《機電傳動控制》課程教學(xué)改革的探索

陳乃超　王昊　王道累

摘 要： 文章針對《機電傳動控制》課程內(nèi)容多、知識點難、學(xué)科交叉突出、課時少和創(chuàng)新性培養(yǎng)難等教學(xué)中遇到的實際難題，提出知識點互聯(lián)的課堂教學(xué)內(nèi)容建設(shè)方法，降低學(xué)生對其他專業(yè)知識學(xué)習(xí)的難度；按照以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體意識和學(xué)習(xí)興趣；以現(xiàn)有技術(shù)難題為引領(lǐng)，結(jié)合實驗室設(shè)備，提高學(xué)生的創(chuàng)新和動手能力，全面提升學(xué)生對《機電傳動控制》的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞： 學(xué)科交叉 知識互聯(lián) 《機電傳動控制》

1.引言

《機電傳動控制》課程是機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程等專業(yè)必修的主干課程，是機械工程和機電一體化人才的培養(yǎng)知識架構(gòu)中重要的組成部分。該課程知識結(jié)構(gòu)涵蓋較多，涉及機械系統(tǒng)、電動機原理、傳感器技術(shù)、低壓電器、繼電接觸控制系統(tǒng)、PLC控制、電工電子、電機拖動等。對于機械背景的學(xué)生，電學(xué)及相應(yīng)的控制理論知識的了解相對較少，理解機械與電學(xué)統(tǒng)一、機械與控制結(jié)合的知識點，難度較大。因此，《機電傳動控制》課程教學(xué)存在一定的難度，學(xué)科交叉明顯，需要較廣泛的背景知識[1]。但是，現(xiàn)有教學(xué)多以理論教學(xué)為主，在課堂上講授知識，學(xué)生實際動手較少，加之學(xué)科交叉，學(xué)生對于部分內(nèi)容較難及時理解，不能緊跟課堂教學(xué)內(nèi)容，課堂教學(xué)乏味，積極性和創(chuàng)造性不強，教學(xué)效果不好[2]。本文通過分析教學(xué)過程中存在的問題，然后針對這些問題，進(jìn)行教學(xué)改革的探索，提出相對應(yīng)的改革方案。

2.教學(xué)中存在的問題

（1）學(xué)科交叉突出，部分內(nèi)容學(xué)習(xí)難度較大。

以本校為例，《機電傳動控制》課程主要在大三下半學(xué)期開設(shè)，教科書選用華中科技大學(xué)出版社出版的馮清秀編寫的《機電傳動控制》第五版。本教材內(nèi)容豐富，涉及面較廣，包含機械系統(tǒng)分析、直流和交流電動機、繼電器—接觸器控制、PLC控制器、電力電子、調(diào)速系統(tǒng)控制等[3]。對于機械專業(yè)的學(xué)生而言，電學(xué)部分的學(xué)習(xí)難度較大，特別是電力電子的內(nèi)容，而且相應(yīng)的知識本身就是自動化專業(yè)學(xué)習(xí)的重點和難點。尤其針對機械設(shè)計制造專業(yè)的學(xué)生，他們沒有學(xué)過較多的電學(xué)課程知識，PLC控制器類的課程沒有安排，因此，短期時間學(xué)習(xí)掌握這些知識，難度較大。課堂教學(xué)內(nèi)容學(xué)生無法理解，導(dǎo)致對該課程失去興趣，感覺乏味，很難達(dá)到較好的教學(xué)效果。

（2）課時少，內(nèi)容多，課堂壓力較大。

隨著現(xiàn)代教育改革的發(fā)展，課堂教學(xué)課時的壓縮相對較大，這體現(xiàn)了時代發(fā)展的要求，因此，傳統(tǒng)課程教學(xué)要滿足新的形勢?！稒C電傳動控制》教學(xué)同樣也面臨這樣的問題。以本校為例該課程為2個學(xué)分，共32個課時，其中課內(nèi)實驗課時4個學(xué)時，實際課堂學(xué)時為28個課時。然而該課程涉及多方面的學(xué)科知識，每一個知識點對別的專業(yè)而言，可能是一門課程。因此，在這么短的課時內(nèi)，將不同專業(yè)的知識教授好是非常不容易的。

