黃崇莉

陜西理工學(xué)院 陜西漢中 723003

機(jī)自類專業(yè)控制系列課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

黃崇莉

陜西理工學(xué)院 陜西漢中 723003

針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)各控制課程實(shí)驗(yàn)所面臨的問題，結(jié)合課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的要求對(duì)控制系列課程實(shí)驗(yàn)體系重新設(shè)計(jì)，并提出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方式和考核評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面的具體實(shí)施辦法，取得了較好的效果。

實(shí)驗(yàn)課程；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；教學(xué)改革

社會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（簡稱機(jī)自）專業(yè)人才的需求，不僅要求知識(shí)面廣，既懂機(jī)會(huì)電，而且要求有很強(qiáng)的解決實(shí)際問題的能力。所以在教學(xué)中不僅要注意知識(shí)的積累，而且要加強(qiáng)對(duì)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。目前大學(xué)生普遍存在實(shí)踐能力不強(qiáng)，創(chuàng)新精神薄弱的問題，如何提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，是高等學(xué)校的首要任務(wù)。普通高校要提高教學(xué)質(zhì)量，必須依靠實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

從機(jī)自專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況來看，機(jī)械類課程無論在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)上都比較完善，而電類、控制類和機(jī)電結(jié)合的實(shí)驗(yàn)相對(duì)比較薄弱。各控制類實(shí)驗(yàn)按課程設(shè)置，無論哪一門課程，只要有實(shí)驗(yàn)要求，都是按課程內(nèi)容、章節(jié)將實(shí)驗(yàn)分成幾個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并且編有實(shí)驗(yàn)大綱和指導(dǎo)書，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中詳細(xì)介紹整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生只要按照指導(dǎo)書的內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)手操作，就能完成實(shí)驗(yàn)。很難真正達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡囊?。另外，根?jù)課程教學(xué)內(nèi)容制定實(shí)驗(yàn)，使各課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)、分散，沒有一條主線，學(xué)生對(duì)控制類課程在機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用不清晰，沒有系統(tǒng)性。由于實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)時(shí)間分散，整個(gè)實(shí)驗(yàn)橫跨2～3個(gè)學(xué)期，實(shí)驗(yàn)時(shí)間一刀切(2～4個(gè)學(xué)時(shí))，各課程的進(jìn)度不同，應(yīng)該先做的實(shí)驗(yàn)有時(shí)沒有做，學(xué)生的相關(guān)知識(shí)沒有跟上，部分學(xué)生在作另一門課程實(shí)驗(yàn)時(shí)感覺不能理解，最終選擇放棄。使學(xué)生在作實(shí)驗(yàn)時(shí)形成一看二抄報(bào)告的現(xiàn)象，學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性得不到發(fā)揮。

針對(duì)上述問題，我們將傳統(tǒng)的獨(dú)立分散的幾門課程實(shí)驗(yàn)按照課程性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和目的整合成控制類實(shí)驗(yàn)課。在此就控制類實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方式和考核評(píng)價(jià)進(jìn)行論述。

一、控制類實(shí)驗(yàn)課程基本內(nèi)容

控制類實(shí)驗(yàn)課程包含的理論課程有：機(jī)電控制理論基礎(chǔ)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、電氣控制及PLC、計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)、傳感器與檢測技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等有關(guān)機(jī)電設(shè)備控制課程，它包含了目前在工業(yè)中應(yīng)用的3大類計(jì)算機(jī)控制設(shè)備：PLC（可編程控制器），單片機(jī)和PC機(jī)（或工控機(jī)）。對(duì)非電類學(xué)生，由于電路基礎(chǔ)較差，相關(guān)的課程學(xué)時(shí)少（上述的課程大部分只有30學(xué)時(shí)左右），我們要求學(xué)生對(duì)控制類課程以應(yīng)用為主，對(duì)理論原理要求不高。按照這個(gè)要求，設(shè)計(jì)了控制類實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容。由3大部分構(gòu)成本課程的基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

