4～6人共同完成。在實(shí)驗(yàn)中采取討論式教學(xué)，在每位學(xué)生完成變頻器基本操作后，教師顛覆傳統(tǒng)的授課方式，四個(gè)實(shí)驗(yàn)不講，也不演示，只給學(xué)生布置討論任務(wù)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行角色分工，如記錄數(shù)據(jù)、采集照片、陳述發(fā)言、連線、測(cè)試電機(jī)轉(zhuǎn)速、面板設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)、測(cè)量加/減速時(shí)間、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格、確定測(cè)試參數(shù)。實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)一位學(xué)生陳述發(fā)言討論結(jié)果，四個(gè)實(shí)驗(yàn)要求每位學(xué)生承擔(dān)不同角色。負(fù)責(zé)陳述發(fā)言的學(xué)生負(fù)責(zé)本小組各項(xiàng)工作的協(xié)調(diào)和管理，有的負(fù)責(zé)陳述發(fā)言的學(xué)生當(dāng)場(chǎng)記錄討論結(jié)果、寫發(fā)言提綱，這些好的做法值得其他小組借鑒。小組式討論學(xué)生人數(shù)少，壓力較小，氛圍輕松，大家都不緊張，每位學(xué)生都有多次發(fā)言機(jī)會(huì)。教師要認(rèn)真傾聽(tīng)學(xué)生的陳述發(fā)言，對(duì)學(xué)生的討論和發(fā)言多加鼓勵(lì)和引導(dǎo)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對(duì)存在的問(wèn)題要循循善誘。討論式教學(xué)方法有利于培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目管理、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。

學(xué)生在報(bào)告中總結(jié)：“討論的過(guò)程也是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的過(guò)程，大家一起解決，學(xué)習(xí)效率提高了，深入地討論分析問(wèn)題，并形成一個(gè)完整的解決方案，合理的分工保證了正確完成實(shí)驗(yàn)?！薄坝懻摵头止な胶献?，每位學(xué)生都積極參加并承擔(dān)一項(xiàng)工作，使每名學(xué)生的基本技能都得到很大提高。通過(guò)討論，針對(duì)不同意見(jiàn)會(huì)使學(xué)生積極思維和辯論，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生思考問(wèn)題的積極性?！薄坝懻撌綄W(xué)習(xí)能促使學(xué)生從多角度思考和分析問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題認(rèn)識(shí)的廣度和深度上有明顯的提高，促進(jìn)了對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握。”“在討論過(guò)程中，分工合作共同實(shí)驗(yàn)，從而鍛煉了學(xué)生相互協(xié)作的能力，討論中需要學(xué)生發(fā)言，交流各自的想法，從而鍛煉了學(xué)生正確表達(dá)自己的觀點(diǎn)和與他人進(jìn)行有效溝通的能力?！睂?shí)踐證明：這種討論式學(xué)習(xí)方法激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生對(duì)知識(shí)的探究能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作能力、交流和溝通能力，同時(shí)增強(qiáng)了課堂的趣味性。這種教學(xué)方式有利于工程教育專業(yè)認(rèn)證中對(duì)學(xué)生要求和培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，有利于提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入創(chuàng)新教育

工程認(rèn)證中提出了學(xué)生應(yīng)掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí)等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，創(chuàng)新教育與實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué)生發(fā)放一篇?jiǎng)?chuàng)新案例《創(chuàng)新是企業(yè)的護(hù)城河》，作者以自己做排水泵的經(jīng)歷表達(dá)了創(chuàng)新對(duì)企業(yè)的重要性，要求學(xué)生自學(xué)后寫總結(jié)。

學(xué)生在總結(jié)中寫道：“讀完這篇文章后，讓我對(duì)創(chuàng)新有了新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也讓我對(duì)企業(yè)人員管理有了新的認(rèn)識(shí)。改造專利、創(chuàng)新要考慮成本、聯(lián)系實(shí)際?？萍紕?chuàng)新離不開(kāi)大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)自己獨(dú)創(chuàng)的東西要有自信，堅(jiān)持維護(hù)自己的成果。作為一名企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)，要引導(dǎo)和鼓勵(lì)員工搞創(chuàng)新并大力支持，對(duì)一個(gè)企業(yè)創(chuàng)新是尋找生機(jī)和出路的必要條件?！薄霸谶@個(gè)充滿活力的年紀(jì)，應(yīng)當(dāng)將創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和發(fā)展放在自身發(fā)展規(guī)劃中，時(shí)刻將創(chuàng)新作為一門必修課，不斷去提高自己的創(chuàng)新能力，這樣不僅對(duì)我們自身的發(fā)展有益，更會(huì)提高我們的核心競(jìng)爭(zhēng)力。”創(chuàng)新案例的選取很重要，貼近工程實(shí)際、來(lái)源于生活、接地氣、新穎有趣的最受學(xué)生喜歡，學(xué)生的收獲自然也大。

