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运动控制系统课程群建设研究

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《电气电子教学学报》2016年第3期

摘要:

本文介绍了建立运动控制系统课程群的背景和意义,从优化相关课程衔接,加强实践环节教学着手,在课程群授课内容、虚拟实验平台建设和实践环节建设几个方面进行了教学改革实践,对自动化专业建设起到了积极的推动作用,并取得了良好的效果。

关键词:

运动控制系统;课程群;教学改革

0引言

“运动控制系统”课程是电气工程及其自动化专业的一门重要的专业课程,它与“电机与拖动”、“自动控制理论”、“电力电子技术”、“单片机原理与接口技术”、“检测与转换技术”等先修课程关系紧密,是这些课程的综合应用与体现,因此该课程涉及知识面较广,学习难度较大[1]。近年来,我院通过对该课程和其相关课程进行优化整合,建立了实践性和实用性都较强的运动控制系统课程群,实现了群内各门课程之间的无缝衔接,从而使学生建立完整的系统概念。

1教学中存在的问题

首先,上述的先修课程与“运动控制系统”课程之间的联系不足,每门课程都按自己的结构按部就班地讲,很少涉及与其他相关课程的融会,这往往使得学生在学习中认识不到其中的联系,抓不住要点,在学习“运动控制系统”时便感到难学难懂。其次,学生要学好“运动控制系统”这门课程,需要多实践、多了解生产实际和新技术发展的趋势。本科生在校学习,主要通过书本学习理论知识,对生产实际了解甚少,实验课学时有限、实验设备不足等诸多因素也制约了实验教学的质量,如何加强课程的实践教学环节是一个亟待解决的课题。针对这些问题并结合我院多年的教学实践经验,我们对“运动控制系统”这门课程在以下几方面进行了改革。

2课程群建设

改革的要点是:将该课程和与其相关的课程优化整合成“运动控制系统”课程群。

1)课程群授课内容整合

课程群中每门课程都是相互关联的,都是实现控制系统不可或缺的一个部分。但在以往的授课中,这些课程分布在不同学期,每门课程每个知识点也都是相互独立的教学单元,没有各门课程授课教师之间的教学沟通,没有课程理论的串联,没有实际案例的整体分析,这也就没有学生的融会贯通,更谈不上“实践联系理论”的逆向求知思维[2]。当把原来相对独立的课程重组为课程群时,需要各授课教师花大力气衔接甚至深化所讲课程的各知识要点,其中一个重要的工作就是如何将原来课程中基于各自不同体系表述的相同概念进行统一讲解。例如,“电机与拖动”课程和“运动控制系统”课程中电机原理和建模的目的以及所用的建模方法是存在差异的;再如:“检测与转换技术”课程和“运动控制系统”课程中都涉及到数字测速方法。在课程群的教学中就需要授课教师间进行充分沟通,不仅需要讲解清楚两种表述方法及其特点与作用,而且还要在此基础上适当探讨两者的内在联系以便深化这些内容,并利用课程群虚拟实验平台,将相关内容以Matlab或单片机编程的方式进行验证和实现。在授课教师讲授理论知识的同时,还要注意融入实例教学与案例教学[3]。例如分析日常生活中可接触到的电子电气产品的工作原理,将课本知识与应用实际联系起来,也可从教师的科研课题中挑选出相关内容作为课后大作业或者课程设计题目,加深学生对知识的理解,提高学生学习兴趣,使学生进一步了解课程的实际意义。

2)课程群虚拟实验平台建设

针对“单片机原理与接口技术”课程以及后续课程的实验和实践教学,以“keilC”和“Proteus”构建基于单片机编程的课程群虚拟实验平台,该平台包含了“单片机原理与接口技术”、“电力电子技术基础”、“检测与转换技术”、“继电保护与自动装置”以及“运动控制系统”等课程的部分实践内容。学生在PC机上就可以验证课程所学的例程,并可修改程序参数或自行编制程序,完成相关实验和设计要求。结合“电子EDA技术”实训课程所学的Pro-tel99se制作原理图和PCB电路板,并自行完成焊接及调试工作。同时开发了基于Matlab的课程群虚拟实验平台[4]。包含了“电机与拖动”、“电力电子技术”、“自动控制理论”以及“运动控制系统”等课程的部分实践内容。通过该平台学生可以方便地设置相关实验参数,查看实验结果,该平台可以辅助授课教师教学,以及学生课下的作业验证、实验验证,学生也可利用该平台进行课程设计的实验仿真,增强了学生对知识点的理解,同时提高了实践环节的设计效率。单片机虚拟平台与Matlab虚拟平台的建设相互补充,通过“仿真+实训”的训练方法,提高了学生的学习兴趣和学习效果,受到了学生一致好评,也为后续专业实践环节中电路板设计、控制程序编制、设计系统调试以及各类学科竞赛和创新设计大赛奠定了良好的基础。选拔学有余力的学生进入科技创新班学习,由实验室提供便利条件,开展一系列科技创新活动及实践。

3)课程群实践环节建设

在整个课程群实践环节建设中,根据各课程现有实验条件,并充分考虑了各门课程之间的联系,构建“贯通式”课程设计平台,也就是针对不同的被控对象,例如:智能机器人小车、微机继电保护装置、四轴飞行器、光伏发电装置等,分别设置了相应的涵盖面较广的系统综合训练题目,每个学生可自行选择其中的某一个训练题目进行实践。实践时间分散在第4~6学期,要求学生在每完成一门相关课程学习之后,根据系统综合训练题目完成实践内容的一部分,直至整个专业课程学习结束,独立制作出实践成品。学生组成3~5人的团队,在整个学习过程中自主完成实际电路设计、Protel绘制、PCB制作、电路焊装以及软件调试等工作,这些工作又为学生参加电子设计大赛、机器人大赛、挑战杯、飞思卡尔智能车竞赛等各类竞赛提供了有力的支持,学生也可以此为基础进一步进行毕业设计。表1以“单片机控制的转速闭环调速系统”为例说明“运动控制系统”课程群实践环节改革方案。系统综合训练有机地将运动控制系统课程群的核心内容融会贯通在一起,理论密切联系实际,增强了课程群实践环节的系统性、综合性和创新性,调动了学生的学习积极性,提高了学生的团队意识、动手能力以及创新意识。

3结语

本文对运动控制系统课程群建设与改革进行了初步的探讨,针对课程群授课内容、虚拟实验平台建设和实践环节建设三个方面进行改革实践,通过几届学生的实际教学效果来看,该举措使专业课程的整体规划更为合理,提升了学生的学科综合素质,升华了学生的专业认知,学生的就业率、考研率以及竞赛成绩都有明显提高。

参考文献:

[1]阮毅,陈伯时.电力拖动自动控制系统.运动控制系统(第4版)[M].北京:机械工业出版社,2009

[2]肖中俊,刘星萍,侯宝霞.运动控制系统出口课的创新课程群建设[J].济南:信息技术与信息化,2014(5)

[3]鲍建宇,刘毅华,崔家林.运动控制课程群的实践教学改革研究[J].合肥:合肥工业大学学报(社会科学版),2010(1)

[4]谢丽蓉,玛依拉•赛依拉,史成城,“运动控制系统”课程群虚拟实验平台构建[J].北京:课程教育研究(新教师教学),2012(12)

作者:袁澜 邱联奎 曹哲 梁云朋 史敬灼 单位:河南科技大学电气工程学院

电气电子教学学报责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次
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