1.控制類理論實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

控制類理論實(shí)驗(yàn)內(nèi)容依托2門理論課程：機(jī)電控制理論基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)。在理論教學(xué)中，機(jī)電控制理論基礎(chǔ)以傳統(tǒng)的古典控制理論為主，而在計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)教學(xué)中，以離散系統(tǒng)和現(xiàn)代控制理論為主。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)包含古典控制理論到現(xiàn)代控制理論的實(shí)驗(yàn)，我們將兩者合一，利用檢測與控制實(shí)驗(yàn)室的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)控制理論中基本理論進(jìn)行仿真研究，如二階系統(tǒng)的時(shí)域和頻域性能分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、PID校正等進(jìn)行研究分析；利用球桿控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，使計(jì)算機(jī)離散控制理論和現(xiàn)代控制理論得到驗(yàn)證，如球桿系統(tǒng)建模、性能分析、控制器設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)穩(wěn)定性、可觀性、可控性進(jìn)行研究，利用狀態(tài)反饋理論進(jìn)行極點(diǎn)配置，設(shè)計(jì)控制器，并將設(shè)計(jì)模擬控制器與狀態(tài)反饋理論設(shè)計(jì)控制器的控制器進(jìn)行比較，使學(xué)生能綜合應(yīng)用基本理論知識(shí)，逐步理解其工作原理以及數(shù)學(xué)描述，完成從模擬系統(tǒng)建模到離散系統(tǒng)建模的過程，并根據(jù)設(shè)計(jì)的控制器，綜合調(diào)試出性能指標(biāo)合格的控制系統(tǒng)。通過對(duì)球桿中球的實(shí)際位置觀測和數(shù)字圖像的顯示，可以使學(xué)生從控制系統(tǒng)構(gòu)建、設(shè)計(jì)以及調(diào)試、運(yùn)行監(jiān)控等全方位的進(jìn)行工程實(shí)際訓(xùn)練，有利于學(xué)生系統(tǒng)思維的鍛煉。

2.運(yùn)動(dòng)控制類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

運(yùn)動(dòng)控制類實(shí)驗(yàn)是一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，它是以直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式和控制方式為主，以位置控制為對(duì)象，側(cè)重學(xué)習(xí)和研究兩級(jí)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是由PC機(jī)和單片機(jī)構(gòu)成的兩級(jí)控制系統(tǒng)，如圖1所示：

圖1 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖

上述系統(tǒng)依托3門理論課程：數(shù)控機(jī)床、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和傳感器與檢測技術(shù)?？梢蚤_設(shè)直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)，位置控制實(shí)驗(yàn)，既可以進(jìn)行開環(huán)控制，也可以進(jìn)行閉環(huán)控制，可以用單片機(jī)進(jìn)行控制，也可以用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)位置系統(tǒng)控制。這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)讓學(xué)生了解傳感器、控制器以及執(zhí)行器在控制系統(tǒng)的作用，掌握了位置控制系統(tǒng)誤差形成和提高位置控制系統(tǒng)精度的措施。

3.PLC類控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

機(jī)自專業(yè)研究的對(duì)象是制造業(yè)裝備，PLC在制造業(yè)的主要應(yīng)用有普通機(jī)床電氣改造，自動(dòng)生產(chǎn)線上動(dòng)力頭的控制以及數(shù)控機(jī)床主軸的啟、停、機(jī)械手換刀動(dòng)作、冷卻系統(tǒng)和排屑系統(tǒng)，它們大部分都是液壓或氣壓系統(tǒng)。為此我們根據(jù)機(jī)自專業(yè)PLC工程實(shí)際應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)上將機(jī)械系統(tǒng)和PLC控制器相結(jié)合，教師給出學(xué)生實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生根據(jù)自己的情況組成5人1組，選定實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在課余時(shí)間完成PLC控制器硬件接線圖和軟件編寫并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行調(diào)試通過。實(shí)驗(yàn)時(shí)在PLC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上搭構(gòu)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)行PLC控制軟件，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這個(gè)實(shí)驗(yàn)從一定程度上給了學(xué)生自由選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的空間，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生動(dòng)手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，激發(fā)了學(xué)生的積極性，使學(xué)生的工程實(shí)踐能力得到鍛煉。

二、實(shí)驗(yàn)方式

采用多種形式的實(shí)驗(yàn)方式，滿足不同層次學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求。

1.嚴(yán)抓實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

加強(qiáng)監(jiān)管，嚴(yán)格要求，提高實(shí)驗(yàn)效果。在學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師應(yīng)檢查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的情況，每組由1名學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法以及實(shí)驗(yàn)控制過程進(jìn)行講述，其他組員可以補(bǔ)充。教師驗(yàn)收合格后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，對(duì)沒有進(jìn)行預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備的組，不許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，等完成了預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備內(nèi)容后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。

2.課內(nèi)實(shí)驗(yàn)

由于將原來6門課程的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，使實(shí)驗(yàn)課內(nèi)學(xué)時(shí)大大提高（達(dá)16學(xué)時(shí)），同時(shí)從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上從簡單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)，大部分學(xué)生在課內(nèi)時(shí)間能完成基本實(shí)驗(yàn)。

3.課外實(shí)驗(yàn)