6 借助網(wǎng)絡(luò)、微信等現(xiàn)代交流方式，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)空間

建立課內(nèi)、課外相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)文獻(xiàn)資料的檢索查詢能力。要求學(xué)生利用圖書館的資源和網(wǎng)絡(luò)資源查閱變頻器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的論文并打印，實(shí)驗(yàn)前讓學(xué)生進(jìn)行交流。此舉措吸引了學(xué)生的注意力，激發(fā)了學(xué)習(xí)欲望，有效提升了對(duì)信息的敏感度以及檢索、捕捉和利用信息的能力，使學(xué)生進(jìn)一步了解到變頻器在工程中應(yīng)用十分廣泛，對(duì)變頻器有了較深入的了解，也解開(kāi)了心中未知的疑惑，了解到在工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中還存在的一些問(wèn)題，拓寬了知識(shí)面，學(xué)習(xí)了相關(guān)知識(shí)。為理解Pr的含義，利用微信群向?qū)W生發(fā)放相關(guān)資料，使學(xué)生進(jìn)一步理解變頻器的Pr工程控制應(yīng)用范圍。

學(xué)生提出的一些問(wèn)題回答采用微信群形式，使學(xué)生受益面更大。如有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)了用轉(zhuǎn)速表測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)了，但轉(zhuǎn)速表不顯示零，為什么？是因?yàn)檗D(zhuǎn)速表有測(cè)量范圍，當(dāng)轉(zhuǎn)速太低時(shí)，有干擾引起的。還引導(dǎo)學(xué)生注重科技寫作，拍攝實(shí)驗(yàn)照片，列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，在課堂上對(duì)學(xué)生逐一點(diǎn)評(píng)。這些技能不論是今后寫報(bào)告、論文、工程項(xiàng)目的結(jié)題，還是制作PPT匯報(bào)等，都是非常實(shí)用的。

7 實(shí)驗(yàn)報(bào)告中設(shè)立實(shí)驗(yàn)總結(jié)一欄

從學(xué)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(jù)2015級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告統(tǒng)計(jì)，95%以上的學(xué)生認(rèn)為自己的工程領(lǐng)導(dǎo)力與溝通能力有了顯著提升，100%的學(xué)生認(rèn)識(shí)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，85%的學(xué)生認(rèn)為自己會(huì)系統(tǒng)思考和分析工程問(wèn)題。隨著科技的飛速發(fā)展，工程領(lǐng)導(dǎo)力和團(tuán)隊(duì)合作、溝通能力越來(lái)越重要。學(xué)生總結(jié)到：“這種教學(xué)方法對(duì)我們很適合，各方面的技能都得到了鍛煉，希望在今后的學(xué)習(xí)工作中將這樣的氛圍和精神傳播開(kāi)來(lái)，感染更多的人，讓更多的人感到學(xué)習(xí)、工作的樂(lè)趣。”“明確的組織分工協(xié)作和團(tuán)隊(duì)合作，無(wú)疑能將完成實(shí)驗(yàn)的效率大大提高，質(zhì)量也提升了。”“在今后的工作和學(xué)習(xí)中應(yīng)充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作的優(yōu)勢(shì)，在這個(gè)提倡共贏、開(kāi)放社會(huì)中更好地工作，引領(lǐng)我逐步走向機(jī)械行業(yè)深處，變頻技術(shù)在未來(lái)機(jī)械領(lǐng)域也會(huì)有良好的發(fā)展前景?！?/p>

工程教育專業(yè)認(rèn)證是高等教育國(guó)際化的必然趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和方法對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。多年的實(shí)踐表明：相關(guān)的措施緊扣工程教育認(rèn)證要求，可操作性強(qiáng)，對(duì)于人才的培養(yǎng)具有較好的促進(jìn)作用。

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