數(shù)字化技術(shù)背景下機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)研究

鄭大騰 肖忠躍 陳海萍 周太平 尹三鳳

摘 要：數(shù)字化技術(shù)在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，機(jī)電傳動(dòng)控制是一門具有重要工程應(yīng)用價(jià)值的課程。分析了機(jī)電傳動(dòng)控制課程在教學(xué)方面存在的問(wèn)題，重點(diǎn)探討了課程的內(nèi)容繁多、課程理論較抽象、實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備缺乏、現(xiàn)代和傳統(tǒng)兩種教學(xué)模式互補(bǔ)等方面內(nèi)容。根據(jù)教學(xué)中的實(shí)際情況總結(jié)了優(yōu)化課程內(nèi)容、增設(shè)課程設(shè)計(jì)以及開展競(jìng)賽活動(dòng)等方面的具體改革措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù);機(jī)電傳動(dòng)控制;課程教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642??????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.051

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)正處于加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1-3]，根據(jù)專家預(yù)測(cè)，到2020年世界經(jīng)濟(jì)的25%將來(lái)源于數(shù)字化經(jīng)濟(jì)[4]，因此，迫切需要培養(yǎng)大批新興卓越數(shù)字化工程科技人才。

機(jī)電傳動(dòng)控制是一項(xiàng)集低壓控制技術(shù)、繼電器控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、PLC技術(shù)等為一體的控制技術(shù)，涉及機(jī)械、力學(xué)、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多門學(xué)科[5、6]。機(jī)電傳動(dòng)控制課程被全國(guó)高等院校機(jī)械工程類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)指定為“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課，列為核心知識(shí)領(lǐng)域課程，也是我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門必修專業(yè)方向課程。該課程是機(jī)電一體化高素質(zhì)復(fù)合創(chuàng)新型人才所需全部知識(shí)結(jié)構(gòu)與機(jī)電結(jié)合的紐帶，占據(jù)著重要的學(xué)術(shù)地位。本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生了解機(jī)電傳動(dòng)控制的一般知識(shí)，掌握各種類型電動(dòng)機(jī)、電器等電氣元件的工作原理、特性，以及應(yīng)用和選用的方法，掌握可編程控制器原理與應(yīng)用，掌握各種類型的調(diào)速控制系統(tǒng)。通過(guò)本課程的教學(xué)，使學(xué)生具有分析、設(shè)計(jì)和使用機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)和裝置、器件的基本技能，具有機(jī)電新產(chǎn)品科技開發(fā)的邏輯思維能力[7、8]。

在數(shù)字化技術(shù)背景下，如何創(chuàng)新機(jī)電傳動(dòng)控制課程的教學(xué)改革，使學(xué)生理解邏輯數(shù)字理論知識(shí)和邏輯數(shù)字應(yīng)用技能，達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力要求。

1 課程教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1 教材內(nèi)容亟待改進(jìn)

井岡山大學(xué)的機(jī)電傳動(dòng)控制課程教材主要選擇鄧星鐘主編的華中科技大學(xué)出版社出版的《機(jī)電傳動(dòng)控制》（第五版）和廖映華主編的重慶大學(xué)出版社出版的《機(jī)械電氣自動(dòng)控制》，這些教材內(nèi)容與其他課程有部分重疊，如電力電子學(xué)基礎(chǔ)章節(jié)內(nèi)容與課程電工電子技術(shù)相關(guān)內(nèi)容相似;可編程控制器原理與應(yīng)用章節(jié)內(nèi)容是課程GE自動(dòng)化試驗(yàn)、PLC技術(shù)等課程的縮影。這就要求教師對(duì)整個(gè)課程體系要有良好的掌握，在講述時(shí)對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行側(cè)重，突出這些內(nèi)容在機(jī)電傳動(dòng)控制方面的應(yīng)用特點(diǎn)。另外，機(jī)電傳動(dòng)控制涉及的內(nèi)容繁多，知識(shí)點(diǎn)零碎，有些教材章節(jié)與章節(jié)之間缺乏邏輯性、系統(tǒng)性，不易于學(xué)生自學(xué)和掌握重點(diǎn)難點(diǎn)。