利用實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間和學(xué)生自己的時(shí)間自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以是實(shí)驗(yàn)課程要求的但學(xué)生在課內(nèi)時(shí)間沒有完成，也可以是學(xué)生在基本實(shí)驗(yàn)完成后自行設(shè)計(jì)或更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。鼓勵(lì)學(xué)生自己去思維、發(fā)揮、實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行創(chuàng)新或超出課程的內(nèi)容，教師只起引導(dǎo)作用，使學(xué)生的想法得以實(shí)現(xiàn)，極大地提高學(xué)生的自信心和成就感。

三、考核評(píng)價(jià)

考核是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)的目的是為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力、工程實(shí)踐能力以及分析問題、解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)定應(yīng)當(dāng)反映學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、探索精神。

1.實(shí)驗(yàn)態(tài)度和動(dòng)手能力（占總成績的40%）

為提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，主要從學(xué)生預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作兩方面評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)成績。對(duì)在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行創(chuàng)新或自行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)生 ，給予成績上的獎(jiǎng)勵(lì)。

2.實(shí)驗(yàn)報(bào)告（占總成績的40%）

實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、結(jié)果分析。對(duì)小組協(xié)作完成的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)自己在實(shí)驗(yàn)任務(wù)的工作量、完成情況、實(shí)踐效果和創(chuàng)新性幾方面進(jìn)行考核。對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告雷同的學(xué)生，每個(gè)人實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績是絕對(duì)分值除以雷同人數(shù)。鼓勵(lì)學(xué)生保護(hù)自己成果，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)意識(shí)。

3.筆試成績（占總成績的20%）

實(shí)驗(yàn)課根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法等方面進(jìn)行筆試，使學(xué)生對(duì)控制類課程實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及控制系統(tǒng)的構(gòu)成有一個(gè)系統(tǒng)的了解。通過筆試，使那些在實(shí)驗(yàn)中“一看別人操作、二抄報(bào)告”的學(xué)生暴露出來，對(duì)小組完成的實(shí)驗(yàn)可以看出是哪些學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)，哪些學(xué)生是濫竽充數(shù)的。

四、結(jié)束語

通過本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，是任課教師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)人員對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的以學(xué)生為主的現(xiàn)代教學(xué)理念向前邁進(jìn)一步，理解了學(xué)校開展質(zhì)量工程的意義、實(shí)施措施以及自己的作用。通過實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合，使實(shí)驗(yàn)人員和學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)課不是以前6門課程實(shí)驗(yàn)加減運(yùn)算，是實(shí)實(shí)在在的融合，大大提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力。

通過對(duì)兩屆學(xué)生進(jìn)行回訪，學(xué)生普遍認(rèn)為控制類實(shí)驗(yàn)課對(duì)自己的學(xué)習(xí)有幫助，持贊同意見，但認(rèn)為收獲沒有達(dá)到自己的理想效果。分析其原因有：一是帶實(shí)驗(yàn)課的教師都是進(jìn)校不久的青年教師，對(duì)專業(yè)控制類課程體系和實(shí)驗(yàn)設(shè)備不理解；二是實(shí)驗(yàn)室人員和專業(yè)教研室的教師接觸機(jī)會(huì)較少，造成實(shí)驗(yàn)人員對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行的改革不了解；三學(xué)生的觀念還沒有轉(zhuǎn)變，認(rèn)為課堂內(nèi)容沒有講就不能開展實(shí)驗(yàn)，沒有形成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的習(xí)慣。因此，在今后教學(xué)改革中，應(yīng)轉(zhuǎn)變學(xué)生的觀念，從制度上嚴(yán)格管理，對(duì)實(shí)驗(yàn)態(tài)度不好的學(xué)生將有可能拿不到實(shí)驗(yàn)課的學(xué)分。另外加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課的教師的課堂理論水平，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

[1]王明東，蘇文霞.非電類專業(yè)自動(dòng)控制原理課程教學(xué)實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（4）：28～29

[2]王光明.儀器與檢測系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24（7）：112～115

[3]鞠勇.面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的PLC實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2002，21（1）：101～103

[4]李曉寧，胡天有，葛一楠，等.電氣自動(dòng)化專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)改革與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25（6）：694～695

Reform and practice of experiment teaching for control series lessons in non-electrical majors

Huang Chongli
Shaanxi university of technology, Hanzhong, 723003, China

According to the problem on curriculum group of control in machine design manufacture and automation specialty, we redesigned the experimental teaching system combining with requirement of the reform in theoretical teaching and experimental teaching.And advance some concrete implementing methods in experimental teaching contents,experiment modes,examination and evaluation etc.And we have achieved the better effect.

practice lessons; experiment contents; teaching reform

book=89,ebook=777

2010-04-19

黃崇莉，碩士，副教授。