袁 瀾， 邱聯(lián)奎， 曹 哲， 梁云朋， 史敬灼

(河南科技大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 河南 洛陽 471023)

“運動控制系統(tǒng)”課程群建設(shè)與改革探討

袁 瀾， 邱聯(lián)奎， 曹 哲， 梁云朋， 史敬灼

(河南科技大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 河南 洛陽 471023)

本文介紹了建立運動控制系統(tǒng)課程群的背景和意義，從優(yōu)化相關(guān)課程銜接，加強實踐環(huán)節(jié)教學(xué)著手，在課程群授課內(nèi)容、虛擬實驗平臺建設(shè)和實踐環(huán)節(jié)建設(shè)幾個方面進行了教學(xué)改革實踐，對自動化專業(yè)建設(shè)起到了積極的推動作用，并取得了良好的效果。

運動控制系統(tǒng)；課程群；教學(xué)改革

0 引言

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

1 教學(xué)中存在的問題

首先，上述的先修課程與“運動控制系統(tǒng)”課程之間的聯(lián)系不足，每門課程都按自己的結(jié)構(gòu)按部就班地講，很少涉及與其他相關(guān)課程的融會，這往往使得學(xué)生在學(xué)習(xí)中認識不到其中的聯(lián)系，抓不住要點，在學(xué)習(xí)“運動控制系統(tǒng)”時便感到難學(xué)難懂。

其次，學(xué)生要學(xué)好“運動控制系統(tǒng)”這門課程，需要多實踐、多了解生產(chǎn)實際和新技術(shù)發(fā)展的趨勢。本科生在校學(xué)習(xí)，主要通過書本學(xué)習(xí)理論知識，對生產(chǎn)實際了解甚少，實驗課學(xué)時有限、實驗設(shè)備不足等諸多因素也制約了實驗教學(xué)的質(zhì)量，如何加強課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是一個亟待解決的課題。

針對這些問題并結(jié)合我院多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，我們對“運動控制系統(tǒng)”這門課程在以下幾方面進行了改革。

2 課程群建設(shè)

改革的要點是：將該課程和與其相關(guān)的課程優(yōu)化整合成“運動控制系統(tǒng)”課程群。

1)課程群授課內(nèi)容整合

課程群中每門課程都是相互關(guān)聯(lián)的，都是實現(xiàn)控制系統(tǒng)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(xué)期，每門課程每個知識點也都是相互獨立的教學(xué)單元，沒有各門課程授課教師之間的教學(xué)溝通，沒有課程理論的串聯(lián)，沒有實際案例的整體分析，這也就沒有學(xué)生的融會貫通，更談不上“實踐聯(lián)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(tǒng)一講解。

例如，“電機與拖動”課程和“運動控制系統(tǒng)”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(zhuǎn)換技術(shù)”課程和“運動控制系統(tǒng)”課程中都涉及到數(shù)字測速方法。在課程群的教學(xué)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(chǔ)上適當探討兩者的內(nèi)在聯(lián)系以便深化這些內(nèi)容，并利用課程群虛擬實驗平臺，將相關(guān)內(nèi)容以Matlab或單片機編程的方式進行驗證和實現(xiàn)。

在授課教師講授理論知識的同時，還要注意融入實例教學(xué)與案例教學(xué)[3]。例如分析日常生活中可接觸到的電子電氣產(chǎn)品的工作原理，將課本知識與應(yīng)用實際聯(lián)系起來，也可從教師的科研課題中挑選出相關(guān)內(nèi)容作為課后大作業(yè)或者課程設(shè)計題目，加深學(xué)生對知識的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)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(shè)

針對“單片機原理與接口技術(shù)”課程以及后續(xù)課程的實驗和實踐教學(xué)，以“keil C”和“Proteus”構(gòu)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(shù)”、“電力電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)”、“繼電保護與自動裝置”以及“運動控制系統(tǒng)”等課程的部分實踐內(nèi)容。學(xué)生在PC機上就可以驗證課程所學(xué)的例程，并可修改程序參數(shù)或自行編制程序，完成相關(guān)實驗和設(shè)計要求。結(jié)合“電子EDA技術(shù)”實訓(xùn)課程所學(xué)的Protel 99se制作原理圖和PCB電路板，并自行完成焊接及調(diào)試工作。

同時開發(fā)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(shù)”、“自動控制理論”以及“運動控制系統(tǒng)”等課程的部分實踐內(nèi)容。通過該平臺學(xué)生可以方便地設(shè)置相關(guān)實驗參數(shù)，查看實驗結(jié)果，該平臺可以輔助授課教師教學(xué)，以及學(xué)生課下的作業(yè)驗證、實驗驗證，學(xué)生也可利用該平臺進行課程設(shè)計的實驗仿真，增強了學(xué)生對知識點的理解，同時提高了實踐環(huán)節(jié)的設(shè)計效率。