（3）課程理論抽象，實踐教學(xué)滯后。

本課程屬于專業(yè)課程，不僅包含認(rèn)知的知識，還包括一些理論分析，例如電動機的工作原理部分，通過公式的推導(dǎo)，得出機械和電學(xué)特性，從而實現(xiàn)不同類型的控制。這些是磁場與機械力學(xué)的交叉，通過理論公式能夠了解相應(yīng)的轉(zhuǎn)換過程。但是這些理論轉(zhuǎn)換過程不直觀，非常抽象，同時，相應(yīng)的實踐教學(xué)很難展示轉(zhuǎn)換過程。因此，如何在實踐教學(xué)較難滿足的條件下，向?qū)W生課堂傳授抽象的理論過程，是教學(xué)環(huán)節(jié)需要考慮的問題。

（4）創(chuàng)新思維和動手能力培養(yǎng)較弱。

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是當(dāng)前高校教育教學(xué)的重中之重，也是我國大眾創(chuàng)新萬眾創(chuàng)業(yè)事業(yè)發(fā)展的必然要求。因此，《機電傳動控制》課程需要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。由于本課程是傳統(tǒng)的經(jīng)典課程，主要講授機電傳動控制過程中的定義和基本原理，課程主要體現(xiàn)基礎(chǔ)性介紹，相關(guān)技術(shù)發(fā)展較成熟，因此，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)難度較大。同時，本課程是實踐性較強，需要學(xué)生動手解決實際過程中面臨的設(shè)計和運行問題。但是實踐環(huán)節(jié)相對較復(fù)雜，連線、設(shè)備選擇及對問題的設(shè)計需要一定的時間和設(shè)備，基于高效課時少、設(shè)備有限的情況，學(xué)生動手能力的培養(yǎng)難度較大。

3.教學(xué)改革的方法

針對上述《機電傳動控制》課程在教學(xué)過程中存在的問題，本文提出相應(yīng)的解決方法，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行改革的探索。

（1）構(gòu)建知識互聯(lián)的教學(xué)內(nèi)容。

由于本課程涉及不同學(xué)科的知識點，涉及機械學(xué)和電學(xué)兩大學(xué)科群。機械專業(yè)的學(xué)生缺乏電學(xué)的知識，就會導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難，這是客觀存在的實際問題。因此，消除知識之間的隔閡，構(gòu)建內(nèi)容互聯(lián)的結(jié)構(gòu)體系，避免造成孤立的知識體系，對理解和掌握新知識是一種有效的方法。首先分析機械學(xué)與電學(xué)的課程體系，發(fā)現(xiàn)兩個學(xué)科中的交集課程為電工學(xué)課程，工科學(xué)生都需要學(xué)習(xí)電工學(xué)。電工學(xué)是接觸器及電力電子的基礎(chǔ)?！稒C電傳動控制》的知識體系主要包括電動機原理和電動機控制，涵蓋機械學(xué)的理論力學(xué)、機械控制工程等，電學(xué)部分包含低壓電器—接觸器、PLC和電力電子的組合，其知識架構(gòu)如圖1所示。可以看出，采用以電工學(xué)為基礎(chǔ)，在課堂上逐步分析出低壓電器、電力電子的特點及基本結(jié)構(gòu)和回路的方法，讓學(xué)生感覺到，該部分的學(xué)習(xí)是電工學(xué)的延續(xù)，并不是新的知識點。通過電工學(xué)的原理分析電學(xué)知識和內(nèi)容，完善知識的互聯(lián)互通的結(jié)構(gòu)體系。

因此，本課程內(nèi)容以課本為基礎(chǔ)，以電工學(xué)為主線，集機械學(xué)與電學(xué)于一體，實現(xiàn)機電傳動控制知識體系的互聯(lián)，避免知識體系的孤立，實現(xiàn)學(xué)生知識掌握的延續(xù)，從而加強學(xué)生對學(xué)科交叉其他學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

