蘇建強(qiáng)
(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特010080)
新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命正蓬勃興起,工程技術(shù)人才作為科技和產(chǎn)業(yè)革命的主力軍,其培養(yǎng)質(zhì)量關(guān)系中國在未來產(chǎn)業(yè)中的地位,為推進(jìn)工程人才培養(yǎng)與國際接軌,中國在2016年正式加入工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》,國內(nèi)各高校遵循“以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的基本理念,持續(xù)推進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證[1-2]。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)以培養(yǎng)在電力、能源工業(yè)等領(lǐng)域從事控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)行及管理等方面工作的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才為目標(biāo),通過設(shè)置科學(xué)合理課程模塊,搭建校企合作實(shí)訓(xùn)基地等一系措施,突出培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力,增強(qiáng)了專業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作為自動(dòng)化專業(yè)的一門核心課程,課程涉及電力電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)、自動(dòng)控制原理等基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí),作為核心專業(yè)課其課程目標(biāo)定位不僅僅是專業(yè)知識(shí)的積累,更重要的是系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng),從而支撐自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)目標(biāo)[3-4]。
運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作為自動(dòng)化專業(yè)的核心課程,在實(shí)踐中課程建設(shè)面臨著一些新的問題,與工程教育認(rèn)證的三大理念不相適應(yīng),難以滿足自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)需求。
(1)課程內(nèi)容陳舊,難以滿足工業(yè)發(fā)展需求。原來的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容以直流電機(jī)調(diào)速為主,而隨著控制理論、電力電子以及微電子技術(shù)的發(fā)展,在工業(yè)領(lǐng)域交流調(diào)速系統(tǒng)逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)已是不爭(zhēng)的事實(shí),交流調(diào)速系統(tǒng)正朝著大容量、高性能、網(wǎng)絡(luò)化的方向快速發(fā)展。高校作為科技排頭兵,如果不能及時(shí)更新授課內(nèi)容,難以有效支撐人才培養(yǎng)要求,難以滿足產(chǎn)業(yè)化要求。
(2)以教授知識(shí)為主,難以滿足工程認(rèn)證對(duì)能力培養(yǎng)要求。工程認(rèn)證更加突出對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng),強(qiáng)調(diào)產(chǎn)出導(dǎo)向,在前期課程實(shí)踐中,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)授課主要突出綜合應(yīng)用所學(xué)的電機(jī)、電力電子等相關(guān)知識(shí),注重教授書本知識(shí),缺少工程認(rèn)證中要求學(xué)生具備對(duì)復(fù)雜工程問題的分析、設(shè)計(jì)以及研究能力的培養(yǎng)。
(3)學(xué)生參與度不高,難以有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。工程教育專業(yè)認(rèn)證要求教學(xué)是以學(xué)生為“中心”,以“培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),解決復(fù)雜工程問題和團(tuán)隊(duì)合作能力”為目標(biāo)。原先教學(xué)模式,由于課程涉及知識(shí)多、專業(yè)性強(qiáng),導(dǎo)致學(xué)生不愿意深入課程學(xué)習(xí),更多的以刷題為題,滿足于會(huì)做題,不去深究,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高,更難以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。
(4)實(shí)驗(yàn)單一,難以滿足學(xué)生工程實(shí)踐能力提升要求。原先的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),依托浙江求是實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在兩周內(nèi)完成直流調(diào)速四個(gè)實(shí)驗(yàn),學(xué)生按部就班按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置功能單一且都封閉在箱柜里,學(xué)生難以將理論和實(shí)驗(yàn)有機(jī)統(tǒng)一,對(duì)硬件知識(shí)一知半解,對(duì)實(shí)驗(yàn)中存在的現(xiàn)象知其然不知其所以然,工程實(shí)踐能力難以得到有效鍛煉。
結(jié)合產(chǎn)業(yè)背景根據(jù)工程認(rèn)證三大理念要求以及自動(dòng)化培養(yǎng)目標(biāo)定位,制定了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)新的課程標(biāo)準(zhǔn)。在制定課程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)三個(gè)方面進(jìn)行改革與探索。
結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展、社會(huì)需求和自動(dòng)化專業(yè)的師資隊(duì)伍、學(xué)生學(xué)習(xí)情況以及學(xué)校硬件建設(shè)情況,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全面改革。
(1)在保留直流調(diào)速基本內(nèi)容體系的基礎(chǔ)上,刪減直流調(diào)速部分內(nèi)容。增加交流調(diào)速內(nèi)容,主要包含基于穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻調(diào)速和基于動(dòng)態(tài)模型的矢量控制調(diào)速。直流和交流部分各占到學(xué)時(shí)的50%,一方面,直流調(diào)速的學(xué)習(xí)為交流調(diào)速的奠定基礎(chǔ),另一方面,交流調(diào)速適應(yīng)新的產(chǎn)業(yè)需要,同時(shí)滿足了工程認(rèn)證中對(duì)復(fù)雜工程問題的要求。