單片機虛擬平臺與Matlab虛擬平臺的建設(shè)相互補充，通過“仿真+實訓(xùn)”的訓(xùn)練方法，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，受到了學(xué)生一致好評，也為后續(xù)專業(yè)實踐環(huán)節(jié)中電路板設(shè)計、控制程序編制、設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試以及各類學(xué)科競賽和創(chuàng)新設(shè)計大賽奠定了良好的基礎(chǔ)。選拔學(xué)有余力的學(xué)生進入科技創(chuàng)新班學(xué)習(xí)，由實驗室提供便利條件，開展一系列科技創(chuàng)新活動及實踐。

3)課程群實踐環(huán)節(jié)建設(shè)

在整個課程群實踐環(huán)節(jié)建設(shè)中，根據(jù)各課程現(xiàn)有實驗條件，并充分考慮了各門課程之間的聯(lián)系，構(gòu)建“貫通式”課程設(shè)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(fā)電裝置等，分別設(shè)置了相應(yīng)的涵蓋面較廣的系統(tǒng)綜合訓(xùn)練題目，每個學(xué)生可自行選擇其中的某一個訓(xùn)練題目進行實踐。實踐時間分散在第4～6學(xué)期，要求學(xué)生在每完成一門相關(guān)課程學(xué)習(xí)之后，根據(jù)系統(tǒng)綜合訓(xùn)練題目完成實踐內(nèi)容的一部分，直至整個專業(yè)課程學(xué)習(xí)結(jié)束，獨立制作出實踐成品。學(xué)生組成3～5人的團隊，在整個學(xué)習(xí)過程中自主完成實際電路設(shè)計、Protel繪制、PCB制作、電路焊裝以及軟件調(diào)試等工作，這些工作又為學(xué)生參加電子設(shè)計大賽、機器人大賽、挑戰(zhàn)杯、飛思卡爾智能車競賽等各類競賽提供了有力的支持，學(xué)生也可以此為基礎(chǔ)進一步進行畢業(yè)設(shè)計。

表1以“單片機控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)”為例說明“運動控制系統(tǒng)”課程群實踐環(huán)節(jié)改革方案。

表1 “運動控制系統(tǒng)”課程群實踐環(huán)節(jié)改革方案

系統(tǒng)綜合訓(xùn)練有機地將運動控制系統(tǒng)課程群的核心內(nèi)容融會貫通在一起，理論密切聯(lián)系實際，增強了課程群實踐環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性、綜合性和創(chuàng)新性，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生的團隊意識、動手能力以及創(chuàng)新意識。

3 結(jié)語

本文對運動控制系統(tǒng)課程群建設(shè)與改革進行了初步的探討，針對課程群授課內(nèi)容、虛擬實驗平臺建設(shè)和實踐環(huán)節(jié)建設(shè)三個方面進行改革實踐，通過幾屆學(xué)生的實際教學(xué)效果來看，該舉措使專業(yè)課程的整體規(guī)劃更為合理，提升了學(xué)生的學(xué)科綜合素質(zhì)，升華了學(xué)生的專業(yè)認知，學(xué)生的就業(yè)率、考研率以及競賽成績都有明顯提高。

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

[2] 肖中俊, 劉星萍, 侯寶霞. 運動控制系統(tǒng)出口課的創(chuàng)新課程群建設(shè)[J]. 濟南: 信息技術(shù)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(xué)改革研究[J]. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版), 2010(1)

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

Discussion of the Reform and Establishment of Motion Control System Curriculum Group

YUAN Lan, QIU Lian-kui, CAO Zhe, LIANG Yun-peng, SHI Jing-zhuo

(ElectricalEngineeringCollege,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471023,China)

This article introduced the background and significance of establishment of the motion control system curriculum group. In order to optimize the relationship between the courses and strengthen the practice teaching effect, teaching reforms are implemented in lecture content, virtual experimental platform and practice teaching, promoting the establishment of the automation specialty and receiving good results.

motion control system; curriculum group; teaching reform

2015-07-24;

2015-11- 06

河南省高等教育教學(xué)改革研究項目(項目編號：2014SJGLX200)； 河南科技大學(xué)重大教育教學(xué)改革研究項目(項目編號：2014ZD-012，2013Z-020)

袁 瀾(1977-)，女，碩士，講師，主要從事電力電子與電氣傳動方向的教學(xué)與科研工作，E-mail：yuan.lan@163.com

G642

A

1008-0686(2016)03-0058-03