（2）以學(xué)生為中心的教學(xué)方法。

教學(xué)的最終目的是學(xué)生，讓學(xué)生掌握知識和本領(lǐng)，以便將來更好地為社會服務(wù)。因此，《機電傳動控制》教學(xué)方法是要以學(xué)生為中心。學(xué)生為中心的核心是學(xué)生是課堂教學(xué)主體，教師是確保該過程順利實施的服務(wù)人員。針對本課程內(nèi)容較傳統(tǒng)、學(xué)科交叉、內(nèi)容較難等特點，采用課堂口授較難獲得很好的效果，學(xué)生容易產(chǎn)生疲勞和厭倦情緒，導(dǎo)致課程乏味。產(chǎn)生該問題的根源在于學(xué)生并沒參與教學(xué)，學(xué)生并沒有動腦筋，想問題。教師采用口授的方式剝奪學(xué)生的主體責(zé)任。因此，需要讓學(xué)生走出來，成為課堂的主人。但是由于課時少、內(nèi)容多，教師的講授還是非常必要的。因此，采用教師教學(xué)為主（目的是掌控課程進(jìn)度），學(xué)生討論式教學(xué)為輔的教學(xué)改革新方法。實施小組化學(xué)習(xí)與討論，在小組內(nèi)實現(xiàn)競爭，按小組化實時綜合大作業(yè)，要求一題多解，既要有自己方案，又要有小組整體方案，實現(xiàn)團隊與個體協(xié)調(diào)、競爭發(fā)展。上課采用提問的方式，區(qū)別化對待學(xué)生，個性化培養(yǎng)。對于理解能力慢的學(xué)生，采用簡單的問題提問，增強其自信心；對于理解能力強的學(xué)生，問題難度適當(dāng)加大，增強其解決問題和創(chuàng)新的能力，千方百計地引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生興趣，并喜愛本課程。

（3）博眾家之長，體現(xiàn)創(chuàng)新與動手能力。

為了實現(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)，首先需要培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的能力。采用科研促進(jìn)教學(xué)的方法，利用當(dāng)前先進(jìn)的科學(xué)研究技術(shù)，如高性能五軸聯(lián)動系統(tǒng)的開發(fā)，電力行業(yè)變頻節(jié)能電機控制系統(tǒng)等，在工程實際應(yīng)用中選取具有一定難度的科學(xué)研究項目，從中凝練出一系列技術(shù)問題，針對課時少，設(shè)備有限的不利條件，采用以學(xué)習(xí)小組為單位，每個小組針對不同技術(shù)問題，通過教材、課堂和網(wǎng)絡(luò)，以及有效的小組討論，共同學(xué)習(xí)的方式，給出解決策略。開放實驗室，讓學(xué)生自己動手，實時自己設(shè)計的解決方案，并總結(jié)經(jīng)驗，提交視頻和總結(jié)報告，根據(jù)不同小組的情況，鼓勵學(xué)生撰寫工作報告或科技論文。通過這樣一些實際應(yīng)用分析，提高學(xué)生對知識的理解能力。由于面臨的都是實際問題，在小組間的競爭環(huán)境下，學(xué)生的主動性得到了調(diào)動，為技術(shù)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

4.結(jié)語

本文主要針對《機電傳動控制》課程教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行分析，提出教學(xué)改革的具體思路和措施，通過實施課堂教學(xué)，效果良好，其改革效果如下：

（1）將課程體系的知識點互聯(lián)，大幅度減輕學(xué)生對其他學(xué)科知識學(xué)習(xí)的心理障礙，降低學(xué)科交叉導(dǎo)致的課程學(xué)習(xí)難度，使得學(xué)生在有限的時間內(nèi)較容易地理解課程的重點和難點。

（2）以學(xué)生為中心，讓學(xué)生參與課堂，成為課堂的主體，采用小組化學(xué)習(xí)討論，實行競爭，學(xué)生為了小組的榮譽，積極性得到調(diào)動，自信心得到增強，上課認(rèn)真聽講的學(xué)生大幅增加。

（3）直接面臨實際問題，設(shè)計解決方案，并實際進(jìn)行處理，學(xué)習(xí)小組之間進(jìn)行競爭，學(xué)生的主動性空前高漲，實際動手能力得到有效提高，撰寫科研和技術(shù)報告的能力得到增強，對《機電傳動控制》課程的理解更深入。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳濤，尹志宏.“機電傳動控制”課程的研究型教學(xué)模式[J].實驗室研究與探索，2013，32（1）：105-107，187.

[2]騰加莊，于東林，姜峰.機電傳動控制教學(xué)改革初探[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2014，31（2）：64-66.

[3]馮清秀，鄧星鐘.機電傳動控制[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.

基金項目：上海電力學(xué)院重點課程建設(shè)項目（20141113）。