(2)根據(jù)工程認(rèn)證中畢業(yè)目標(biāo)要求,調(diào)整電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)模塊課程中相關(guān)內(nèi)容。結(jié)合專業(yè)中課程模塊設(shè)置,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作為該模塊中最后一門專業(yè)課,對(duì)其他支撐課程進(jìn)行適度調(diào)整。
(3)結(jié)合產(chǎn)業(yè)背景,增加項(xiàng)目案例教學(xué)內(nèi)容。運(yùn)動(dòng)控制是一門理論性高、實(shí)踐性強(qiáng)的課程,為進(jìn)一步加強(qiáng)課程理論與工程實(shí)驗(yàn)聯(lián)系,并以此激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣,課堂上主要增加了風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)、電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械臂控制系統(tǒng)等教學(xué)案例。
運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)按傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師為中心講授,課程理論抽象,學(xué)生理解難,參與度不高。工程教育專業(yè)認(rèn)證中更加強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心,基于此在原有教學(xué)方法的基礎(chǔ)上引入新的教學(xué)方法。
(1)加入學(xué)生主講的研討式教學(xué)方法。根據(jù)案例教學(xué)內(nèi)容提供的項(xiàng)目,學(xué)生3人一組,選定項(xiàng)目,進(jìn)行查閱資料、方案設(shè)計(jì)、撰寫報(bào)告,并在課堂上講解。教師僅起引導(dǎo)作用,教學(xué)的主體是學(xué)生,從而培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)精神與合作能力。
(2)將雨課堂引入課程中。為進(jìn)一步增加學(xué)生參與度,在課前將PPT發(fā)送給學(xué)生;在課堂上通過雨課堂的在線測(cè)試功能,并針對(duì)學(xué)生的共性問題進(jìn)行重點(diǎn)解答;課程后與學(xué)生在線交流。雨課堂中的動(dòng)畫演示、視頻以及其他網(wǎng)絡(luò)資源等現(xiàn)代教學(xué)輔助方法,有效提高了學(xué)生的興趣。
(3)增加了課下項(xiàng)目作業(yè)。在課下增加了項(xiàng)目作業(yè),通過在Matlab中建模,并進(jìn)行仿真分析,參數(shù)設(shè)計(jì)。一方面,提升了學(xué)生的主動(dòng)自學(xué)以及查閱資料的能力,讓學(xué)生了解有關(guān)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的前沿知識(shí),拓展了學(xué)生的視野;另一方面,通過仿真將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來,克服了先前理論和實(shí)驗(yàn)“兩層皮”的問題,同時(shí)也為實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定基礎(chǔ)。
針對(duì)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求,實(shí)驗(yàn)課將理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合、將實(shí)驗(yàn)與能力培養(yǎng)緊密結(jié)合,改變傳統(tǒng)接線、測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,采用了電機(jī)參數(shù)測(cè)試—建模仿真—整體設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)調(diào)試的教學(xué)模式。首先依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)被控對(duì)象—電機(jī)進(jìn)行參數(shù)測(cè)量;而后結(jié)合前期的項(xiàng)目作業(yè),根據(jù)搭建的仿真模型,依托基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中測(cè)的電機(jī)相關(guān)參數(shù),進(jìn)行模型修正,并進(jìn)行仿真分析;再根據(jù)實(shí)驗(yàn)中具體指標(biāo)要求進(jìn)行電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)PI控制器參數(shù)設(shè)計(jì);最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn),對(duì)比分析仿真結(jié)果、計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否一致,如達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求繼續(xù)進(jìn)行新一輪仿真、設(shè)計(jì),直至達(dá)到預(yù)期效果。通過參數(shù)測(cè)試、理論設(shè)計(jì)、仿真分析、綜合實(shí)驗(yàn)的四層實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,有效提高了學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。
經(jīng)過兩個(gè)年級(jí)的教學(xué)改革與探索,本課程的改革方式無論在教學(xué)效果和學(xué)生的滿意程度上都有較好表現(xiàn),預(yù)定課程目標(biāo)全部達(dá)成,尤其是學(xué)生的分析問題、設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能力明顯增強(qiáng)。最近一次運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程目標(biāo)達(dá)成度調(diào)查中,優(yōu)秀率11%,良好率24.3%,優(yōu)良率提升了23.1%。
結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證,對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了深入的思考并做了一些有益的教學(xué)改革實(shí)踐與探索。以工程認(rèn)證三大理念為導(dǎo)向,重點(diǎn)在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)三個(gè)方面進(jìn)行改革與探索,全方位鍛煉了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。