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運動控制系統課程群建設研究范文

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運動控制系統課程群建設研究

《電氣電子教學學報》2016年第3期

摘要:

本文介紹了建立運動控制系統課程群的背景和意義,從優化相關課程銜接,加強實踐環節教學著手,在課程群授課內容、虛擬實驗平臺建設和實踐環節建設幾個方面進行了教學改革實踐,對自動化專業建設起到了積極的推動作用,并取得了良好的效果。

關鍵詞:

運動控制系統;課程群;教學改革

0引言

“運動控制系統”課程是電氣工程及其自動化專業的一門重要的專業課程,它與“電機與拖動”、“自動控制理論”、“電力電子技術”、“單片機原理與接口技術”、“檢測與轉換技術”等先修課程關系緊密,是這些課程的綜合應用與體現,因此該課程涉及知識面較廣,學習難度較大[1]。近年來,我院通過對該課程和其相關課程進行優化整合,建立了實踐性和實用性都較強的運動控制系統課程群,實現了群內各門課程之間的無縫銜接,從而使學生建立完整的系統概念。

1教學中存在的問題

首先,上述的先修課程與“運動控制系統”課程之間的聯系不足,每門課程都按自己的結構按部就班地講,很少涉及與其他相關課程的融會,這往往使得學生在學習中認識不到其中的聯系,抓不住要點,在學習“運動控制系統”時便感到難學難懂。其次,學生要學好“運動控制系統”這門課程,需要多實踐、多了解生產實際和新技術發展的趨勢。本科生在校學習,主要通過書本學習理論知識,對生產實際了解甚少,實驗課學時有限、實驗設備不足等諸多因素也制約了實驗教學的質量,如何加強課程的實踐教學環節是一個亟待解決的課題。針對這些問題并結合我院多年的教學實踐經驗,我們對“運動控制系統”這門課程在以下幾方面進行了改革。

2課程群建設

改革的要點是:將該課程和與其相關的課程優化整合成“運動控制系統”課程群。

1)課程群授課內容整合

課程群中每門課程都是相互關聯的,都是實現控制系統不可或缺的一個部分。但在以往的授課中,這些課程分布在不同學期,每門課程每個知識點也都是相互獨立的教學單元,沒有各門課程授課教師之間的教學溝通,沒有課程理論的串聯,沒有實際案例的整體分析,這也就沒有學生的融會貫通,更談不上“實踐聯系理論”的逆向求知思維[2]。當把原來相對獨立的課程重組為課程群時,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要點,其中一個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行統一講解。例如,“電機與拖動”課程和“運動控制系統”課程中電機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:“檢測與轉換技術”課程和“運動控制系統”課程中都涉及到數字測速方法。在課程群的教學中就需要授課教師間進行充分溝通,不僅需要講解清楚兩種表述方法及其特點與作用,而且還要在此基礎上適當探討兩者的內在聯系以便深化這些內容,并利用課程群虛擬實驗平臺,將相關內容以Matlab或單片機編程的方式進行驗證和實現。在授課教師講授理論知識的同時,還要注意融入實例教學與案例教學[3]。例如分析日常生活中可接觸到的電子電氣產品的工作原理,將課本知識與應用實際聯系起來,也可從教師的科研課題中挑選出相關內容作為課后大作業或者課程設計題目,加深學生對知識的理解,提高學生學習興趣,使學生進一步了解課程的實際意義。

2)課程群虛擬實驗平臺建設

針對“單片機原理與接口技術”課程以及后續課程的實驗和實踐教學,以“keilC”和“Proteus”構建基于單片機編程的課程群虛擬實驗平臺,該平臺包含了“單片機原理與接口技術”、“電力電子技術基礎”、“檢測與轉換技術”、“繼電保護與自動裝置”以及“運動控制系統”等課程的部分實踐內容。學生在PC機上就可以驗證課程所學的例程,并可修改程序參數或自行編制程序,完成相關實驗和設計要求。結合“電子EDA技術”實訓課程所學的Pro-tel99se制作原理圖和PCB電路板,并自行完成焊接及調試工作。同時開發了基于Matlab的課程群虛擬實驗平臺[4]。包含了“電機與拖動”、“電力電子技術”、“自動控制理論”以及“運動控制系統”等課程的部分實踐內容。通過該平臺學生可以方便地設置相關實驗參數,查看實驗結果,該平臺可以輔助授課教師教學,以及學生課下的作業驗證、實驗驗證,學生也可利用該平臺進行課程設計的實驗仿真,增強了學生對知識點的理解,同時提高了實踐環節的設計效率。單片機虛擬平臺與Matlab虛擬平臺的建設相互補充,通過“仿真+實訓”的訓練方法,提高了學生的學習興趣和學習效果,受到了學生一致好評,也為后續專業實踐環節中電路板設計、控制程序編制、設計系統調試以及各類學科競賽和創新設計大賽奠定了良好的基礎。選拔學有余力的學生進入科技創新班學習,由實驗室提供便利條件,開展一系列科技創新活動及實踐。

3)課程群實踐環節建設

在整個課程群實踐環節建設中,根據各課程現有實驗條件,并充分考慮了各門課程之間的聯系,構建“貫通式”課程設計平臺,也就是針對不同的被控對象,例如:智能機器人小車、微機繼電保護裝置、四軸飛行器、光伏發電裝置等,分別設置了相應的涵蓋面較廣的系統綜合訓練題目,每個學生可自行選擇其中的某一個訓練題目進行實踐。實踐時間分散在第4~6學期,要求學生在每完成一門相關課程學習之后,根據系統綜合訓練題目完成實踐內容的一部分,直至整個專業課程學習結束,獨立制作出實踐成品。學生組成3~5人的團隊,在整個學習過程中自主完成實際電路設計、Protel繪制、PCB制作、電路焊裝以及軟件調試等工作,這些工作又為學生參加電子設計大賽、機器人大賽、挑戰杯、飛思卡爾智能車競賽等各類競賽提供了有力的支持,學生也可以此為基礎進一步進行畢業設計。表1以“單片機控制的轉速閉環調速系統”為例說明“運動控制系統”課程群實踐環節改革方案。系統綜合訓練有機地將運動控制系統課程群的核心內容融會貫通在一起,理論密切聯系實際,增強了課程群實踐環節的系統性、綜合性和創新性,調動了學生的學習積極性,提高了學生的團隊意識、動手能力以及創新意識。

3結語

本文對運動控制系統課程群建設與改革進行了初步的探討,針對課程群授課內容、虛擬實驗平臺建設和實踐環節建設三個方面進行改革實踐,通過幾屆學生的實際教學效果來看,該舉措使專業課程的整體規劃更為合理,提升了學生的學科綜合素質,升華了學生的專業認知,學生的就業率、考研率以及競賽成績都有明顯提高。

參考文獻:

[1]阮毅,陳伯時.電力拖動自動控制系統.運動控制系統(第4版)[M].北京:機械工業出版社,2009

[2]肖中俊,劉星萍,侯寶霞.運動控制系統出口課的創新課程群建設[J].濟南:信息技術與信息化,2014(5)

[3]鮑建宇,劉毅華,崔家林.運動控制課程群的實踐教學改革研究[J].合肥:合肥工業大學學報(社會科學版),2010(1)

[4]謝麗蓉,瑪依拉•賽依拉,史成城,“運動控制系統”課程群虛擬實驗平臺構建[J].北京:課程教育研究(新教師教學),2012(12)

作者:袁瀾 邱聯奎 曹哲 梁云朋 史敬灼 單位:河南科技大學電氣工程學院

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