1.2 課程理論比較抽象

機(jī)電傳動(dòng)控制課程的重點(diǎn)內(nèi)容為設(shè)計(jì)接觸器-繼電器控制系統(tǒng)或者可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動(dòng)等功能的控制，其中涉及的理論知識(shí)較抽象，特別是對(duì)于機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生而言，如果電工電子技術(shù)課程沒有學(xué)好，很難理解接觸器-繼電器控制系統(tǒng)，也很難理解可編程控制器（PLC）工作原理和輸入輸出電路。機(jī)電傳動(dòng)與控制工程課程要求學(xué)生要有較強(qiáng)的邏輯分析能力，能夠模擬設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行各種工況，如果沒有實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，這部分知識(shí)學(xué)習(xí)起來(lái)就比較困難。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件是機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)質(zhì)量的重要保障。機(jī)電傳動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格昂貴，如一臺(tái)現(xiàn)代化的五軸數(shù)控機(jī)床價(jià)格需要幾百萬(wàn)元，即使是一臺(tái)機(jī)電傳動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)也在幾萬(wàn)元以上，往往造成實(shí)驗(yàn)室中設(shè)備臺(tái)（套）數(shù)較少，很難滿足教學(xué)要求。較早建設(shè)的機(jī)電傳動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備較陳舊，功能單一，沒有更新?lián)Q代;有些學(xué)校由于資金不到位或?qū)I(yè)成立的較晚，機(jī)電傳動(dòng)與控制工程課程只以PLC實(shí)驗(yàn)箱代替全部實(shí)驗(yàn)。

1.4 教學(xué)模式有待研究

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的教師采用PPT課件上課，相對(duì)傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式，一節(jié)課講授的內(nèi)容較多，學(xué)生在課堂上還沒有來(lái)得及理解，就進(jìn)入到新知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。如果學(xué)生課前沒有預(yù)習(xí)，太多的新知識(shí)會(huì)使學(xué)生疲倦;課后沒有復(fù)習(xí)，太多問(wèn)題的累積會(huì)使學(xué)生失去興趣。根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，如何控制一節(jié)課的新知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容以及現(xiàn)代和傳統(tǒng)兩種教學(xué)模式的結(jié)合，有待進(jìn)一步研究。

2 課程教學(xué)改革設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化課程內(nèi)容，突出課程重點(diǎn)難點(diǎn)

機(jī)電傳動(dòng)控制課程主要涉及機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)、系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件、電動(dòng)機(jī)、繼電器—接觸器控制系統(tǒng)、可編程控制器、電力電子技術(shù)、直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。該課程內(nèi)容多，需對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化并突出重點(diǎn)難點(diǎn)。在講授電動(dòng)機(jī)（直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)）機(jī)械特性方程時(shí)，其推導(dǎo)過(guò)程可以簡(jiǎn)單講解，重點(diǎn)討論機(jī)械特性方程中涉及的啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速等功能的應(yīng)用;在講授繼電器—接觸器控制系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，盡可能多的介紹各種基本電路以及電路優(yōu)化案例，讓學(xué)生掌握各種功能應(yīng)用的電路設(shè)計(jì);可編程控制器是電動(dòng)機(jī)的另一種控制系統(tǒng)，對(duì)于沒有編程思維的學(xué)生而言，可以多分析一些典型案例程序;而對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，面對(duì)復(fù)雜的電路原理，學(xué)生往往很難理解，可以將應(yīng)用作為突破口，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？傊?，在講授時(shí)應(yīng)根據(jù)課程體系實(shí)際情況，優(yōu)化課程內(nèi)容，突出課程重點(diǎn)難點(diǎn)。

2.2 增設(shè)機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)

機(jī)電傳動(dòng)控制是一門理論抽象的課程，僅僅通過(guò)上課很難讓學(xué)生理解知識(shí)內(nèi)容，為此，我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)增設(shè)了一門機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)。通過(guò)為期一周的課程設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)電傳動(dòng)控制的專業(yè)理論知識(shí)，分析機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及工作原理，提高設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)的能力。